串并联补偿式UPS并联变流器的设计与实现.ppt

1、串并联补偿式串并联补偿式UPS并联变流器并联变流器的设计与实现的设计与实现李扶中李扶中 指指 导导 教教 师师：熊蕊：熊蕊 教授教授本文主要内容串并联补偿式串并联补偿式UPS的工作原理的工作原理串并联补偿式串并联补偿式UPS的的控制策略控制策略串并联补偿式串并联补偿式UPS的功率平衡特性的功率平衡特性三相并联变流器的数学建模三相并联变流器的数学建模并联变流器双闭环结合重复控制系统设计并联变流器双闭环结合重复控制系统设计并联变流器系统仿真并联变流器系统仿真并联变流器实验并联变流器实验串并联补偿式UPS的工作原理串并联补偿式串并联补偿式UPS的的主电路结构主电路结构串并联补偿式UPS的工作原理串并

2、联补偿式串并联补偿式UPS的的单线原理图单线原理图 串并联补偿式UPS的控制策略市电输入电流is是与市电基波电压Vs1同相的正弦有功电流，市电供电的功率因数为1。负载电压VL为基波正弦电压，VL等于指令额定值VR，并与Vs1同相。控制目标控制目标串并联补偿式UPS的控制策略串联变流器被控为正弦电流源，并联变流器被控为正弦电压源直接控制策略直接控制策略串联变流器被控为非正弦电压源，并联变流器被控为非正弦电流源间接控制策略间接控制策略两种控制策略两种控制策略串并联补偿式UPS的功率平衡特性欠压时，基波电压电流补偿示意图欠压时，基波电压电流补偿示意图串并联补偿式UPS的功率平衡特性过压时，基波电压电

3、流补偿示意图过压时，基波电压电流补偿示意图串并联补偿式UPS的功率平衡特性串联变流器从电网接受的有功功率：串联变流器从电网接受的有功功率：并联变流器向电网发出的有功功率：并联变流器向电网发出的有功功率：其中，有功功率平衡特性有功功率平衡特性三相并联变流器的数学建模单相逆变器的数学模型单相逆变器的数学模型三相逆变器的数学模型三相逆变器的数学模型三相并联变流器的数学建模三相并联变流器的数学建模三相逆变器的数学模型三相逆变器的数学模型三相并联变流器的数学建模坐标变换坐标变换 将 代入上式 得到：三相并联变流器的数学建模坐标变换坐标变换三相并联变流器的数学建模坐标变换坐标变换三相并联变流器的数学建模坐

4、标变换坐标变换平衡的 三相变流器在进行了 坐标系/坐标系坐标变换后，两相之间没有耦合。三相变流器可以等效转化为两个相互独立的单相变流器来进行控制系统设计。双闭环结合重复控制系统设计双闭环控制系统的设计双闭环控制系统的设计本文直接在时域内时域内采用极点配置方法极点配置方法设计控制器，然后再把设计的控制器离散化。坐标系下基于控制对象解耦的双闭环控制系统方框图：双闭环结合重复控制系统设计双闭环控制系统的设计双闭环控制系统的设计控制对象的解耦，消除输出电压在B点引入的交叉反馈作用，引入，并令=1。输出电压Vc在B点的引入同时也消除了负载扰动电流io对电感电流的干扰，使其只受电流指令i*的影响。在A点引

5、入负载扰动电流io的前馈补偿，提高了系统对负载扰动的抑制能力。双闭环结合重复控制系统设计双闭环控制系统的设计双闭环控制系统的设计控制对象在相的Bode图：双闭环结合重复控制系统设计双闭环控制系统的设计双闭环控制系统的设计设电压环、电流环控制器传递函数分别为：双闭环控制系统闭环传递函数为：双闭环结合重复控制系统设计双闭环控制系统的设计双闭环控制系统的设计双闭环控制系统闭环特征方程为：系统的期望特征方程为：双闭环结合重复控制系统设计双闭环控制系统的设计双闭环控制系统的设计选取期望的阻尼比 ，自然角频率 和非主导极点比例系数m。比较两式系数，得到双环控制器参数。双闭环结合重复控制系统设计电流内环闭环

6、频率特性：双闭环控制系统的设计双闭环控制系统的设计双闭环结合重复控制系统设计双闭环控制系统的设计双闭环控制系统的设计电压外环闭环频率特性：双闭环结合重复控制系统设计双闭环控制系统的设计双闭环控制系统的设计对控制器采用双线性变换法进行离散双闭环结合重复控制系统设计双闭环控制系统的设计双闭环控制系统的设计采用零阶保持器法离散“”环节采用双线性变换法离散“”环节采样频率均取10KHz双闭环结合重复控制系统设计双闭环控制系统的设计双闭环控制系统的设计离散化以后的闭环系统传递函数：双闭环结合重复控制系统设计双闭环结合重复控制系统双闭环结合重复控制系统利用双闭环控制改善系统动态性能，并消除空载开环逆变器在

