不间断电源系统及其控制方法_3

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后得到三相市电电流的谐波和无功补偿指令信号(丨咖^、
igBhref、igChref ),即:
[0036]igAf—igA= IgAf— (igAf+igAh) = — igAh= lgAhref Ο[0037 ] igBf — igB= IgBf — (igBf+igBh) = — igBh= I gBhref o
[0038]igcf — igc = igCf — (igcf+igch) = — i gch = i gchref。
[0039]电流环控制电路140包括顺次连接的第二三相加法器1342和电流环控制器1344。其中,第二三相加法器1342的输入端分别与第一三相加法器1328的输出端、以及变流器130的输出端连接。第二三相加法器1342的输出端则与电流环控制器1344的输入端连接。电流环控制器1344的输出端与模拟式切换开关150的第一触点I连接。第二三相加法器1342用于将第一三相加法器1328输出的谐波和无功补偿指令信号(igAhref、igBhref、igChref )与变流器160输出端的输出电流反馈信号(iA、iB、ic)进行相减后得到误差信号后送入到电流环控制器1344中。电流环控制器1344用于根据该误差信号进行闭环控制并生成三相并网控制信号(Varef^ Vbref 1、Vcref i )。在本实施例中,电流环控制器I 344为PI调节器。
[0040]离网控制电路140中的电压外环电路包括第二三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块(即第二abc/dq转换模块)310、电压环加法器以及电压环控制器。其中,电压环加法器包括电压环d轴加法器322和电压环q轴加法器324;电压环控制器同样包括电压环d轴控制器332和电压环q轴控制器334。第二 abc/dq转换模块310的输入端与变流器160的输出端连接,其输出端则分别与电压环d轴加法器322、电压环q轴加法器324连接。电压环d轴加法器322与电压环d轴控制器332连接,电压环q轴加法器324则与电压环q轴控制器334连接。第二 abc/dq转换模块310用于将变流器160输出端的三相输出电压(uA、ub、uc)转换为d轴电压反馈值Ud和q轴电压Uq后分别送入至电压环d轴加法器322和电压环q轴加法器324的第一输入端。电压环d轴加法器322的第二输入端则用于接收电压环d轴给定电压值Udrrf'电压环q轴加法器324的第二输入端则用于接收电压环q轴给定电压值UqreA电压环d轴加法器322将输入的电压环d轴给定电压值UdrZ与d轴电压反馈值Ud进行相减后得到误差信号后送入到电压环d轴控制器332中。电压环d轴控制器332用于根据该误差信号进行闭环控制并生成d轴电流内环给定信号I/。电压环q轴加法器334和电压环q轴控制器332的工作原理类似,不重复说明。
[0041 ]离网控制电路140中的电流内环电路包括第三三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块(即第三abc/dq转换模块)340、电流环加法器、电流环控制器以及第二两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块(即第二dq/abc转换模块)370。其中,电流环加法器包括电流环d轴加法器352和电流环q轴加法器354,电流环控制器同样包括电流环d轴控制器362和电流环q轴控制器364。第三abc/dq转换模块340的输入端与变流器160的输出端连接,以接收三相输出电流反馈信号(iA、iB、ic)。第三abc/dq转换模块340的输出端分别与电流环d轴加法器352的第二输入端、电流环q轴加法器354的第二输入端连接。电流环d加法器352的第一输入端则与电压环d轴控制器332的输出端连接,其输出端则与电流环d轴控制器362连接。电流环q轴加法器354的第一输入端与电压环q轴控制器334的输出端连接,其输出端则与电流环q轴控制器364连接。电流环d轴控制器362和电流环q轴控制器364的输出端分别与第二dq/abc转换模块370的输入端连接。第二dq/abc转换模块370的输出端则与模式切换开关150的第二触点2连接。其中,第三abc/dq转换模块340用于将变流器160的三相输出电流(U、iB、ic)转换为d轴电流Id和q轴电流Iq并分别送入至电流环d轴加法器352和电流环q轴加法器354中。电流环d轴加法器352将输入的d轴电流内环给定信号I/和d轴电流Id相减后得到误差信号并送入到电流环d轴控制器362以生成d轴控制信号Ud。。同样的,电流环q轴控制器也会生成q轴控制信号uq。。第二 dq/abc转换模块370根据输入的d轴控制信号Ud。以及q轴控制信号uq。生成三相离网控制信号(Varef2 Jbref2Jcref2)。在本实施例中,电流环控制器和电压环控制器均为PI调节器。
