電力通信系統(tǒng)中并聯(lián)UPS逆變電源的均流控制

高 健，陳 輝

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102）

0 引 言

目前，以德國為首的歐洲西方發(fā)達國家已經(jīng)完成了該項技術的成熟應用，多模塊并行的電路能夠在高電壓的情況下分擔負載功率，完成各個模塊電流應力的大小調(diào)節(jié)，從根本上保證電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。逆變電源作為并聯(lián)運行的控制前提和基礎，能夠通過擴大電源的系統(tǒng)容量、改變電源的分布方式以及對并聯(lián)輸出的電壓波形產(chǎn)生和諧的運動狀態(tài)，從而實現(xiàn)基礎電波的均勻流速，持續(xù)保持電網(wǎng)中電壓的穩(wěn)定輸出。本文根據(jù)分布式發(fā)電的信號特性，研究電力通信系統(tǒng)中并入UPS逆變電路的均流控制方法，實現(xiàn)對多組并入電路的信號精準調(diào)節(jié)。

1 并聯(lián)UPS逆變電源的均流控制方法

1.1 確定電力通信系統(tǒng)電流逆變內(nèi)環(huán)

逆變內(nèi)環(huán)的反饋機制采用瞬時的電容電流作基礎，在電源出口端的輸出電壓波形在限流時，可以將電流的內(nèi)環(huán)動態(tài)響應分為多個通路完成電流的分化。主要的步驟有3點：一是在檢測逆變電源的輸出電壓和給定參數(shù)電壓比值后，需要檢查誤差信號在外部調(diào)節(jié)電壓的參數(shù)范圍，利用所得初值首次設定內(nèi)環(huán)參數(shù)值。二是由預設參數(shù)檢測動感電流與誤差信號在經(jīng)電流通路時形成的調(diào)制波，若調(diào)制波的角波相能夠產(chǎn)生YUI格式的驅(qū)動信號，則可將該參數(shù)設定為內(nèi)環(huán)的控制系數(shù)[1]。三是當逆變電流內(nèi)環(huán)參數(shù)敲定后，在內(nèi)環(huán)通路中安置較為常用的控制器，如無差別滯留環(huán)或者比例控制環(huán)。前者可以在自帶的精確算法下自動調(diào)節(jié)過高時段內(nèi)高壓電快速輸出的濾波參數(shù)，形成動態(tài)的無差控制。后者可以在電流波動產(chǎn)生頻次誤差時，通過靜差填補作用給定內(nèi)環(huán)的擬補定值[2]。綜上按照對應比例完成通信系統(tǒng)中電流的逆變內(nèi)環(huán)設計，在該內(nèi)環(huán)中可以建立并聯(lián)的UPS動態(tài)信號模型，用來采集每個周期內(nèi)逆變電源的輸出電壓。

1.2 建立并聯(lián)UPS動態(tài)信號模型

在利用解耦控制原理下全面規(guī)定電壓通路中線性與非線性的負載功率范圍。完成構(gòu)建前需要對實際的逆變電源完成變化的取值給定，在相對平角的輸出電壓動態(tài)波形中，分析瞬時變化對角度確立的精確分析。基本上可以采用小信號控制法簡化電路的問題，假定在擾動的信號較小狀態(tài)中該擾動信號頻率，只能用拉氏變換完成模型的經(jīng)典控制理論[3]。根據(jù)信號的運行軌跡繪制波特圖形分析每個電路下產(chǎn)生的動態(tài)信號變化情況，找出多個信號動態(tài)變化的平衡點，若在其附近存在較小的擾動信號可以完成瞬間圈定。在圈定好的位置對逆變電源的輸出電流設定阻抗分量，使其分散阻性信號加強擾動小信號的功率調(diào)節(jié)。觀察該位置下動態(tài)信號是否作出波形變化，從而得出阻性分量產(chǎn)生的信號和系統(tǒng)通信功率之間的調(diào)節(jié)關系，完成最終的矢量控制圖繪制[4]。

1.3 選取功率濾波系數(shù)

首先功率的濾波參數(shù)值需從最小開始選取，參數(shù)越小電流通過系統(tǒng)時產(chǎn)生的響應速度最快，但通信系統(tǒng)在最小值設定中不穩(wěn)定波形過多時，可以在區(qū)間內(nèi)依次增加參數(shù)值[5]。其次原有逆變電源運行中模塊的基準正弦含有差異信號后，可以對包含在內(nèi)的電流環(huán)向內(nèi)靠攏，調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)中逆變頻次完成負載電壓的平均分配[6]。最后下垂系數(shù)的主要參考電壓應以變形較大的正弦濾波在功率計算后，若所得值超過高頻次的諧波功率則不需額外增加濾波，只在原有低通濾波系數(shù)中完成電壓電流濾過就能提取基波中電壓。

