1引言

信息技術(shù)的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對其供電電源的質(zhì)量和可靠性要求越來越高，多模塊并聯(lián)實(shí)現(xiàn)高可靠性大容量電源被供認(rèn)為今電力電子技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。以通信二次電源的構(gòu)成方式為例，從最初的單模塊供電發(fā)展到1+1冗余，現(xiàn)在N+1方式已被廣泛認(rèn)可。同主電路和控制電路的研究發(fā)展過程相同，逆變器并聯(lián)運(yùn)行技術(shù)的研究也是在借鑒DC/DC并聯(lián)技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷深入，逆變器由于是正弦輸出，其并聯(lián)和熱插拔遠(yuǎn)比直流電源復(fù)雜得多[1]，有相序(三相時)、頻率、相位、和波形等5個，其中任意一個與電網(wǎng)不一致，就不能使逆變器投入電網(wǎng);由于交流輸出，不能象DC/DC變換器那樣簡單地用二極管來隔離故障單元。再進(jìn)一步，要實(shí)現(xiàn)UpS并聯(lián)，則在實(shí)現(xiàn)逆變器并聯(lián)的基礎(chǔ)上，還要解決市電跟蹤和旁路控制等問題。近幾年，國外一些著名UpS公司，如EXIDE，ApC，三菱等，已先后推出并機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品[2~4]，擁有各自的專利技術(shù)。在國內(nèi)，逆變器并聯(lián)正成為研究熱點(diǎn)之一，但已經(jīng)實(shí)現(xiàn)UpS并機(jī)的研究成果或產(chǎn)品尚未見報道。

南航特種電源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在多年逆變器并聯(lián)運(yùn)行技術(shù)研究的基礎(chǔ)上[5]，與科華公司合作，以FR-UK系列(5—100KVA)UpS為背景機(jī)，研制成功擁有自主技術(shù)的UpS冗余并聯(lián)產(chǎn)品樣機(jī)。

2冗余并聯(lián)控制的基本原理

目前逆變器的并聯(lián)控制方式有集中控制、主從控制、分散邏輯控制和無互連線獨(dú)立控制等方法[6]。如，EXIDE產(chǎn)品采用無互連線方式，它在各臺UpS性能一致性很好的前提下，檢測本機(jī)輸出功率從一個周期到下一個周期的變化，按照一定的算法，調(diào)節(jié)本機(jī)輸出電壓相位，使各并聯(lián)單元之間的相位差調(diào)節(jié)到最小值，從而實(shí)現(xiàn)均流供電[4];三菱UpS是檢測瞬時環(huán)流值，分解為有功和無功分量，通過控制幅度和相位偏差，分別均衡電流的無功和有功功率[2]。

本文所提出的并機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1。這是一種有互連線的分散邏輯控制并機(jī)方式?；ミB線包括同步線、均流線和狀態(tài)線，不多于5條。多機(jī)并聯(lián)時，互連線通過母線槽連接。并機(jī)控制環(huán)

節(jié)分散在各個UpS單機(jī)中，各單機(jī)完全等價。構(gòu)成并聯(lián)系統(tǒng)時不用附加額外的控制模塊，理論上可以任意數(shù)目并聯(lián)，也可單機(jī)運(yùn)行。允許熱插拔。本方法的技術(shù)關(guān)鍵引入了局部反饋和解耦控制的概念。通過施加與基準(zhǔn)信號發(fā)生器的同步控制，首先使各單機(jī)的輸出電壓基本上實(shí)現(xiàn)同頻、同相;然后在傳統(tǒng)SpWM逆變控制的基礎(chǔ)上，新增了一個均流調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)各單機(jī)的輸出電流均衡。

所有的并機(jī)控制均在主控板(逆變控制板)上實(shí)現(xiàn)。UpS的其它部件(如DC/AC主電路)幾乎沒有變動。)各單機(jī)內(nèi)部均有旁路。以雙機(jī)并聯(lián)為例，正常情況下，雙機(jī)并聯(lián)逆變輸出;其中一臺UpS關(guān)機(jī)或故障脫機(jī)時，由另一臺UpS單獨(dú)逆變供電;只有兩臺UpS都關(guān)機(jī)或故障脫機(jī)時，才轉(zhuǎn)向旁路供電(兩臺UpS同時轉(zhuǎn)為旁路輸出)。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

對6KVAUpS樣機(jī)進(jìn)行了雙機(jī)和三機(jī)冗余并聯(lián)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。重要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2~圖4及表1~表3。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可見：

(1)分析圖2,并機(jī)過程均流迅速、輸出電壓無擾動。作為負(fù)載。故突加負(fù)載時，雖然標(biāo)稱功率新增一倍，但實(shí)際瞬間負(fù)載增大了很多倍，所以圖3中，此瞬間電感電流較穩(wěn)態(tài)大得多。

(2)分析圖3，負(fù)載突變過程，并聯(lián)系統(tǒng)有良好的動態(tài)均流特性

(3)分析表1和表2，并機(jī)系統(tǒng)的THD一般略大于單機(jī)，這是我們所不希望的。

(4)分析表2表3和圖3，雙機(jī)或三機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)在線性及整流性負(fù)載條件下，均有好的均流特性。輕載時電流相對誤差△I/較大的重要原因是各UpS的輸出濾波電容值的偏差造成的。由于并聯(lián)系統(tǒng)直接是對輸出濾波電感電流均流，故電容電流的偏差必然造成輸出電流(實(shí)測量)的偏差。影響均流的另一個重要因素是各UpS的等效電流采樣系數(shù)值的離散性。

4結(jié)語

數(shù)字化控制是UpS產(chǎn)品升級的一個重要內(nèi)容，關(guān)于復(fù)雜的并機(jī)系統(tǒng)更加有意義。本文所介紹的并機(jī)控制方法，目前是以單片機(jī)和模擬控制混合實(shí)現(xiàn)的。其功能實(shí)現(xiàn)的完善性、復(fù)雜化尚待改進(jìn)。根據(jù)仿真和分析，采用全數(shù)字化控制后，可以大大簡化硬件設(shè)計;進(jìn)一步提高故障監(jiān)控能力;增強(qiáng)自主分析能力、保證控制參數(shù)的高度一致性，減少互連線的數(shù)目。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)仰光，UpS發(fā)展的幾個問題，南京特種航天大學(xué)特種電源特種科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)年會(ApSC'2000)論文集，2000.10，136~137

[2]莊光前，徐永富，高可靠的三菱UpS冗余并機(jī)技術(shù)，UpS應(yīng)用，2000.1

[3]沈衛(wèi)東，一種高可靠性、高可用性的模塊化UpS冗余系統(tǒng)，UpS應(yīng)用，2000.2

[4]李成章，智能化UpS供電系統(tǒng)原理與維修，北京：電子工業(yè)出版社，99.3

[5]邢巖，逆變器并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)的研究，南京特種航天大學(xué)博士論文，1999.12

[6]段善旭等，UpS電壓型逆變電源并聯(lián)控制技術(shù)研究，電源世界，2000.2