| 摘要：UPS的并联冗余运行不仅可提高电源系统的容量，还可提高系统的可靠性。文中提出了一种基于分散逻辑的UPS逆变电源并联控制方案，并详细分析了电压型逆变电源并联运行控制过程中的电压和电流特性，采用该控制方案可获得良好的静态与动态特性，使并联UPS达到很好的负载均分效果。 |
图3示出并机系统结构。每个UPS模块的输出端都接到输出总线上。它们之间通过并机通信总线相连，通信总线包括参考正弦信号同步总线、旁路同步总线、CAN通信总线、环流检测总线等。并机系统中，每个模块的输出电压均采用电压有效值的外环控制和电压瞬时值的内环控制的SPWM控制方法。并机系统中，每个模块均检测各自的电感电流iL，然后送到环流总线上计算所有模块的iL的平均值IL再求其各自的iL与IL的差值，就能得到环流信号，所有这些信号的检测都靠模拟的运算电路来实现，可以实时检测。环流检测及均流控制在各模块内部实现，不用设计专门的并机控制模块。通过CAN通信模块，可在各模块之间传递必要的参数和信息；通过捕获端口，可捕获到锁相同步信号进行输出相位同步控制；通过外部中断口，可处理旁路切换同步信号并实现可靠的旁路切换控制。
3.分散逻辑控制并联控制策略
3.1并联系统控制方案
基于分散逻辑控制遵循将控制权(或控制基准)分散的原则，逆变电源在实现并联运行过程中，可由各模块检测其自身的输出有功功率P，无功功率Q和输出电压频率ƒ，将其传送到其它并联的各个模块中，同时也接受其它各模块传送过来的相应的P，Q，ƒ信号，并进行综合判断，确定该模块的有功基准P*，无功基准Q*及频率基准ƒ*，从而求出电压参考信号U*和同步参考信号(ƒ*，φ*)。图4示出实现控制框图。
图4基于分散逻辑方式的并联系统图
3.2 均流实现方法
图5示出该系统实现均流控制的框图。在控制单机输出电压波形的基础上，通过检测每个模块的输出环流瞬时值，再经过环流调节器调节和限幅后，其输出参与电压的瞬时值调节。其中，电压瞬时值调节采用PID调节，环流调节采用P调节器，二者均为数字控制。实验证明，该调节方案能实现负载的有效均分。
图5环流调节框图
3.3基准正弦信号的同步实现方法以及分析
众所周知，即使两台UPS输出电压之间存在很小的相位或幅值偏差，都会在两个模块之间形成很大的环流。其中，幅值偏差产生无功环流，相位偏差产生有功环流。上述环流瞬时值调节主要是为控制无功环流。为了控制有功环流，要对系统的输出电压进行锁相。单机系统中，逆变器只需跟踪旁路，并机系统中，不仅各台逆变器之间要保持相位同步，同时还要与旁路保持相位一致，这样才能保证各台机器间的有功环流在一定范围之内。并且当并机系统在旁路与逆变两种状态之间切换时，不至于因环流过大而造成故障。因此，并机系统的锁相较之单机复杂得多。在并机中设置一条锁相同步信号线，当并联系统正常运行时，主机检测旁路信号，锁相以后向同步总线上发送同步脉冲，各UPS始终与该同步信号保持恒定的相位关系。这样就能保证各UPS与旁路的同步，以及与各台机器之间的同步。
3.4电压反馈系数的修正
UPS并联系统一般都采用软件进行控制。这样，可使每个模块的电压幅值给定以及控制算法都相同。尽管并机系统的实际输出电压相同，但因检测电路有差异，故每个模块检测到的输出电压都不尽相同，这会导致系统存在有功环流。因此要通过软件对反馈系数进行修正。采用一定的方法对输出电压的检测系数进行修正。假设给定220V，实际测量输出若偏离了220V，可人为将电压的反馈系数按一定的比例放大或缩小，该比例控制在1左右。且各模块差异一般都比较小，调整量可通过设置并保存下来作为修正量，最后使得输出电压达到220V。
3.5环流直流分量的控制
由于逆变器的功率管导通压降不一样，驱动电路不一致以及电压、环流检测电路的偏差，电流调节器的零点漂移等原因，输出会有直流分量，而且各模块的输出直流分量都不同。环流的直流分量存在于并机系统中，会导致一台机器总是向另外一台机器输入一个直流电流，这样会给直流母线充电，积累能量，引起直流母线上的电压变化。在并机系统带负载运行时，这部分能量又消耗在负载上；在并机系统空载运行或轻载运行时，这部分能量没有释放的通路或来不及释放，就会积累在直流母线上，导致直流母线电压越来越高，以至于到了直流母线电压的保护点。为此，通过直流母线电压前馈，对环流调节器进行补偿。该调节方法能够很好地抑制空载或轻载时直流母线电压的过冲现象，提高了系统的可靠性。
4.结束语
电压型逆变电源的并联运行控制可保证电网供电的稳定性和扩容的灵活性，并可组成并联冗余系统以提高运行的可靠性，同时也使整个系统具有极高的系统可维修性能，在逆变器单元出现故障时，可方便地进行热插拔更换或维修。因而，逆变电源的并联运行系统必将在各种应用领域得到广泛推广和应用。
责任编辑：Kelly
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