隨著信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展迅猛，信息設(shè)備對(duì)UPS供電系統(tǒng)的容量及技術(shù)要求越來越高，其可靠性備受關(guān)注，大功率UPS并聯(lián)供電系統(tǒng)得到重視。如何保證UPS并聯(lián)系統(tǒng)在電網(wǎng)惡劣的條件下穩(wěn)定、可靠運(yùn)行是UPS廠家需要考慮的問題。文中介紹一種基于TT公司生產(chǎn)的TMS320C240DSP控制器構(gòu)成的400kVA大功率UPS的并聯(lián)控制技術(shù)，與電網(wǎng)的同步、并聯(lián)系統(tǒng)中各臺(tái)UPS間的同步及均流控制成為并聯(lián)UPS系統(tǒng)控制的關(guān)鍵。UPS并聯(lián)系統(tǒng)中的核心部分是精度很高的鎖相環(huán)，模擬鎖相環(huán)是一門成熟的技術(shù)，以其獨(dú)特的優(yōu)良性能在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，UPS的全數(shù)字化控制是大勢(shì)所趨，因此，鎖相環(huán)也逐漸過渡為數(shù)字化，數(shù)字DSP控制鎖相環(huán)相對(duì)于模擬鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)起來更方便，同時(shí)用軟件代替硬件實(shí)現(xiàn)，還可以結(jié)合系統(tǒng)的其他功能統(tǒng)一設(shè)計(jì)，節(jié)省成本。
1大功率UPS的并聯(lián)控制方案
并聯(lián)供電系統(tǒng)中的各臺(tái)UPS要實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，需具備以下條件:各臺(tái)UPS需同頻、同相、同幅，如何保證并聯(lián)系統(tǒng)中各臺(tái)UPS間的相位、幅值及頻率是并聯(lián)控制技術(shù)的關(guān)鍵。因此并聯(lián)系統(tǒng)中UPS的同步控制技術(shù)、負(fù)載均流控制技術(shù)成為大功率UPS并聯(lián)供電系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素，以下闡述400kVA大功率UPS的并聯(lián)控制。
1.1并聯(lián)供電系統(tǒng)UPS的同步控制
(1)UPS的鎖相控制原理
市電電壓波形及UPS輸出電壓波形都是正弦波。設(shè)UPS逆變電壓的頻率為f，而市電電壓的頻率為f1，故市電電壓波形的瞬時(shí)值可表示為:u1=Umisinω1t=Um1sin2πf1t，UPS逆變輸出電壓波形的瞬時(shí)值可表示為:u=Umsin(ωt±θ)=Umsin(2πft±θ),其中+θ為UPS輸出波形超前于市電波形的相位角;-θ為UPS輸出波形滯后于市電波形的相位角。要實(shí)現(xiàn)UPS與市電的同步必須要求:f=f1，θ=O，關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)2πf1t=πft±θ,只能通過改變使得θ逐步減小，最終θ=0,f=f1，即當(dāng)UPS輸出波形超前于市電波形時(shí)，要求該UPS輸出電壓的頻率降低，即f=f1-θ/(2πt)；當(dāng)UPS輸出波形為滯后于市電波形時(shí)，則要求該UPS輸出電壓的頻率升高,即f=f1+θ/(2πt)。
?。?）并聯(lián)UPS系統(tǒng)同步鎖相的實(shí)現(xiàn)
400kVA大功率UPS并聯(lián)系統(tǒng)的同步鎖相是采用TMS320C240DSP控制器來實(shí)現(xiàn)相關(guān)的同步算法。并聯(lián)系統(tǒng)UPS在市電與逆變切換時(shí)，若在切換的瞬間，二者的輸出波形不一致，會(huì)造成供電中斷，另一方面也可能會(huì)因兩臺(tái)UPS之間環(huán)流過大而導(dǎo)致UPS損壞。為確保UPS供電系統(tǒng)在市電與逆變的切換時(shí)不存在環(huán)流，必須保證市電波形與逆變波形保持相位接近;因此需要一種裝置來檢測(cè)市電的相位變化，并用于控制逆變器輸出電壓的相位和頻率，使逆變器與市電保持同步運(yùn)行。
