模块化UPS并联及控制技术研究

论文摘要

随着用户对供电质量要求的进一步提高,模块化UPS并联系统获得了越来越广泛的应用。本文以模块化UPS为研究对象,根据电路结构,将其分为直流部分模块化和交流部分模块化分别进行讨论。整流环节对Boost-PFC电路进行并联控制,实现直流部分的模块化;逆变环节在瞬时电压PID控制的基础上,引入了瞬时均流的并联控制策略,实现交流部分的模块化。介绍了有源功率因数校正技术的基本原理和控制思路,分析了单管双Boost-PFC电路的工作过程,并将其简化等效成常规的Boost电路进行分析和控制。根据控制系统的结构,分别对电流控制环和电压控制环进行了分析,得出了电感电流主要受电流指令的影响,而输入输出电压差的影响则相对比较小;输出电压主要受参考给定指令电压、缓启给定指令电压以及输出电流等因素的影响。根据电流环和电压环的解析表达式,给出了并联控制的方法及原理。对单相电路、三相电路以及多模块并联电路分别进行了仿真验证,对多模块的并联系统进行了实验验证。建立了单相逆变器的数学模型,并加入PID控制器,得到了输出电压的解析表达式,得出逆变器输出电压与参考给定电压和输出电流有关。利用极点配置的方法得到了模拟域PID控制器参数的计算公式,并采用后向差分法,将其转换到数字域,得到了数字PID控制器参数与模拟域参数的换算关系。通过实验测试和曲线拟合的办法,得到了实际逆变器的电路参数。通过对所设计的数字PID控制器进行仿真和实验,验证了理论分析和计算。建立了PID电压闭环的多逆变器并联系统数学模型,分析得出并联系统的输出电压主要由系统中各模块的平均给定电压决定,同时也受较高次的输出谐波电流影响,受输出基波电流影响相对较小;环流主要受模块的给定电压与系统平均给定电压的偏差影响。针对环流产生的原因,提出了一种瞬时均流控制策略来减小系统环流对给定电压偏差的增益,从而达到瞬时均流的目的。对两逆变模块并联的系统在各种工况下进行了仿真和实验,验证了理论分析的正确性和这种瞬时均流控制策略的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 UPS及其模块化技术的发展
• 1.2 PFC整流及并联技术
• 1.3 逆变器并联技术概述
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 PFC整流模块的原理与并联分析
• 2.1 Boost型功率因数校正器基本原理与集成电路简介
• 2.2 单管双Boost电路的工作原理分析
• 2.3 控制系统分析
• 2.4 多模块并联的分析与设计
• 2.5 仿真分析和实验结果
• 2.6 本章小节
• 3 单相逆变器中数字PID控制方法的实现
• 3.1 引言
• 3.2 逆变器数学模型及参数计算方法
• 3.3 实际系统参数的确定
• 3.4 数字PID控制器的仿真分析
• 3.5 实验结果
• 3.6 本章小结
• 4 具有瞬时均流控制策略的多逆变器并联系统研究
• 4.1 引言
• 4.2 多逆变器并联的系统结构
• 4.3 多逆变器并联系统的数学模型
• 4.4 仿真分析
• 4.5 实验结果
• 4.6 本章小结
• 5 全文总结
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献