电力通信系统中并联UPS逆变电源的均流控制

高 健，陈 辉

（南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211102）

0 引 言

目前，以德国为首的欧洲西方发达国家已经完成了该项技术的成熟应用，多模块并行的电路能够在高电压的情况下分担负载功率，完成各个模块电流应力的大小调节，从根本上保证电网系统的稳定运行。逆变电源作为并联运行的控制前提和基础，能够通过扩大电源的系统容量、改变电源的分布方式以及对并联输出的电压波形产生和谐的运动状态，从而实现基础电波的均匀流速，持续保持电网中电压的稳定输出。本文根据分布式发电的信号特性，研究电力通信系统中并入UPS逆变电路的均流控制方法，实现对多组并入电路的信号精准调节。

1 并联UPS逆变电源的均流控制方法

1.1 确定电力通信系统电流逆变内环

逆变内环的反馈机制采用瞬时的电容电流作基础，在电源出口端的输出电压波形在限流时，可以将电流的内环动态响应分为多个通路完成电流的分化。主要的步骤有3点：一是在检测逆变电源的输出电压和给定参数电压比值后，需要检查误差信号在外部调节电压的参数范围，利用所得初值首次设定内环参数值。二是由预设参数检测动感电流与误差信号在经电流通路时形成的调制波，若调制波的角波相能够产生YUI格式的驱动信号，则可将该参数设定为内环的控制系数[1]。三是当逆变电流内环参数敲定后，在内环通路中安置较为常用的控制器，如无差别滞留环或者比例控制环。前者可以在自带的精确算法下自动调节过高时段内高压电快速输出的滤波参数，形成动态的无差控制。后者可以在电流波动产生频次误差时，通过静差填补作用给定内环的拟补定值[2]。综上按照对应比例完成通信系统中电流的逆变内环设计，在该内环中可以建立并联的UPS动态信号模型，用来采集每个周期内逆变电源的输出电压。

1.2 建立并联UPS动态信号模型

在利用解耦控制原理下全面规定电压通路中线性与非线性的负载功率范围。完成构建前需要对实际的逆变电源完成变化的取值给定，在相对平角的输出电压动态波形中，分析瞬时变化对角度确立的精确分析。基本上可以采用小信号控制法简化电路的问题，假定在扰动的信号较小状态中该扰动信号频率，只能用拉氏变换完成模型的经典控制理论[3]。根据信号的运行轨迹绘制波特图形分析每个电路下产生的动态信号变化情况，找出多个信号动态变化的平衡点，若在其附近存在较小的扰动信号可以完成瞬间圈定。在圈定好的位置对逆变电源的输出电流设定阻抗分量，使其分散阻性信号加强扰动小信号的功率调节。观察该位置下动态信号是否作出波形变化，从而得出阻性分量产生的信号和系统通信功率之间的调节关系，完成最终的矢量控制图绘制[4]。

1.3 选取功率滤波系数

首先功率的滤波参数值需从最小开始选取，参数越小电流通过系统时产生的响应速度最快，但通信系统在最小值设定中不稳定波形过多时，可以在区间内依次增加参数值[5]。其次原有逆变电源运行中模块的基准正弦含有差异信号后，可以对包含在内的电流环向内靠拢，调节内环中逆变频次完成负载电压的平均分配[6]。最后下垂系数的主要参考电压应以变形较大的正弦滤波在功率计算后，若所得值超过高频次的谐波功率则不需额外增加滤波，只在原有低通滤波系数中完成电压电流滤过就能提取基波中电压。

1.4 加权控制并联逆变电源的均流

为了输出的电容量不受影响，利用加权法对每个模块理想的输出电流进行复合叠加，在总负载电压等同于通路电流总和时，通过电流的最大负载量完成电路的电流分配[7]。设定电流的输出容量为i个模块，各个模块之间的输出容量比值为φ1，按照并联电网系统中最大负载的量值进行比例分配。其中每个模块中的相对负载值要保持一致即φ1∶φ2∶…∶φ1=1，此时模块之间的输出电流参数信号能够保持当前阶段的稳定，使得满足每个模块之间的容量关系，计算公式为：

式中，uε为各个模块的输出电流，k为加权的参考信号值。多个模块保持同位的输出电流可以实现并联总负载，按照给定的容量输出比例在多个模块之间完成有效分配[8-10]。

2 测试结果与分析

2.1 实验准备

为验证本文设计的控制方法具有实际应用效果，通过仿真实验的方法进行检验。此次实验过程的设定主要摆脱电力通信系统中并联电源，在逆变情况下并联UPS均流走向变化。本次利用电力电子仿真软件MATLAB，通过其工具库中的实际控制开关元件的模型和主电路保证无源元件的扫描。为检验逆变电源的并联电路中实现各逆变单元可以具备的输出有效功率，通过调节各自电路的输出电压频率和相对幅值，实现逆变电源的并联功率的实际输出分配。

2.2 逆变输出特性测试

逆变输出特性的测试主要是对主电路中，突然出现的过载现象或者短路现象完成逆变的功率保护。通过对输出电流大小的控制对过载情况完成等效发热的参数配比，防止逆变电源在过载的参数下发生损坏。本次测试设定的实际逆变空载的输出电压为130 V，通过3组负载参数设定，比较不同状态下的电压输出电压幅值，每个参数进行8组测试，采用平均计算的方式得出逆变加载出的电压有效值，具体数值如表1所示。

表1 不同负载参数下输出电压幅值结果（单位：V）

根据表1可知，本文方法对逆变电流调节的动态性能较好，可以适应各种负载变化的情况。

2.3 并联运行特性测试

并行检测是在主电路电源的基础上分别对两台逆变的电源进行并联电压的输出，通过每个逆变电源的输出电流峰值完成阻性负载的均流控制。测试条件的两个逆变电源分别标记为S1和S2，实际输出的电压参数设置为空载电压130 V。对阻性负载的电流设置多个通路，每条通路中的负载参数均为620 μF。将两个逆变电源并行时采集到的电压电流输出值绘制成波形图，测试一逆变电源正常运行时，另一台电源并入的情况，具体采集情况如图1所示。

图1 逆变电源并入情况

如上图1所示，本文方法能够在电源并入状态下完成负载电流的平均控制。

3 结 论

本次研究在确定电力通信系统中并联逆变电源的内环位置过程中，建立了一个动态的信号收集模型，通过功率的滤波系数选取，运用加权法完成逆变电源的均流控制。此次研究实现了多个逆变电源之间的并入测试，在不同的负载参数下，本文的控制方法能够及时对闭环逆变电源中的基准信息完成准确调节，有效减少累计误差造成的输出电压急速升高或下降情况。实验结果表明在本文设计的控制方法下，无论是并联运行特性测试还是逆变测试均可完成对电源的均流控制。