長沙科電電子科技有限公司
Changsha Kedian Electronic Technology Co., Ltd
科電UPS電源·始于2008
專業(yè)提供UPS電源/不間斷電源UPS
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1.前 言
不間斷電源（UPS）并機(jī)系統(tǒng)以其擴(kuò)容方便、節(jié)約投資、可靠性高而逐漸被廣泛采用，并深受用戶歡迎。所謂UPS并機(jī)系統(tǒng)是指需并聯(lián)的多臺(tái)UPS的輸出直接并聯(lián)短接在一起，同時(shí)分擔(dān)負(fù)載電流，不需外加任何設(shè)備，使整個(gè)供電系統(tǒng)的可靠性提高，供電容量也同時(shí)得到提高。但是，并聯(lián)UPS會(huì)有如下主要問題：
1) 各臺(tái)UPS輸出的電壓、相位、頻率很難嚴(yán)格一致，即使有1度的相位誤差也可引起50%的功率差別，當(dāng)空載時(shí)，某些UPS可能會(huì)運(yùn)行在整流狀態(tài)。
2) 由于各臺(tái)UPS的輸出電壓、電流均為正弦量，而且有相位誤差和頻率誤差，所以，很難實(shí)現(xiàn)負(fù)載分配和均流。
3) 并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，若各臺(tái)UPS的頻率和相位相同，而幅度不同，則系統(tǒng)中各臺(tái)UPS之間會(huì)存在無功的環(huán)流分量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使UPS保護(hù)，甚至使逆變器停止工作。
鑒于以上存在的問題，我們提出在并聯(lián)系統(tǒng)中，把每一臺(tái)UPS輸出的電壓、電流、頻率和相位信號(hào)進(jìn)行采樣、綜合，然后，再與其它UPS的相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行綜合，從而得出各自電壓及頻率的補(bǔ)償信號(hào)，然后送至系統(tǒng)中的其它UPS，終保證各臺(tái)UPS輸出電壓的幅值、電流、相位和頻率嚴(yán)格一致。當(dāng)其中某臺(tái)UPS因故障而退出時(shí)，并不影響整個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)行，因而可實(shí)現(xiàn)真正的N+1 臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行。
2.并機(jī)原理
整個(gè)UPS并機(jī)系統(tǒng)以數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F240為核心，輔以必要的外圍功能單元電路構(gòu)成�！ �(shù)字信號(hào)處理器（DSP）通過對(duì)各種信號(hào)的檢測(cè)，加以分析處理，然后送到逆變器控制電路和狀態(tài)顯示電路；同時(shí)，通過通信接口電路與并機(jī)系統(tǒng)中的其他UPS進(jìn)行信息交換。
波形控制接口電路的功能是將DSP發(fā)出的控制后級(jí)UPS的逆變輸出信號(hào)進(jìn)行電平匹配，使其符合一定的精度和幅值要求。
相位控制接口電路的作用是將DSP發(fā)出的同步信號(hào)經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換及阻抗匹配后送到后級(jí)UPS控制電路中作為UPS鎖相的給定信號(hào)。
邏輯切換控制電路的功能是將DSP發(fā)出的控制信號(hào)經(jīng)過電平變換后去驅(qū)動(dòng)靜態(tài)開關(guān)動(dòng)作，完成相應(yīng)的邏輯關(guān)系控制。
直流母線電流檢測(cè)電路的功能是檢測(cè)UPS整流輸出直流母線上流過的電流大小，該直流母線電流經(jīng)霍爾傳感器變換，再經(jīng)電平匹配電路后送到DSP的AD接口。
直流母線電壓檢測(cè)電路的作用是將UPS整流輸出的直流母線電壓變換后送到DSP的AD接口。
輸出電流及輸出電壓檢測(cè)電路的作用是將UPS的輸出電壓及輸出電流經(jīng)過交流電壓互感器及交流電流互感器檢測(cè)后，再經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換，送到DSP的AD接口，作為DSP的控制程序?qū)PS的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的反饋量。
市電檢測(cè)電路的作用是將交流市電經(jīng)變換后送到DSP中，作為控制UPS電源與市電同步的給定值。
所有的檢測(cè)量經(jīng)AD接口送到DSP，DSP完成對(duì)各模擬參數(shù)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換及數(shù)字優(yōu)化濾波，濾除噪聲干擾，分離出有用的信號(hào)，保證檢測(cè)信號(hào)的真實(shí)性及有效性。
