采用电容电流瞬时值反馈的ups控制方法研究-电力电子

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1、采用电容电流瞬时值反馈的UPS控制方法研究-电力电子采用电容电流瞬时值反馈的UPS控制方法研究*姜桂宾，裴云庆，杨旭，王兆安（西安交通大学，西安，710049）摘要：本文介绍了一种基于滤波电容电流内环的输出电压外环瞬时值反馈的UPS控制方案，文章建立了系统模型，并详细分析了调节器参数对系统性能的影响。该设计方案在一台容量1kVA的UPS上做了实验，取得了非常好的实验结果。关键词：电容电流；瞬时值反馈；输出电压外环中图分类号：TM464文献识别码：文章编号：ResearchonControlStrategyofUPSBasedonInstantaneo

2、usCapacitorCurrentFeedbackJiangGuibin,PeiYunqing,Yangxu,WangZhaoan(Xi’anJiaoTongUniversity,Xi’an710049,China)Abstract:ThispaperpresentsthedesignofInstantaneousCapacitor-CurrentFeedbackLoopControlStrategyforUPS.Systemmodelisanalyzedindetailed.Thecontrolstrategyisappliedonan1kVAU

3、PSandexperimentalresultsareverygood.Keywords:Capacitor-Current,InstantaneousFeedback,Output-VoltageLoop1引言随着UPS在各行各业中的应用越来越广泛，人们对UPS输出电压的质量要求也越来越高。不仅要求UPS的输出电压稳定以及工作可靠，而且要求其输出电压正弦度好，动态响应速度快。传统的控制方法是一种单一的电压有效值控制方法，该方法只能保证稳态输出电压有效值恒定，而电压的波形质量得不到保证，电压谐波含量大，动态响应特性不好。近几年，为了克服传统控制方案的

4、不足，许多“瞬时”反馈方案成为研究的热点[1]。其中主要有：单一的电压瞬时值反馈、带滤波电感电流内环的电压瞬时值反馈、带滤波电容电流内环的电压瞬时值反馈。本文设计了一台采用滤波电容电流内环的电压瞬时值反馈的容量为1kVA的UPS，取得了非常好的实验结果。于PWM逆变器是一个非线性环节，为了能从理论上对PWM进行分析，必须得到PWM逆变器的线性化等效模型。当逆变器的开关频率fS远大于信号波信号ei的基波频率fo，并且在不出现过调制的情况下，信号波ei中的基波信号及低次谐波与逆变器输出电压中的对应分量存在固定的比例关系[2]。因此，对于基波及低次谐波而言

5、，PWM逆变器可看作比例环节，其增益为Ukpwm?dUt其中，Ud为直流侧电压，Ut为三角载波的幅值。2系统建模分析采用滤波电容电流内环的电压瞬时值控制系统原理如图1所示。在对图1所示的控制系统进行研究之前，必须首先对其建立线形化等效模型。由__________________________________________*基金项目：国家自然科学基金资助项目（50107009）图1采用滤波电容电流内环的电压瞬时值控制系统原理图变压器也可以等效为一个比例环节，其增益为变压器变比k的倒数。LC滤波器电气特性为ui?vo?k??L?iLiL?k?iC?i

6、ovio?C??Ci?vooZo式中：ui为逆变桥输出的电压，vo为UPS输出的电压，iL为电感电流，iC为电容电流，io为负载电流，Zo为负载阻抗。根据上述分析，UPS系统的线性化等效模型如图2所示。图中Δud是扰动输入，它表示系统中的非理想因素的影响，这些因素包括：死区时间效应、直流侧电压波动，变压器励磁特性的非线性等。系统的线性化等效模型由图2可以看出，滤波电容电流内环对于包含在环内的扰动，如输入电压的波动、死区时间的影响、变压器铁心励磁特性非线性的影响、电感参数的变化、负载电流的变化等能起到及时的调节作用，使得系统的稳定性、动态特性、对非线性

7、负载的适应性等都大大提高。3调节器参数分析在图2所示的控制系统中，输出电压外环和电容电流内环均使用P调节器，调节器参数分别为kv和ki。下面详细分析调节器参数kv和ki的值对系统特性的影响。由于UPS的负载阻抗Z0是未知的，所以负载电流io可以看作是对电容电流环的扰动输入。因此，在分析系统的开环特性时，负载电流io及扰动电压Δud可以忽略，由图2可以推出，系统的开环传递函数为Gkkikvkvfkpwmo?LCs2?kk2ikifkpwmCs?k由上式，根据系统的实际参数，改变的电压调节器增益kv的值，绘出系统在不同kv时的开环Bode图，如图3所示。

8、图3系统开环Bode图由图3可以看出，随着电压调节器增益kv的增大，系统的相频特性保持不变，但系统幅频特性曲