數(shù)控ups逆變波形失真度控制策略研究

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1、數(shù)控UPS逆變波形失真度控制策略研究摘要UPS中逆變器的輸出濾波電感一般比較小，電感電流中含有很多高頻分量，在很大范圍內(nèi)都存在過(guò)零畸變，很容易導(dǎo)致死區(qū)補(bǔ)償振蕩，針對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用，本文提出了一種基于電感電流參考方向的死區(qū)補(bǔ)償控制方法，以控制逆變器波形失真度，從而提高了實(shí)用性。【關(guān)鍵詞】UPS逆變器死區(qū)補(bǔ)償失真度當(dāng)前由于數(shù)字控制本身導(dǎo)致的采樣及控制延時(shí)，極大地降低了數(shù)控UPS輸出電壓的波形質(zhì)量。特別是對(duì)大容量的UPS，為了提高系統(tǒng)效率，往往采用比較低的開(kāi)關(guān)頻率，這進(jìn)一步導(dǎo)致其輸出電壓波形質(zhì)量的下降。

2、學(xué)術(shù)上研究的控制方式很多，如無(wú)差拍控制、自適應(yīng)控制等，但是這些控制方法都與控制對(duì)象的參數(shù)有密切關(guān)系，由于逆變器器件參數(shù)往往有較大的偏差，加之技術(shù)的不成熟，導(dǎo)致這些方法很難應(yīng)用于工業(yè)。本文提出了一種適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的控制方法。1傳統(tǒng)控制方法及存在的問(wèn)題1.1死區(qū)必須存在5理想情況下，PWM技術(shù)要求同一橋臂的上下管互補(bǔ)導(dǎo)通。然而，若開(kāi)通速度比關(guān)斷速度快，將會(huì)造成橋臂直通而損壞器件，因此，必須插入死區(qū)。死區(qū)時(shí)間的插入是通過(guò)對(duì)開(kāi)通信號(hào)延遲時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。以A相橋臂為例，由于電機(jī)是感性負(fù)載，相電流方向不同時(shí)，續(xù)

3、流路徑和輸出電壓都不一樣。如果輸出電壓與目標(biāo)電壓不同，將導(dǎo)致輸出電壓的誤差，該誤差與相電流的方向有關(guān)，它的積累效應(yīng)足以使定子電壓波形畸變，并在開(kāi)關(guān)頻率較高、輸出頻率較低時(shí)，畸變會(huì)更加嚴(yán)重。1.2死區(qū)導(dǎo)致電流過(guò)零畸變?nèi)绻绤^(qū)開(kāi)始時(shí)相電流接近零，那么在隨后的死區(qū)時(shí)間內(nèi)，反并聯(lián)二極管續(xù)流。當(dāng)電流下降到零后，不能反向，在剩余的死區(qū)時(shí)間內(nèi)將保持為零。通常，它對(duì)系統(tǒng)的影響并不嚴(yán)重。但在輕載和低頻情況下，電流的幅值較小且開(kāi)關(guān)序列的變化緩慢，這意味著在多個(gè)連續(xù)的開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，電流總是小得足以重現(xiàn)零電流箝位現(xiàn)象。這

4、樣，電流就長(zhǎng)期處于過(guò)零點(diǎn)附近，從而產(chǎn)生了嚴(yán)重畸變。2基于電感電流參考方向的死區(qū)補(bǔ)償控制5任何電子開(kāi)關(guān)器件都具有一定的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間，并且通斷時(shí)間是不可能通過(guò)控制消除，它必然會(huì)引起電子開(kāi)關(guān)器件的狀態(tài)與控制信號(hào)的狀態(tài)的偏移。在橋式結(jié)構(gòu)的UPS逆變器中，同一橋臂上的兩個(gè)開(kāi)關(guān)工作在互補(bǔ)的狀態(tài)。為防止器件在通斷切換瞬間因?yàn)殛P(guān)斷管不兩個(gè)理想的關(guān)斷而發(fā)生的兩個(gè)開(kāi)關(guān)直通短路現(xiàn)象，系統(tǒng)一般通過(guò)采用時(shí)間延時(shí)的控制方法，即切換時(shí)，關(guān)斷信號(hào)立即發(fā)出，而開(kāi)通信號(hào)滯后關(guān)斷信號(hào)一段時(shí)間，在此段時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)開(kāi)關(guān)均保持關(guān)斷，形成

