【摘 要】
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随着社会的发展,越来越多的用电设备如数据中心、医疗设备等不仅需要电源的不间断供电,还对电源质量提出了更高的要求。因此,在线式UPS（Uninterruptible Power Supply,UPS）在市场中得到了广泛的应用。逆变器作为UPS系统的主要组成部分,解决其输出电压不平衡具有重要的现实意义。本文依托“广东省高校大功率高可靠电能变换与控制科研创新团队”（2018GKCXTD003）项目,以提
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随着社会的发展,越来越多的用电设备如数据中心、医疗设备等不仅需要电源的不间断供电,还对电源质量提出了更高的要求。因此,在线式UPS（Uninterruptible Power Supply,UPS）在市场中得到了广泛的应用。逆变器作为UPS系统的主要组成部分,解决其输出电压不平衡具有重要的现实意义。本文依托“广东省高校大功率高可靠电能变换与控制科研创新团队”（2018GKCXTD003）项目,以提升三相UPS逆变器带不平衡负载能力为目标,开展了如下研究工作:首先,对三相四线制逆变器进行了数学建模,分别建立了基于开关函数的一般数学模型、三相静止坐标系和两相静止坐标系及旋转坐标系下的开关周期平均模型,并对不平衡负载引起三相输出电压不平衡的机理进行了分析。推导出以线电压为基本矢量的SVPWM调制算法,对比以相电压为基本矢量的SVPWM算法,其能够避免输出电压与参考电压相位和幅值的偏差,并对此做了仿真验证。利用对称分量法分析了三相不平衡输出电压的正序、负序和零序分量。针对正序分量,在同步旋转坐标系下对逆变器进行解耦双闭环PI控制,于反向旋转坐标系中采用电压单闭环PID控制以抑制负序分量,并用极点配置法设计PI和PID调节器参数,使系统控制具备良好的稳定性和快速性。其次,基于MATLAB/Simulink平台搭建了三相UPS逆变器控制系统仿真模型,仿真分析了逆变器在解耦双闭环PI控制下的动静态性能和加入负序抑制控制器前后的带不平衡负载能力,表明所应用控制策略的有效性。为了防止逆变器启动过压,加入了软启动。最后,在上述理论研究和仿真实验的基础上,进行了三相UPS逆变器控制系统硬件和软件设计,并在一台30 k VA的样机上进行了软起动实验和带不平衡负载实验。实验结果表明,软起动的加入可以避免逆变器启动时过压,且所设计的双闭环PI控制结合负序抑制控制器的控制策略能够有效抑制不平衡电压负序分量,提高了系统带不平衡负载能力。
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