大功率UPS数字控制及其并联技术的研究

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随着重要部门、大型用电设备对高品质电源需求的日益增多,同时为了减少由于电力电子设备的大量使用、非线性负载的不断增加所带来的电网谐波污染,UPS得到了日益广泛的应用。高频全控型功率器件、高性能DSP和先进控制技术的发展,促进了UPS朝数字化、绿色化、智能化和模块化等方向发展,而UPS并联功能可以使供电系统方便扩容和实现冗余,大大提高了系统的可靠性。因此,数字化和并联UPS的研究越来越受到关注。 为了提高民族企业的自主创新能力,本文以“大功率UPS数字化及其并联控制”产学研项目的研究为依托,对于UPS的输出电压波形数字控制、锁相及三相UPS的并联控制等技术进行了深入的研究,主要包括如下几个方面: 1.介绍了UPS逆变器输出电压波形传统的控制方式——电压外环电流内环的双闭环PI控制,提出了一种基于极点配置的PI控制器的设计方法,通过32位DSP TMS320F2812实现了数字控制,针对10KVA单相UPS进行了相关实验,实验结果验证了双闭环控制的有效性和可靠性。 2.为了提高UPS输出电压波形质量,降低输出电压总谐波畸变(THD),根据重复控制器的无静态误差跟踪特性等优点,与PID控制器的快速响应性相互补充,提出了一种基于PD+重复控制的UPS输出电压波形复合控制方案,改进了重复控制器的设计方法;并建立了三相UPS逆变器的解耦模型,使得三相UPS的复合控制器的设计方法类似于单相UPS;在单相10KVA和三相30KVA UPS样机上进行了实验,实验结果表明在线性和非线性负载的情况下,UPS具有良好的稳态和动态特性,输出电压有较低的THD值。 3.锁相性能是衡量UPS性能优劣的一个重要指标,在市电正常时,UPS输出电压必须实时跟踪市电。为此介绍了一种基于过零检测鉴相的单相UPS锁相的方法,并改进了算法:当市电发生跌落、闪变等畸变或三相输入电压不平衡时,为了防止锁相环误锁或失锁,提出了一种基于瞬时功率鉴相并带有正序分量检测环节的锁相方法,通过消除瞬时功率的直流分量,实现了对三相UPS输出电压对输入电压基波正序分量的锁相;应用TMS320 F2812实现了全数字化锁相,精度达0.01%;在样机上的进行了实验,验证了这两种数字锁相环的良好性能。 4.高性能的UPS应该具有并机功能,以便于扩容和实现冗余。为此,提出了一种基于有功功率和无功功率偏差检测的三相UPS多机并联控制的方案,介绍了一种通过两级锁相实现并联UPS输出电压频率、相位同步的新方法,并通过检测有功功率、无功功率偏差来调节输出电压的幅值,从而使并联系统各UPS均分负载,实现均流;通过实验,表明了该方案容易实现,具有良好的环流抑制效果和稳定性等特点。 5.完成了单相10KVA UPS和三相大功率UPS单机的技术改造。样机的逆变器主控制器改进为TMS320F2812,实现了UPS逆变器的PD+重复控制的复合控制方案:采用了改进的同步锁相算法和均流控制方案,完成了基于TMS320F2812的三相UPS并联控制系统软、硬件的设计与调试;目前,已实现了5台大功率三相UPS(容量包括30KVA、50KVA、200KVA)的并机。 最后,对全文进行了总结,并且提出了未来研究工作的展望和设想。
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