(中国空间技术研究院,北京 100029)

　　关键词:Delta逆变器;Delta变换UPS;补偿

　　Applications of Delta Inverters in UPS(2)

　　QU Xue-ji

　　(China Academy of Space Technology, Beijing 100029, China)

　　Abstract: In this paper, we introduce the basic circuit, operation principles and control methods of Delta inverter, as well as the UPS based on the Delta inverter. In addition, we analyze the compensation characteristics of the input current and its harmonics as well as voltage input and its harmonics of the mains power.

　　Keywords: Delta Inverter; UPS; Compensation

　　3 对市电电网输入电流的补偿

　　对市电电网输入电流的补偿是由Delta逆变器1来完成的。图6的左侧给出了Delta逆变器1对市电电网输入电流进行补偿时的检测和控制电路,为讨论方便起见,将其单独画在图7中。图中输入电流IL是从负载侧检测到的负载电流,当负载为非纯阻性时,负载电流可表示为

　　IL=IP+Iq+In (1)

　　式中 IP—负载电流中的基波有功电流;

　　Iq—负载电流中的基波无功电流;

　　In—负载电流中的谐波电流总和。

　　另外,负载电流IL的傅里叶级数表达式为

　　式中 I1m—基波电流的幅值;

　　n—电流谐波次数;

　　φ1—基波电流滞后于电压的相位角;

　　φn—n次谐波电流滞后于n次谐波电压的相位角。

　　比较式(1)和式(2)可以得出:

　　图7 Delta逆变器1对市电电网输入电流进行补偿时的检测和控制电路的原理图

　　负载电流IL经低通滤波器1将谐波In滤掉,余下的基波电流I1=Ip+Iq与基准正弦波电压Ur=Urmsinωt输送到乘法器1,乘法器1的输出为

　　从F的表达式中可以看出,包含有直流分量和二次谐波。经低通滤波器2的滤波和放大,其输出为

　　式中K—低通滤波器2的放大倍数。

　　为了消除对市电电网电压的波动进行补偿时,蓄电池电压VCC的变化对市电电网输入电流补偿造成的影响,在检测电路中引入了ΔVCC(见图7)。g与Ur在乘法器2中相乘后,得到输出

　　K取适当的数值,使KUrm2=2,则在比较器中,IL与Ip进行比较,得到

　　Ic=IL-Ip=(Ip+Iq+In)-Ip=Iq+In

　　将Ic作为Delta逆变器1的调制波指令信号,采用SPWM控制法,可以在变压器T(见图6)的副边得到补偿电流(Iq+In),从而抵消了市电电网输入电流中的无功电流分量和谐波分量(Iq+In),输入电流中只有基波电流,基波电流与市电电网电压同相位,即输入功率因数cosφ1=1。

　　4 对输出电压波动及其谐波的补偿

　　对输出电压波动及其谐波的补偿是由Delta逆变器2来完成的。Delta逆变器2对输出电压波动及其谐波进行补偿时的检测和控制电路的原理图表示在图6的右侧。为讨论方便起见,将其单独画在图8中。从图中可知,控制方法为瞬时值比较法。

　　假设输出电压的波动归一化到输出电压的谐波,输出电压可认为是基波电压和谐波电压的合成,即

　　式中 U1—基波电压;

　　U1m—基波电压的幅值;

　　Un—谐波电压;

　　Unm—谐波电压的幅值。

　　从图8可以看出,SPWM调制波指令信号Uc是用输出电压UL减去基准正弦波电压Ur,再减去基准正弦波电压Ur而得到的,即

　　Uc=Ur-(UL-Ur) (7)

　　将式(6)和Ur=Urmsinωt代入式(7)中,得

　　在采用三角形波瞬时值比较法时,假设三角形波的频率为fc,幅值为Ucm,载波比N=fc/50,调制度M为

　　式中 M1=(2Urm-U1m)/Ucm为基波分量调制度;

　　M2=ΣUnm/Ucm为谐波分量调制度。

　　若Delta逆变器2为全桥式逆变电路,其直流输入电源电压为VCC,Delta逆变器2输出电压UAB的傅里叶级数表达式为

　　式(10)中的第2项和第4项为特高次谐波,被滤波器L2C2滤掉,得到

　　将M1和M2的表达式代入式(11)中,可得到

　　假设市电电网电压U～由基波和谐波组成,则

　　根据节点电压法,在图8的C点处可以得到

　　令L1=L2=L,则

　　将式(13)和式(14)代入式(15)中,得

　　式(16)表明,Delta逆变器2可以完成对输出电压波动和谐波的补偿,即使在市电电网电压中含有谐波时,仍能得到纯净、稳定的正弦波输出电压。

　　5 对市电电网输入电压波动的补偿

　　对市电电网输入电压波动的补偿是由Delta逆变器1和Delta逆变器2共同来完成的。

　　前面已介绍过Delta逆变器2可以完成对输出电压波动和谐波的补偿,使输出电压等于基准正弦波电压,保持纯净、稳定。但是在市电电网电压出现波动时,UPS的输出与输入之间存在一个电压差,这说明市电电网提供的有功功率与负载消耗的有功功率不一致。这种不一致,可以由Delta逆变器1和Delta逆变器2来共同补偿。但由于补偿的是有功功率,必将引起蓄电池电压VCC的波动。所以,可以利用VCC的波动值ΔVCC来完成对市电电网输入电压波动和谐波的补偿。下面分别以U～>Ur和U～

　　(1)U～>Ur的情况

　　在图6中的C点处,市电电网电压U～与Delta逆变器2的输出电压UAB′并联后共同向负载供电,为使输出电压UL=Ur保持稳定,从式(15)可以看出,U～升高时,控制电路必须调节Delta逆变器2的输出电压UAB′,使其降低,其结果是UL>UAB′,使Delta逆变器2转入整流状态,向蓄电池充电,使蓄电池电压升高,蓄电池电压与标准直流电压VCCr相比较,得到蓄电池电压的增量ΔVCC。

　　ΔVCC通过g控制Delta逆变器1产生一个负的补偿电压Uc,补偿U～的增高,使U～=Ur,完成对U～>Ur时的补偿。

　　(2)U～

　　同样是在图6的C点处,由于U～的降低,控制电路必须调节Delta逆变器2的输出电压UAB′,使其增高,其结果是UL

　　6 结束语

　　在Delta变换型UPS出现以前,传统的UPS以单变换UPS和双变换UPS为主。单变换UPS(以互动式UPS为主)虽然有较高的变换效率,但在输入和输出之间没有电隔离;而双变换UPS多采用整流器—逆变器—变压器的传统结构,这种与电网相串联的结构,限制了变换效率,并且整流器产生的谐波电流会对电网造成严重污染。Delta变换UPS在实现对市电电网输入电流的补偿、对输出电压及其谐波的补偿和对市电电网电压波动的补偿等方面具有良好的特性。

　　参考资料

　　[1]刘凤君.Delta逆变技术及其在交流电源中的应用

　　[M].机械工业出版社,2003.

　　[2]曲学基,曲敬铠,于明扬.逆变技术基础与应用

　　[M].电子工业出版社,2007.

　　作者简介

　　曲学基 (1940-)，男，中国空间技术研究院高级工程师，主要从事专用电源的研发工作。（游米儿）