基于直流隔離單元的單相高頻delta變換ups的研究

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1、基于直流隔離單元的單相高頻Delta變換UPS的研究基于直流隔離單元的單相高頻Delta變換UPS的研究摘要本文提出了一種新型的單相高頻Delta變換UPS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)直流單元采用雙向全橋DC-DC變換器來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)和裝置間的隔離以取代傳統(tǒng)工頻變壓器隔離的方法。文中分析了整個(gè)系統(tǒng)的能量流動(dòng)原理，給出了裝置并聯(lián)單元、串聯(lián)單元和直流單元的部分建模和控制方法。最后給出該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果，證明了該拓?fù)涞膶?shí)用性和控制方法的有效性。關(guān)鍵詞：Delta變換UPS高頻雙向全橋DC-DC變換器TheStudyofaNovelSinglePhaseHigh-

2、FrequencyDeltaUPSBasedontheStructureofDCIsolationAbstractAnovelsinglephasehigh-frequencyDeltaUPSbasedonthestructureofDCunitisolationisproposed.Thehigh-frequencyDeltaUPSisisolatedfromthepowergridbybidirectionalfull-bridgeDC-DCconverter.Powerflowofthesystemisanalyzed.Thecontro

3、lmethodoftheUPSisalsoproposed.Intheend,thesimulationresultisgiventovalidatethepracticabilityofthetopologyandtheeffectivenessofthecontrolmethod.Keywords:DeltaUPS,High-Frequency,BidirectionalFull-bridgeDC-DCConverter生的高次諧波在通過(guò)變壓器時(shí)產(chǎn)生很大的諧波損耗，另外高次諧波的通過(guò)使得變壓器所需的容量上升。（3）變壓器增加了裝置的功率損耗

4、，降低了裝置的效率。（4）對(duì)于串聯(lián)隔離變壓器，和濾波的電感電容互相影響會(huì)帶來(lái)附加的相移和電壓降落，影響裝置對(duì)電壓補(bǔ)償?shù)男阅?。?）變壓器還存在飽和及電壓跌落時(shí)的瞬間涌流等問(wèn)題。（6）工頻變壓器體積龐大，造價(jià)高。因此在電壓等級(jí)較低的情況下引入變壓器所帶來(lái)的缺陷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。正是由于采用變壓器隔離帶來(lái)的諸多問(wèn)題，所以我們選擇在直流側(cè)進(jìn)行隔離。文獻(xiàn)[1]中提出了采用3組同樣大小的電容相互并聯(lián)，電容之間采用電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行連接，利用LC諧振進(jìn)行能量交換。它的缺點(diǎn)就是串并聯(lián)側(cè)的直流母線(xiàn)電壓的等級(jí)都是一致的，這會(huì)造成串聯(lián)側(cè)母線(xiàn)電壓過(guò)高。文獻(xiàn)[3]中提出

5、了直流側(cè)采用全橋DC-DC變換器進(jìn)行隔離和能量傳遞，它的不足之處是DC-DC變換器是單向工作的，能量只能由并聯(lián)側(cè)流向串聯(lián)側(cè)，整個(gè)系統(tǒng)只能補(bǔ)償電網(wǎng)電壓的跌落，電網(wǎng)電壓升高的情況下不適用。文獻(xiàn)[4]中提到了直流側(cè)采用雙向全橋DC-DC變換器進(jìn)行隔離，但是文中只給出了DC-DC變換器的控制方法，并未給出整個(gè)系統(tǒng)的工作原理和控制算法。本文以單相情況為例，阻性負(fù)載，直流側(cè)采用雙向全橋DC-DC變換器的新型Delta變換UPS，分析了其11引言UPS(不間斷電源)是一種平時(shí)能向電子設(shè)備提供高質(zhì)量的電源，當(dāng)市電停電時(shí)又能夠向它們提供其所需的全部電能的設(shè)備。傳

6、統(tǒng)的Delta變換UPS整機(jī)工作效率高，一般可達(dá)到96%，無(wú)需功率因數(shù)校正電路就可以使市電的輸入功率因數(shù)為1。Delta變換UPS后級(jí)實(shí)時(shí)控制輸出電壓，前級(jí)實(shí)時(shí)控制輸入電流的功率因數(shù)和諧波電流，無(wú)論市電質(zhì)量如何，均可給負(fù)載提供高質(zhì)量的正弦波。且電網(wǎng)斷電后電路切換時(shí)間短，小于1ms，同時(shí)具有帶載能力強(qiáng)的特點(diǎn)。但是由于Delta變換UPS的串聯(lián)和并聯(lián)兩部分共用直流單元。因此電網(wǎng)和裝置之間必須進(jìn)行隔離，否則會(huì)出現(xiàn)電容直通、短路等情況[1]?，F(xiàn)有Delta變換UPS采用的隔離方法基本上都是在并聯(lián)或者是串聯(lián)單元接入系統(tǒng)的地方增加隔離變壓器。變壓器的接入不

7、僅為裝置和系統(tǒng)提供了隔離還可以擴(kuò)大裝置的容量，使得器件的選擇更加靈活[2]。但由于變壓器的非線(xiàn)性，它的引入也帶來(lái)很多不利的因素[1]：（1）在進(jìn)行電壓和電流諧波補(bǔ)償時(shí)，逆變器產(chǎn)生的各次諧波都需要通過(guò)變壓器，而目前工頻或高頻變壓器的頻帶都很窄，只能允許額定頻率附近的電流通過(guò)，不能滿(mǎn)足諧波補(bǔ)償?shù)囊?，很大程度上影響了補(bǔ)償效果。（2）逆變器產(chǎn)工作原理，能量流動(dòng)，給出了部分結(jié)構(gòu)的建模和整個(gè)系統(tǒng)的控制策略。最后給出了仿真結(jié)果，驗(yàn)證了所提拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制算法的有效性。2UPS系統(tǒng)的工作原理和能量流動(dòng)分析2.1UPS系統(tǒng)的工作原理Delta變換器雙向DC-DC

8、變換器并聯(lián)變換器圖1單相高頻隔離Delta變換UPS的電路拓?fù)銯ig.1Topologyofthesinglehigh-frequencyDeltaU