1.4 加權控制并聯(lián)逆變電源的均流

為了輸出的電容量不受影響，利用加權法對每個模塊理想的輸出電流進行復合疊加，在總負載電壓等同于通路電流總和時，通過電流的最大負載量完成電路的電流分配[7]。設定電流的輸出容量為i個模塊，各個模塊之間的輸出容量比值為φ1，按照并聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)中最大負載的量值進行比例分配。其中每個模塊中的相對負載值要保持一致即φ1∶φ2∶…∶φ1=1，此時模塊之間的輸出電流參數(shù)信號能夠保持當前階段的穩(wěn)定，使得滿足每個模塊之間的容量關系，計算公式為：

式中，uε為各個模塊的輸出電流，k為加權的參考信號值。多個模塊保持同位的輸出電流可以實現(xiàn)并聯(lián)總負載，按照給定的容量輸出比例在多個模塊之間完成有效分配[8-10]。

2 測試結(jié)果與分析

2.1 實驗準備

為驗證本文設計的控制方法具有實際應用效果，通過仿真實驗的方法進行檢驗。此次實驗過程的設定主要擺脫電力通信系統(tǒng)中并聯(lián)電源，在逆變情況下并聯(lián)UPS均流走向變化。本次利用電力電子仿真軟件MATLAB，通過其工具庫中的實際控制開關元件的模型和主電路保證無源元件的掃描。為檢驗逆變電源的并聯(lián)電路中實現(xiàn)各逆變單元可以具備的輸出有效功率，通過調(diào)節(jié)各自電路的輸出電壓頻率和相對幅值，實現(xiàn)逆變電源的并聯(lián)功率的實際輸出分配。

2.2 逆變輸出特性測試

逆變輸出特性的測試主要是對主電路中，突然出現(xiàn)的過載現(xiàn)象或者短路現(xiàn)象完成逆變的功率保護。通過對輸出電流大小的控制對過載情況完成等效發(fā)熱的參數(shù)配比，防止逆變電源在過載的參數(shù)下發(fā)生損壞。本次測試設定的實際逆變空載的輸出電壓為130 V，通過3組負載參數(shù)設定，比較不同狀態(tài)下的電壓輸出電壓幅值，每個參數(shù)進行8組測試，采用平均計算的方式得出逆變加載出的電壓有效值，具體數(shù)值如表1所示。

表1 不同負載參數(shù)下輸出電壓幅值結(jié)果（單位：V）

根據(jù)表1可知，本文方法對逆變電流調(diào)節(jié)的動態(tài)性能較好，可以適應各種負載變化的情況。

2.3 并聯(lián)運行特性測試

并行檢測是在主電路電源的基礎上分別對兩臺逆變的電源進行并聯(lián)電壓的輸出，通過每個逆變電源的輸出電流峰值完成阻性負載的均流控制。測試條件的兩個逆變電源分別標記為S1和S2，實際輸出的電壓參數(shù)設置為空載電壓130 V。對阻性負載的電流設置多個通路，每條通路中的負載參數(shù)均為620 μF。將兩個逆變電源并行時采集到的電壓電流輸出值繪制成波形圖，測試一逆變電源正常運行時，另一臺電源并入的情況，具體采集情況如圖1所示。

圖1 逆變電源并入情況

如上圖1所示，本文方法能夠在電源并入狀態(tài)下完成負載電流的平均控制。

3 結(jié) 論

本次研究在確定電力通信系統(tǒng)中并聯(lián)逆變電源的內(nèi)環(huán)位置過程中，建立了一個動態(tài)的信號收集模型，通過功率的濾波系數(shù)選取，運用加權法完成逆變電源的均流控制。此次研究實現(xiàn)了多個逆變電源之間的并入測試，在不同的負載參數(shù)下，本文的控制方法能夠及時對閉環(huán)逆變電源中的基準信息完成準確調(diào)節(jié)，有效減少累計誤差造成的輸出電壓急速升高或下降情況。實驗結(jié)果表明在本文設計的控制方法下，無論是并聯(lián)運行特性測試還是逆變測試均可完成對電源的均流控制。