[0042]上述不间断电源系统的控制方法如下:
[0043]在系统启动后,监测电路持续工作,监测市电是否正常。
[0044]在市电正常时,监测电路输出第一监测信号控制可控开关120导通,不间断电源系统进入并网模式。此时,模式切换开关150接至第一触点I,从而由并网控制电路130输出的并网控制信号(Varefl、Vbrefl、Vcrefl)经由驱动信号发生器170生成驱动信号后对变流器160的输出进行控制。变流器160根据接收到的驱动信号输出实际需要的谐波和无功补偿电流并注入到电网,和原来电网电流中的谐波和无功电流相抵消,从而实现电网电流正弦化、单位功率因数的效果。图3为不间断电源系统并网运行时对PCC点A相电能质量改善的示意图。在to时刻之前,不间断电源系统没有并入电网,由市电给负载供电。当负载A相电流中含有谐波时,A相电网电流igA波形畸变严重,同时PCC点处A相电压超前A相电流,说明A相电网电流igA中无功分量也比较大,需要补偿。在to时刻,UPS电源系统投入,并入电网,对A相电网电流中的谐波和无功进行补偿。因为电网电流可分解为基波电流和谐波加无功电流两部分,即igA= igAf+igAh WPS输出谐波和无功补偿电流对电网电流中的谐波及无功进行补偿。补偿后,A相电网电流波形变为纯正弦,A相电流和电压相位一致,消除了无功,只存在有功分量,因此很好的完成电能质量改善的功能,降低电能损耗。
[0045]在并网模式时,监测电路还对储能蓄电池110的电压或者剩余电量进行监测并输出电压值和剩余电量值。不间断电源系统则还包括比较电路(图中未示)。比较电路的其中一个输入端与监测电路连接,另一输入端则用于接收预设值,输出端则与变流器160的控制端连接。比较电路用于将输入电压值或者剩余容量值与预设值进行比较,判断电池电压值或者剩余容量值是否低于预设值,如果是则输出充电信号(为电平信号)。变流器160在该充电信号的控制下由逆变状态转换为整流状态,对市电进行整流后给储能蓄电池110进行充电。在系统启动后,监测电路以及比较电路一直处于工作状态,从而实现并网过程中对储能蓄电池110充电的控制。离网控制电路在并网模式时,也处于运行状态,但是并不参与控制过程。
[0046]在并网模式时,不间断电源系统与大电网并网运行,但同时监测电路会对市电的三相电压进行实时监测。一旦监测到市电异常或中断,可控开关120将被断开,不间断电源系统进入离网模式。模式切换开关150则由第一触点I转接至第二触点2。离网控制电路140将生成的离网控制信号(Vare3f2、Vbre3f2、Vc^f2)通过第二触点2送入到驱动信号发生器170中以生成驱动信号。变流器160在该驱动信号的控制下对其输出进行控制,从而给负载供电。图4为不间断电源系统并网到离网无缝切换时的A相效果示意图。在to时刻之前,不间断电源系统并网运行,由市电给重要负载供电,同时变流器从市电取电给储能蓄电池充电,即igA =iu+iA。由于充电电流iA很小,因此负载电流iu几乎等于市电电流igA。在to时刻,UPS电源系统从并网模式切换到离网模式,市电电流igA为零,变流器160从充电状态切换到逆变工作状态,由储能蓄电池110经变流器160给负载供电,此时负载电流i U完全等于UPS输出电流i a,
BPiLA=IAo
[0047]当市电电压恢复正常时,可控开关120将被重新闭合,由市电给重要负载供电,并根据市电电流中的谐波和无功分量进行谐波和无功补偿,改善PCC点的电能质量。
[0048]上述不间断电源系统具有并网模式和离网运行两种工作模式。在市电正常时并入电网,市电电流中的谐波和无功分量进行谐波和无功补偿,改善PCC点市电的电能质量,同时在储能蓄电池110的电压或容量低于预设值时给储能蓄电池110充电。在市电异常时无缝切换至离网模式,保证负载的持续供电。上述不间断电源系统在强电网情况下耗能最少,能效最高,维护成本极低,其电池的寿命远长于传统UPS,而且整套系统可以安装在户外,为用户节约宝贵的室内空间。
[0049]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
[0050]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提
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