UPS并聯(lián)控制系統(tǒng)的通訊接口電路將本UPS的工作狀態(tài)（輸出電壓幅值、輸出電壓頻率、輸出電壓的相位、切換邏輯要求等）送到通訊總線上，并通過通訊總線接收并聯(lián)控制系統(tǒng)其它UPS發(fā)出的工作狀態(tài)信號(hào)，作為并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行均流控制、邏輯切換的重要依據(jù)。
3.并機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及DSP控制軟件
3.1 UPS并機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
并機(jī)系統(tǒng)中的所有UPS均通過通訊接口相連，各UPS的輸出則直接并接給負(fù)載供電。
3.2 控制軟件
3.2.1. DSP主程序
DSP主程序根據(jù)并聯(lián)控制系統(tǒng)的通訊接口電路接受到的其他并聯(lián)運(yùn)行UPS發(fā)出的切換邏輯要求，并根據(jù)當(dāng)前本機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行相應(yīng)的邏輯分析和判斷，保證所有并聯(lián)運(yùn)行UPS的靜態(tài)開關(guān)同時(shí)切換到旁路運(yùn)行狀態(tài)﹑或同時(shí)切換到逆變器運(yùn)行狀態(tài)，完成并機(jī)系統(tǒng)的邏輯切換控制。由于在并機(jī)系統(tǒng)的邏輯切換過程中，沒有主機(jī)或從機(jī)之分，因此，任意一臺(tái)處于并聯(lián)運(yùn)行且處于負(fù)載狀態(tài)下的UPS可以從并聯(lián)
運(yùn)行的UPS并聯(lián)系統(tǒng)中退出，或者任意一臺(tái)處于空載狀態(tài)的（或者新啟動(dòng)的）UPS可以并入N臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的UPS并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)N+1臺(tái)UPS的并聯(lián)運(yùn)行，也就實(shí)現(xiàn)了N+1冗余并聯(lián)運(yùn)行。
3.2.2. DSP控制子程序
DSP控制子程序根據(jù)由通訊接口電路接收到的其它并聯(lián)運(yùn)行的UPS發(fā)出的輸出電壓幅值、輸出電壓頻率、輸出電壓相位等數(shù)據(jù)，以及接收到的本UPS的輸出電壓幅值、輸出電壓頻率、輸出電壓相位等數(shù)據(jù)，經(jīng)過采樣處理，然后經(jīng)過輸出電壓幅值控制算法程序、輸出電壓的頻率算法程序、輸出電壓的相位算法程序等的綜合運(yùn)算，從而對(duì)UPS輸出電壓的相位、頻率、幅值等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使各臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的UPS輸出相同的電壓幅值、電壓頻率和電壓相位，使各臺(tái)UPS共同對(duì)負(fù)載供電，且實(shí)現(xiàn)所有并聯(lián)運(yùn)行的UPS平均分擔(dān)負(fù)載，滿足并聯(lián)運(yùn)行的技術(shù)要求。
4.測(cè)試結(jié)果（測(cè)試方法略）
1) 空載環(huán)流
空載環(huán)流是指并機(jī)系統(tǒng)中任意兩臺(tái)UPS對(duì)應(yīng)輸出相之間產(chǎn)生的無功電流分量。1+1并機(jī)系統(tǒng)和N+1并機(jī)系統(tǒng)的空載環(huán)流均小于3A。
電流，2A/div；時(shí)間，5ms/div
空載環(huán)流波形
2) 電流不平衡度
1+1并機(jī)系統(tǒng)的電流不平衡度小于5%，N+1并機(jī)系統(tǒng)的電流不平衡度小于5%。
3) 并機(jī)系統(tǒng)的過載及其恢復(fù)
若并機(jī)系統(tǒng)過載（在保護(hù)范圍內(nèi)），系統(tǒng)內(nèi)所有機(jī)器統(tǒng)一跳旁路；當(dāng)并機(jī)系統(tǒng)過載消失，系統(tǒng)內(nèi)所有機(jī)器自動(dòng)恢復(fù)逆變供電狀態(tài)。
當(dāng)并機(jī)系統(tǒng)內(nèi)任一臺(tái)UPS出現(xiàn)故障時(shí)，該機(jī)自動(dòng)關(guān)閉輸出，自動(dòng)退出并機(jī)系統(tǒng)，而并機(jī)系統(tǒng)的其它UPS繼續(xù)為負(fù)載供電；當(dāng)故障排除后，則需按照操作步驟將該UPS并入并機(jī)系統(tǒng)。
5.結(jié)束語
經(jīng)過小批量投入市場(chǎng),該系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，其性能達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，并且已接近或超出國外同類產(chǎn)品的水平。
