[發明專利]一種抑制輸出電壓不平衡和諧波的三相UPS控制系統

有效

• 申請號: 201110425591.3
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102522761A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 廖慧;陳艷峰;周創彬;鄭炎坤;李振強
• 申請（專利權）人: 廣東創電電源有限公司
• 主分類號: H02J3/26
• 分類號: H02J3/26;H02J3/01
• 代理公司: 佛山市南海智維專利代理有限公司 44225
• 代理人: 李憲賓

技術領域：

本發明涉及一種有效抑制地三相輸出電壓不平衡、補償諧波的UPS電源控制系統。

背景技術：

隨著重要部門、大型用電設備對高品質電源需求的日益增多，同時為了減少由于電力電子設備的大量使用、非線性負載的不斷增加所帶來的電網諧波污染，UPS(Uninterruptible?Power?Supply，不間斷電源)得到了日益廣泛的應用。其作用主要體現在兩個方面：一方面，在市電斷電時為負載提供不間斷的電源，這通常是利用UPS上的蓄電池儲能將直流逆變為交流向負載供電；另一方面，讓UPS起到隔離作用，始終向負載提供高質量的穩壓、穩頻電源，同時抑制電網的浪涌、尖峰、噪聲及補償電壓跌落等電源干擾對負載的影響。

輸出電壓的對稱性是三相UPS電源乃至三相交流電源的一個重要性能指標，在很多實際應用場合，通常都要求三相UPS具有同時向平衡、不平衡負載供電的能力。由于三相UPS電源負載不平衡不可避免，三相逆變電源都存在一定的輸出阻抗，從而使傳統的三相逆變電源在向不平衡負載供電時會產生三相輸出電壓的不平衡，導致輸出電壓波形的畸變。對三相逆變電源來說，其主電路通常采用三相逆變橋結構，帶LC濾波器，如圖2所示。但是對于這樣的主電路形式，由于三相之間存在一定的耦合關系，調節其中任何一相，必然影響到其他兩相，無法保證三相輸出相電壓的對稱。

目前對三相進行解耦的方法有采用3個單相橋的主電路拓撲，或者采用三相四臂的主電路拓撲，這兩種方法都可行，特別是第一種電路結構，控制比較簡單，但它們都額外增加了一個甚至3個橋臂，大大增加了硬件成本。

UPS在運行的時候，波形輸出不可避免地存在諧波，特別是帶非線性負載的時候，這些諧波會對電網、用電設備、通信設備等帶來危害，影響設備的正常運行。因此，解決三相輸出電壓的不平衡問題和抑制諧波、提高輸出波形質量是UPS的關鍵技術之一

發明內容：

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術不能解決三相不平衡問題，或者即使解決，但是硬件成本大的缺陷，在僅使用圖2所示電路，不增加任何外圍電路，實現三相的解耦控制，解決三相不平衡問題。與此同時，采用控制算法，對諧波進行補償，降低諧波總量(THD)。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種三相UPS控制系統，所述UPS包括順次連接在交流電源和負載之間的整流部分和逆變部分，其特征在于：

用于將三相電壓從三相坐標變換到兩相靜止坐標的Clarke變換單元；

用于對輸出電壓進行初步調節，并計算誤差量的兩相靜止坐標下的比例控制器；

用于對正序電壓進行調節的正向旋轉坐標下的正序控制器；

用于對負序電壓進行抑制的反向旋轉坐標下的負序控制器；

用于對5次諧波進行補償的反向5倍基波角速度旋轉坐標系下的5次諧波控制器；

用于對7次諧波進行補償的正向7倍基波角速度旋轉坐標系下的7次諧波控制器；

用于將比例控制器、正序控制器、負序控制器、5次諧波控制器和7次諧波控制器輸出的alpha分量和beta分量分別相加，作為給定量，調節本機輸出電壓的輸出電壓調節單元。

在本發明所述的三相UPS控制系統中，所述Clarke變換單元的輸入端為UPS輸出的三相電壓的采樣值，輸出兩相靜止坐標下的alpha和beta分量。

在本發明所述的三相UPS控制系統中，所述比例控制器包括兩相靜止坐標下的alpha分量的減法器及比例控制器和兩相靜止坐標下的beta分量的減法器及比例控制器，所述alpha分量減法器的第一輸入端為VmCosθ，其中Vm可以控制輸出電壓的大小，所述alpha分量比例減法器的第二輸入端連接Clarke變換單元的alpha分量值輸出端，所述alpha分量比例減法器的輸出端為UPS輸出電壓與給定電壓的差，連接所述alpha分量比例控制器，所述的alpha分量比例控制器輸出端為本UPS輸出電壓alpha分量的部分給定值；所述beta分量減法器的第一輸入端為VmSinθ，其中Vm可以控制輸出電壓的大小，所述beta分量比例減法器的第二輸入端連接Clarke變換單元的beta分量值輸出端，所述beta分量比例減法器的輸出端為UPS輸出電壓與給定電壓的差，連接所述beta分量比例控制器，所述的beta分量比例控制器輸出端為本UPS輸出電壓beta分量的部分給定值。