對(duì)于并聯(lián)供電系統(tǒng)UPS的鎖相可采用兩級(jí)鎖相結(jié)構(gòu)。其中，一級(jí)鎖相環(huán)又稱外同步，是指并聯(lián)系統(tǒng)各臺(tái)UPS跟蹤市電相位和頻率并進(jìn)行相互間的相位同步控制，即實(shí)現(xiàn)UPS與市電的同步。二級(jí)鎖相環(huán)又稱內(nèi)同步，是指基于各臺(tái)UPS輸出電壓的頻率及相位跟蹤和同步控制，實(shí)現(xiàn)各臺(tái)UPS間的同步。兩級(jí)鎖相環(huán)都采用了PT調(diào)節(jié)器，其中，內(nèi)同步速度較快，精度很高(士10μs以內(nèi))。外同步的PT調(diào)節(jié)器速度較慢，確保了旁路和逆變器之間的平滑切換。每級(jí)鎖相環(huán)包括相位誤差檢測(cè)、調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，以下分別介紹各級(jí)鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)過程。
并聯(lián)系統(tǒng)中的鎖相程序如圖1所示。
外同步:兩臺(tái)UPS的輸入即市電經(jīng)比較器電路整形為方波，經(jīng)過同步母線綜合后，將該方波信號(hào)送到每臺(tái)UPS的DSP捕獲單元CAP1引腳，設(shè)置上升沿成下降沿捕獲，則在方波信號(hào)發(fā)生相應(yīng)跳變時(shí)進(jìn)人捕獲1中斷讀取計(jì)數(shù)器T2CNT的值作為PI調(diào)節(jié)器的反饋信號(hào)，通過與設(shè)定值相比較即可得到相位差，再經(jīng)PT調(diào)節(jié)器的運(yùn)算形成調(diào)節(jié)量，用于改變T2PR的值，從而使逆變輸出跟蹤市電基準(zhǔn)。
內(nèi)同步:T2CNT計(jì)數(shù)器作為UPS正弦輸出的相位和頻率基準(zhǔn)，為保證所有UPS之間同步，所有UPS都利用T2CNT發(fā)生一個(gè)方波，方波經(jīng)同步母線綜合后，送到所有UPS的CAP2端口，在方波信號(hào)發(fā)生相應(yīng)跳變時(shí)迸人捕獲2中斷中對(duì)T2CNT清零，保證內(nèi)同步的給定是同步的。在正弦中點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的中斷中讀取T2CNT值作為反饋量，與T2PR/2相比較，再經(jīng)PI調(diào)節(jié)器運(yùn)算后得到的調(diào)節(jié)量用于改變TIPR的值，使逆變輸出正弦波和T2計(jì)數(shù)器同步，從而使各UPS的逆變輸出保持同步。
鎖相的軟件算法如圖2所示。
1.2并聯(lián)系統(tǒng)各UPS的幅值控制
為確保并聯(lián)系統(tǒng)各UPS的輸出電壓幅值一致，有兩種措施可以實(shí)現(xiàn):
(1)提高各臺(tái)UPS輸出電壓的精度，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用TMS320C240作為逆變器的閉環(huán)控制，系統(tǒng)AD采樣定標(biāo)值按270V/1024來進(jìn)行標(biāo)定，理論上可以保證輸出電壓精度控制在0.26V，這樣可
以保證各臺(tái)UPS輸出電壓的偏差盡量小；
?。?）通過平均正弦控制技術(shù)來進(jìn)一步減少各臺(tái)UPS的電壓幅值偏差。
1.3并聯(lián)系統(tǒng)UPS的負(fù)載均流控制