5、一段控制死區(qū)。2.1死區(qū)輸出電壓的影響在UPS逆變器中，死區(qū)內(nèi)因電感電流的存在，開(kāi)關(guān)器件必須保持續(xù)流狀態(tài)，續(xù)流狀態(tài)的存在導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管有“多余”的導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)電感電流大于零時(shí)，實(shí)際逆變橋輸出比理想輸出小，而當(dāng)電感電流小于零時(shí)，實(shí)際逆變器輸出電壓比理想輸出大，這樣導(dǎo)致了逆變器輸出電壓的畸變，影響輸出電壓質(zhì)量。此外，隨著負(fù)載率的變化，電感電流和輸出電壓之間的相位關(guān)系也跟著變化，也就是不同負(fù)載下死區(qū)對(duì)輸出電壓的影響不同，這樣對(duì)輸出電壓動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)有很大影響。2.2工作原理為減小死區(qū)產(chǎn)生的不良影響，引入了死

6、區(qū)補(bǔ)償控制。一般的死區(qū)補(bǔ)償方法是基于判斷電感電流的方向，但是UPS中逆變器的輸出濾波電感一般比較小，電感電流中含有很多高頻分量，在很大范圍內(nèi)都存在過(guò)零，很容易導(dǎo)致死區(qū)補(bǔ)償振蕩，此方法很難有工程意義。針對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一種基于電感電流參考方向的死區(qū)補(bǔ)償方法。死區(qū)補(bǔ)償控制器由比例調(diào)節(jié)器Kp和限幅控制器組成，實(shí)現(xiàn)的補(bǔ)償規(guī)律為：5與傳統(tǒng)補(bǔ)償方式不同，該方式實(shí)現(xiàn)了電流過(guò)零處的平滑連接，并且可以根據(jù)需要調(diào)整銜接時(shí)間，使死區(qū)補(bǔ)償量的大小是平滑、無(wú)跳變的，這樣可以使死區(qū)補(bǔ)償作用在實(shí)際輸出上沒(méi)有大的負(fù)面影響

7、。另外，由于在基本控制環(huán)節(jié)中引入負(fù)載電流前饋，使電壓調(diào)節(jié)器生成的調(diào)節(jié)量與逆變器濾波電容電流相當(dāng)，提高可電感電流參考的反應(yīng)速度，保證了實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的死區(qū)補(bǔ)償。3死區(qū)補(bǔ)償控制方式仿真實(shí)驗(yàn)3.1參數(shù)比較通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使用了基于電感電流參考方向的死區(qū)補(bǔ)償控制方式，在相同負(fù)載下，輸出電壓有所下降，波形失真度比未使用該死區(qū)補(bǔ)償控制方式時(shí)下降了62.5%～76.5%，降低了波形失真度，如表1所示。3.2實(shí)驗(yàn)波形通過(guò)逆變器輸出波形實(shí)驗(yàn)，采用了本死區(qū)補(bǔ)償控制方式后，波形圖類正弦曲線，比原波形平滑，更加規(guī)律。4結(jié)

8、論本文采用了基于電感電流參考方向進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償控制的方法，大大降低了逆變器輸出波形的失真度，提高了實(shí)際工程中的應(yīng)用效率。參考文獻(xiàn)[1]李亮.UPS系統(tǒng)中PFC整流與三電平逆變器的研究[D].華中科技大學(xué)，碩士學(xué)位論文，2006（04）.[2]范凱，謝少軍.單相PFC變換器的電流過(guò)零畸變問(wèn)題研究[J].電力電子學(xué)報(bào)，2009，43：18-20.5[3]周志敏.開(kāi)關(guān)電源功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2004.作者簡(jiǎn)介馬?。?981-），男，河北省景縣人。碩士研究生學(xué)歷。現(xiàn)為河