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）并機系統(tǒng)以其擴容方便、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并機系統(tǒng)是指需并聯(lián)的多臺UPS的輸出直接并聯(lián)短接在一起，同時分擔(dān)負載電流，不需外加任何設(shè)備，使整個供電系統(tǒng)的可靠性提高，供電容量也同時得到提高。但是，并聯(lián)UPS會有如下主要問題：
1) 各臺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，某些UPS可能會運行在整流狀態(tài)。
2) 由于各臺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，很難實現(xiàn)負載分配和均流。
3) 并聯(lián)運行時，若各臺UPS的頻率和相位相同，而幅度不同，則系統(tǒng)中各臺UPS之間會存在無功的環(huán)流分量，嚴(yán)重時會使UPS保護，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UPS輸出的電壓、電流、頻率和相位信號進行采樣、綜合，然后，再與其它UPS的相應(yīng)信號進行綜合，從而得出各自電壓及頻率的補償信號，然后送至系統(tǒng)中的其它UPS，終保證各臺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UPS因故障而退出時，并不影響整個并聯(lián)系統(tǒng)的運行，因而可實現(xiàn)真正的N+1 臺并聯(lián)運行。
2.并機原理
整個UPS并機系統(tǒng)以數(shù)字信號處理器TMS320F240為核心，輔以必要的外圍功能單元電路構(gòu)成�！ �(shù)字信號處理器（DSP）通過對各種信號的檢測，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，通過通信接口電路與并機系統(tǒng)中的其他UPS進行信息交換。
波形控制接口電路的功能是將DSP發(fā)出的控制后級UPS的逆變輸出信號進行電平匹配，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)出的同步信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換及阻抗匹配后送到后級UPS控制電路中作為UPS鎖相的給定信號。
邏輯切換控制電路的功能是將DSP發(fā)出的控制信號經(jīng)過電平變換后去驅(qū)動靜態(tài)開關(guān)動作，完成相應(yīng)的邏輯關(guān)系控制。
直流母線電流檢測電路的功能是檢測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行實時控制的反饋量。
市電檢測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。
所有的檢測量經(jīng)AD接口送到DSP，DSP完成對各模擬參數(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，保證檢測信號的真實性及有效性。
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，作為并聯(lián)系統(tǒng)進行均流控制、邏輯切換的重要依據(jù)。
3.并機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及DSP控制軟件
3.1 UPS并機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
并機系統(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)運行UPS發(fā)出的切換邏輯要求，并根據(jù)當(dāng)前本機的運行狀況進行相應(yīng)的邏輯分析和判斷，保證所有并聯(lián)運行UPS的靜態(tài)開關(guān)同時切換到旁路運行狀態(tài)﹑或同時切換到逆變器運行狀態(tài)，完成并機系統(tǒng)的邏輯切換控制。由于在并機系統(tǒng)的邏輯切換過程中，沒有主機或從機之分，因此，任意一臺處于并聯(lián)運行且處于負載狀態(tài)下的UPS可以從并聯(lián)
運行的UPS并聯(lián)系統(tǒng)中退出，或者任意一臺處于空載狀態(tài)的（或者新啟動的）UPS可以并入N臺并聯(lián)運行的UPS并聯(lián)運行系統(tǒng)中，實現(xiàn)N+1臺UPS的并聯(lián)運行，也就實現(xiàn)了N+1冗余并聯(lián)運行。
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算，從而對UPS輸出電壓的相位、頻率、幅值等參數(shù)進行實時控制，使各臺并聯(lián)運行的UPS輸出相同的電壓幅值、電壓頻率和電壓相位，使各臺UPS共同對負載供電，且實現(xiàn)所有并聯(lián)運行的UPS平均分擔(dān)負載，滿足并聯(lián)運行的技術(shù)要求。
4.測試結(jié)果（測試方法略）
1) 空載環(huán)流
空載環(huán)流是指并機系統(tǒng)中任意兩臺UPS對應(yīng)輸出相之間產(chǎn)生的無功電流分量。1+1并機系統(tǒng)和N+1并機系統(tǒng)的空載環(huán)流均小于3A。
電流，2A/div；時間，5ms/div
空載環(huán)流波形
2) 電流不平衡度
1+1并機系統(tǒng)的電流不平衡度小于5%，N+1并機系統(tǒng)的電流不平衡度小于5%。
3) 并機系統(tǒng)的過載及其恢復(fù)
若并機系統(tǒng)過載（在保護范圍內(nèi)），系統(tǒng)內(nèi)所有機器統(tǒng)一跳旁路；當(dāng)并機系統(tǒng)過載消失，系統(tǒng)內(nèi)所有機器自動恢復(fù)逆變供電狀態(tài)。
當(dāng)并機系統(tǒng)內(nèi)任一臺UPS出現(xiàn)故障時，該機自動關(guān)閉輸出，自動退出并機系統(tǒng)，而并機系統(tǒng)的其它UPS繼續(xù)為負載供電；當(dāng)故障排除后，則需按照操作步驟將該UPS并入并機系統(tǒng)。
5.結(jié)束語
經(jīng)過小批量投入市場,該系統(tǒng)運行效果良好，其性能達到了預(yù)期設(shè)計目標(biāo)，并且已接近或超出國外同類產(chǎn)品的水平。