上面闡述的同步控制是并聯(lián)系統(tǒng)中各臺(tái)UPS的頻率、相位的控制，對(duì)于UPS的并聯(lián)控制單靠上述的控制策略并不能滿足并聯(lián)系統(tǒng)UPS的可靠運(yùn)行。對(duì)于并聯(lián)系統(tǒng)UPS間的環(huán)流控制也是UPS并聯(lián)控制不可缺少的東西。在400kVA大功率UPS的并聯(lián)系統(tǒng)中，因其系統(tǒng)功率大、干擾大、器件數(shù)量多，如何保證并聯(lián)系統(tǒng)中UPS的負(fù)載均流成為控制的關(guān)鍵。筆者在三臺(tái)400kVAUPS并聯(lián)系統(tǒng)中加入電流誤差控制技術(shù)使得并聯(lián)系統(tǒng)中的UPS實(shí)現(xiàn)很好的負(fù)載均流，通過試驗(yàn)驗(yàn)證400kVAUPS的并聯(lián)環(huán)流可以有效控制在3A以下，為更大功率UPS多機(jī)并聯(lián)的可靠運(yùn)行提供有力的保證。
2實(shí)驗(yàn)結(jié)果
2.1UPS與市電網(wǎng)的同步鎖相測(cè)試
圖3是UPS在市電狀態(tài)下，UPS逆變輸出波形與市電波形的同步鎖相，通過DSP的控制可以保證鎖相精度在10ms。
2.2UPS與發(fā)電機(jī)的同步鎖相測(cè)試
圖4是UPS在發(fā)電機(jī)供電情況下，逆變輸出與發(fā)電機(jī)波形的同步鎖相情況，它表明采用上述同步控制算法，可以很好地保證UPS與發(fā)電機(jī)的匹配。
2.3并聯(lián)系統(tǒng)各臺(tái)UPS的發(fā)在均流測(cè)試
對(duì)于兩臺(tái)400kVAUPS并聯(lián)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：表1所示數(shù)據(jù)是并聯(lián)系統(tǒng)中的測(cè)試數(shù)據(jù)。
對(duì)于三臺(tái)滿載工作條件下400kVAUPS并聯(lián)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。
從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析對(duì)于雙機(jī)并聯(lián)或三機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)來說，在系統(tǒng)輸出滿載的情況下負(fù)載的不均流度都可以控制在2%以下。圖5、圖6分別是雙機(jī)、三機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的環(huán)流波形，實(shí)驗(yàn)表明對(duì)于雙機(jī)或三機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)UPS間的環(huán)流可以控制在3A以下。
2.4并聯(lián)系統(tǒng)各臺(tái)UPS輸出電壓的測(cè)試
通過上述并聯(lián)系統(tǒng)的同步控制、幅值控制后，并聯(lián)系統(tǒng)中的各臺(tái)UPS的輸出電壓及相位的偏差足夠小，這樣為并聯(lián)系統(tǒng)的輸出負(fù)載均流及相互間的環(huán)流抑制提供了有利的前提條件。三臺(tái)400kVAUPS并機(jī)前輸出電壓數(shù)據(jù)和各輸出電壓差，如表3、4所示。輸出電壓波形如圖7所示。
3結(jié)束語
通過DSP實(shí)現(xiàn)的兩級(jí)鎖相可以很好地解決并聯(lián)系統(tǒng)UPS與市電、各臺(tái)UPS之間同步控制的問題。通過大量的實(shí)驗(yàn)這個(gè)名這種鎖相控制方法可以達(dá)到較好的同步精度，無論市電如何變化，異常到正常、正常到異常以及頻率在額定范圍內(nèi)突變等各種情況下，各UPS逆變輸出波形間的相差小于10μs,為400kVA并聯(lián)系統(tǒng)UPS間較好地實(shí)現(xiàn)均流做好了充分的準(zhǔn)備，通過電流誤差控制可以有效地控制三臺(tái)400kVAUPS環(huán)流，在三臺(tái)400kVA并機(jī)系統(tǒng)中通過各種輸入條件、輸出發(fā)在條件的變化測(cè)試，并機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)、均流指標(biāo)、同步指標(biāo)等性能均滿足要求，為更大功率UPS的多級(jí)并聯(lián)可靠運(yùn)行提供了有力的保障。
