高頻模塊化UPS及其并聯控制技術研究

梁新明

艾默生網絡能源有限公司 830000

1 UPS的發展

因為社會的飛速發展與進步，生活中眾多的領域對電源供電的質量要求程度也越來越高了，當然，也伴隨著出現了各式各樣的電源能源。如今，我們對UPS的理解程度已遠遠超出了水力、風力、火力或者核發電等等傳統的認識的局限，這與電子技術的飛速發展是密不可分的。

如今的電力電子技術的飛速發展，為固態電源系統的廣泛應用與進步創造了條件，現代的電力電子技術是20世紀里的一個重要技術，它是集控制技術、微電子技術、電力技術以及功率半導體技術為一體的新學科，電力電子器件作為電力電子技術的基礎，經過了不控、半控、全控的歷程后，正往大電流、智能化、高耐化、全控型的方向前進。

為了實現固態電源的低污染、高性能，高頻化的電源越來越得到普及，而高開關頻率的電子器件是高頻化電源設計的最關鍵，這種依賴關系迫使它往高頻化的方向發展，那些比較傳統的電力電子器件現如今已遠遠達不到這種高開關低耗能并有著優良導熱性的要求，為適應電力電子未來發展的方向，人們不得不重新尋找適應它的新材料，例如碳化材料的高耐壓大電流電力電子器件的應用將電力電子技術。

2 電源并聯系統的基本控制策略

把多個電源并聯在一起，讓他們穩定得運行起來想必是件挺困難的事情，因為電源所輸出的是正弦電壓，無論在任何時候都必須要保持每一臺所并聯電源輸出電壓的頻率、相位以及幅值，否則在電源并聯之間會形成巨大的負載電流一環流，使得并聯系統處在崩潰狀態，但是如果選擇合適的控制策略就可以讓正處于并聯狀態電源輸出電壓的頻率、相位以及幅值保持一致，從而有效地阻止了此環流?，F如今有主從控制、集中控制、分散控制、無互連線分散控制等等UPS的并聯系統控制。實際上，UPS的并聯其實就是所組成UPS的逆變器之間的并聯，因此，探究逆變器并聯的控制是我們主要的研究對象。

2.1 主從控制的方式

在主從控制的方案里，在并聯逆轉器系統的其中一臺是電壓控制型的，它的輸出就相當于電壓源，我們把它叫做主模塊，并聯系統的輸出電壓就是他所支撐著的，其余的逆轉器都是作為電流源輸出的，我們稱他們為從模塊，其中它把主模塊的輸出電流作為自己的電流指令。

主從控制比集中控制少了集中控制中心，所以主從并聯系統比集中控制的可靠性要高，可是從模塊們還需要在并聯的主模塊里獲得電流指令，但要是還要考慮在線熱插拔功能實現的話，控制其邏輯是比較復雜的，因此，也實現不了其真正的模塊化。

為了是主從并聯控制系統的可靠性得到進一步的提高，當模塊發生故障時，可以采用通過硬件軟件的方式，讓其余的從模塊進行競爭而產生個新的主模塊的控制方案，不僅可以避免因主模塊失效而造成的系統崩潰，還可以繼續運行，同時也是逆變器并聯系統的可靠性提高了。

2.2 集中控制方式

在集中控制方式里，有個集中并聯控制單元，他把搜索到的相位以及市電頻率當做基準，然后結合某個輸出電壓的基準，并且會對每一臺逆變電源下發出所檢索到的交流基準指令，然后每個并聯逆轉器根據搜索的負載電流的平均值與自身的情況輸出電流，并且計算出電流的偏差。如果每個并聯單元都是被一種信號控制的情況下所輸出的電壓頻率與相位沒有很大的偏差，就可以判斷出因為電壓的幅值不相同所造成的每個并聯逆變器單元的偏差，因此，把這種電流的偏差當做電壓指令的彌補在各電源里，用來消除掉電流的不平衡的問題。

在這個方案里，因為每個并聯著的逆轉器里都有電流環，所以可以獲得比較不錯的動態與靜態均流的效果；此外，因為在平均的電流里會有50Hz甚至更高頻率的信號，只有確保傳輸此信號的傳輸介質具有很高的傳輸寬帶才能使每一臺逆變器做到均流準確。所以才會特別容易被干擾到，進而嚴重威脅到并聯系統的安全運作。

2.3 分散邏輯控制的方式

在分散邏輯控制的方案里，所有參加并聯逆變器都是相同的，沒有集中控制中心，逆變器的均流控制都是根據并聯運作的逆變器間的通訊總線來完成的，通過總線，并聯狀態下的逆變器互相傳遞消息，以呈現出每臺逆變器輸出負載均流以及輸出的電壓鎖相和其相聯系的邏輯轉換。

分散邏輯控制方式有兩種：一種是分散控制方式是下垂特點的控制方式，這個方式及時借助了電力系統里的同步發電機并聯式后的方式；另一種是利用均流總線分散的控制方式，也就是每個并聯的逆變器都需要經過均流總線來獲得其余并聯模塊的各種信息，并且根據這個信息調整自身輸出的幅值與相位，以至于是最后的負載均分得到一定的滿足。

2.4 無互聯線時并聯控制

因為在分散邏輯并聯控制的方案中各個逆變器電源里有太多的互連線，而且容量大設備并聯的時候互連線之間的距離比較遠，干擾也比較嚴重。但是可以采用無互連線的并聯控制方案，這種技術不僅可以實現相對完善的并聯系統中的逆變電源獨立控制，還能夠在結構與容量都不同的電壓型逆變電源之間或者公共電網和逆變電源之間形成負載均分控制以及并聯運行控制。所以成為取消逆變電源間的均流互聯線最為優秀的方案。

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