基于环流阻抗的瞬时均流控制关键技术

2020-03-26

技术与市场 2020年3期

(深圳供电局有限公司，广东深圳 518000)

0 引言

均流技术应用于并联型的电力电子电源应用中，尤其是充电并联电源模块、逆变并联电源模块等，特别是在变电站、自动化控制系统技术领域使用的小型功率并联模块式UPS不间断电源系统，尤其涉及基于环流阻抗的瞬时均流控制技术应用，随着电力系统自动化控制技术水平的不断提高，自动化和智能化的普遍应用，对于UPS电源系统的现场智能化、在线维护化需求越来越高，并联模块式的UPS对于故障报警、可靠投切、方式操作等方面越来越具备智能化、简单化、便捷化的技术特征，在并联模块式的不间断电源系统中的均流控制不可或缺的重要环节，本专利提出的环流阻抗的瞬时均流控制技术的应用，以达到对实现变电站、自动化控制系统技术领域的并联模块式的中小型功率UPS不间断电源系统中多机并联的有效、可靠的均流智能自动策略控制的目的。

1 并联同步的SPWM调制方式

同步的SPWM调制是在信号频率变化时，使用载波比N保持不变，具备有以下优点。

1)可以保证输出波形的对称性，不会发生异步调制中的相位连续漂移和相位误差累积现象，可以较好抑制有功环流分量。

2)在输出波形的只有正弦波的奇次谐波存在，不会出现偶次谐波问题。

如图1所示，在同步控制电路中，是将一个参考正弦波(调制信号)加载于三角波(载波)后，得到一个脉冲宽度变化的SPWM波，将其高低逻辑电平经分频、放大后去驱动逆变器的主开关元件。

图1 并联同步的SPWM调制电路图

这样，可使逆变器输出与已调制波相似的SPWM电压波形，即以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波，并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波，当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。

2 瞬时均流控制原理

均流的控制基于相量的调节，为了解决电压外特性与均流控制特性之间矛盾，采用基于环流阻抗的瞬时均流控制策略，如图2所示。环流阻抗的瞬时均流控制技术包括瞬时波形控制器单元、变换器单元、瞬时电压反馈控制单元、均流控制单元，其中均流控制单元包括调节器、环流阻抗阵列、电流分解单元。

图2 基于环流阻抗的瞬时均流控制策略图

电源模块输入电压信号经与瞬时波形控制器单元后送给变换器单元进行电量高频变换，变换后的交流电量通过瞬时电压反馈控制单元进行输出的电压信号进行采集和反馈控制，形成内部闭环电压控制，输出负载电流通过分流器采集到的电流信号经均流控制单元中经电流电流分解单元分解后，反馈给均流控制单元中的环流阻抗阵列，再经调节器进行微调后反馈给瞬时波形控制器单元进行电压和电流的变换控制处理，实现了并联系统中的各模块均分负载电流，其环流阻坑的数学模型如下：

Δ[Urav(s)-Uref(s)]=ZHj(s)ΔIhj(s)ZHj(s)=Co(s)

式中：Urav(s)并联系统参考电压量

Uref(s)为模块给定电压量

ΔIhj(s)为环流增量

Co(s)为参考变换器的参数，Ls+R

从式中可以看到，参考电压偏差及死区等效电压与模块环流的阻抗关系都为Co(s)，环流阻抗为滤波电感与等效电阻R串联阻抗，其滤波电感越大，环流越小，但在实际应用中，各模块的滤波参数存在差异，具备不一致性，当输出电流的频率小于LC滤波器的谐振频率时，高阶项可忽略。

当采用了电压瞬时值反馈控制后可得到并联系统的环流阻坑的数学模型如下：

Δ[Urav(s)-Uref(s)]=ZHj(s)ΔIhj(s)ZHj(s)=Co(s)/G(s)

式中：G(s)为瞬时波形控制器参数

从式中可以看到，并联系统中其电压瞬时值反馈控制大大减小了并联系统的环流阻抗，在无均流阻抗时，环流阻抗主要取决于输出电压瞬时反馈控制环的控制参数，即可被环流阻抗控制器进行合理设置参数，以获取期望的一流阻抗特性，当环流阻抗配置到足够大时，并联电源系统就可实现瞬时均流控制。