7、谐振频率处的谐振峰，从而简化了重复控制器的设计；利用重复控制器来改善稳态性能，使整个系统达到较好的控制性能。双闭环结合重复控制系统设计双闭环结合重复控制系统双闭环结合重复控制系统双闭环结合重复控制系统设计重复控制器的设计重复控制器的设计嵌入式重复控制器结构，其中P(z)Q(z)z-Nz-NKr zk S(z)rdy+_+eur重复控制器+双闭环结合重复控制系统设计嵌入式重复控制器参数嵌入式重复控制器参数滤波器：相位补偿器：重复控制器增益：周期延迟环节：并联变流器系统仿真串并联补偿式串并联补偿式UPS并联变流器系统仿真仿真参数仿真参数交流电网电源侧额定相电压基波有效值 ，频率 交流电网负载侧额定

8、相电压有效值 额定负载容量 ，功率因数 直流母线电压额定值并联变流器开关频率三相并联变压器匝比 ，连接并联变流器每相输出滤波电感 ；等效串联电阻并联变流器输出滤波电容 （三角形接法）并联变流器系统仿真仿真负载描述仿真负载描述负载1负载2负载3并联变流器系统仿真系统仿真结果系统仿真结果输入电压基波有效值 ，接负载1，采用双闭环结合重复控制方案。VSA_VLA_ISAVS_VLIS_IL_I3并联变流器系统仿真系统仿真结果系统仿真结果输入电压基波有效值 ，接负载2，采用双闭环结合重复控制方案。VSA_VLA_ISAVS_VLIS_IL_I3并联变流器系统仿真系统仿真结果系统仿真结果输入电压基波有效

9、值 ，接负载3，采用双闭环结合重复控制方案。VSA_VLA_ISAVS_VLIS_IL_I3并联变流器系统仿真系统仿真结果系统仿真结果输入电压基波有效值 ，接负载3，仅采用双闭环控制方案。VSA_VLA_ISAVS_VLIS_IL_I3并联变流器系统仿真系统仿真结果系统仿真结果输入电压基波有效值 ，接负载1，采用双闭环结合重复控制方案。VSA_VLA_ISAVS_VLIS_IL_I3并联变流器系统仿真系统仿真结果系统仿真结果输入电压基波有效值 ，。在 接负载1，并在 时将负载切除。采用双闭环结合重复控制方案。VSA_VLA_ISAVS_VLIS_IL_I3并联变流器实验实验装置实验装置并联变流

10、器实验并联变流器控制电路并联变流器控制电路信号检测处理电路并联变流器实验并联变流器控制电路并联变流器控制电路信号检测处理电路并联变流器实验并联变流器控制电路并联变流器控制电路脉冲驱动放大电路并联变流器实验并联变流器控制电路并联变流器控制电路锁相电路并联变流器实验实验工况实验工况并联变流器带不同负载工况下的输出电压、电流波形：工况工况1：带线性对称阻感串联负载，总容量 ，功率因数 。其中，负载每相电阻 ，每相电感 。工况工况2：带非线性负载，由无输出滤波电容的晶闸管不控整流电路与电感电阻串联电路并联组合而成。其中，并联阻感电路参数为 ，；不控整流电路输出负载电阻值为 。工况工况3：带晶闸管不控整

11、流非线性负载，经输出滤波电容接负载电阻。其中，负载电阻 ，滤波电容 。工况工况4：突加非线性负载，由无滤波电容的晶闸管不控整流电路与电感电阻串联电路并联组合而成。其中，并联阻感电路参数为 ，；不控整流电路输出负载电阻值为 。并联变流器实验实验波形：工况实验波形：工况1Ch1：输出线电压VLBC(40V/div，10ms/div)VLBC THD1.65 Ch2：负载电流iLA(5A/div，10ms/div)并联变流器实验实验波形：工况实验波形：工况2Ch1：输出线电压VLBC(40V/div，10ms/div)VLBC THD2.48 Ch2：负载电流iLA(5A/div，10ms/div)并联变流器实验实验波形：工况实验波形：工况3Ch1：输出线电压VLBC(40V/div，10ms/div)VLBC THD3.62 Ch2：负载电流iLA(5A/div，10ms/div)并联变流器实验实验波形：工况实验波形：工况4Ch1：输出线电压VLBC(40V/div，10ms/div)Ch2：负载电流iLA(3A/div，10ms/div)并联变流器实验实验波形：锁相实验波形：锁相锁相前 锁相后