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用戶電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器與在線UPS工作原理

作者: 時(shí)間:2011-03-16 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:敘述了電力器(Custompower)與的基本與方法。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/179469.htm

關(guān)鍵詞:電力器;逆變器;不間斷電源

1 引言

由于市電和負(fù)載的復(fù)雜性,例如電網(wǎng)容量不足,輸變電和各種配電設(shè)備的性能和問題,各用電設(shè)備配置的不合理,或相互之間的影響,電力電子變流器的廣泛應(yīng)用與各類非線性負(fù)載的增加,自然界的雷擊、地電及人為因素的影響等,使市電電壓不穩(wěn)定,并含有諧波,質(zhì)量不斷惡化。這將會(huì)使一些對(duì)質(zhì)量敏感的重要負(fù)載性能降低,壽命縮短,甚至造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì),在有代表性的場(chǎng)合,計(jì)算機(jī)遭受來自市電的干擾值在數(shù)十伏的每天有上百次。計(jì)算機(jī)故障的50%~70%是由電源故障造成的。因此,對(duì)質(zhì)量的和采用補(bǔ)償式就顯得越來越重要了。

電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器和補(bǔ)償式的電路是相同的,在直流電路中并入蓄電池就是UPS,不并入蓄電池就是綜合補(bǔ)償器,其框圖如圖1所示。它是由兩個(gè)互為電源的雙向全橋逆變器構(gòu)成的一種串并聯(lián)電路結(jié)構(gòu)。通過變壓器Tr次級(jí)串入電路的逆變器Ⅰ,是市電的穩(wěn)壓濾波器,其主要作用是對(duì)市電輸入電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和濾波;通過電感L并入電路的逆變器Ⅱ,是電流無功補(bǔ)償濾波器,其主要作用是補(bǔ)償負(fù)載需要的無功電流,并濾除非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流。當(dāng)作為補(bǔ)償式在線UPS應(yīng)用時(shí),逆變器Ⅰ輸出有功功率,逆變器Ⅱ輸出無功功率。

圖1 電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償與補(bǔ)償式在線UPS電路框圖

2 市電穩(wěn)壓濾波器

對(duì)市電輸入電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和濾波的穩(wěn)壓濾波器電路如圖2所示。它是由高頻全橋SPWM式雙向逆變器構(gòu)成的。逆變器的輸出電壓uAB通過變比為k的輸出變壓器Tr變成補(bǔ)償電壓uac在Tr次級(jí)輸出,Tr的次級(jí)串聯(lián)在主電路中,以對(duì)市電電壓的大小變化和諧波進(jìn)行補(bǔ)償,保持輸出電壓uaL為穩(wěn)定的正弦波電壓。uar為與市電同步的給定正弦基準(zhǔn)電壓,完全補(bǔ)償后uaL=uar。LFCF為低通濾波器,以濾掉市電ua中和補(bǔ)償電壓uac中的高次諧波。由Tr次級(jí)短路阻抗、LF及市電電源內(nèi)阻組成的線路阻抗為Z,電壓降低為Ziaia為市電輸入電流。由圖2主電路可知,當(dāng)實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償時(shí):

uaL=uaZiauac=uar(1)

uac=uaZiauar(2)

圖2 市電穩(wěn)壓濾波器電路

=uaZiauar為全橋SPWM逆變器的調(diào)制電壓,控制電路框圖如圖3(a)所示,圖3(b)為波形圖。當(dāng)用=uaZiauar作為調(diào)制波時(shí),可以使補(bǔ)償電壓uac=uaZiauar實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。假定逆變器直流電源電壓為Udc,載波三角波的頻率為fc,電壓幅值為Uc,市電頻率為fa,則

調(diào)制比:M=(3)

(a) 控制電路框圖

(b) SPWM波形圖

圖3 控制電路原理框圖與波形圖

載波比:N=fc/fa(4)

式(3)中Ua、Ia、Uarua、ia、uar的有效值。

當(dāng)市電電壓含有諧波時(shí),即

ua=Ua1sinωtUansinnωt(5)

而且ua1=Ua1sinωtuar=Uarsinωt

式中下注腳“1”表示基波,“n”表示諧波次數(shù)。

此時(shí),調(diào)制比M的值為

M===M1+Mn(6)

M1=;Mn=(7)

按照文獻(xiàn)[1]的方法,推導(dǎo)出補(bǔ)償電壓uac的雙重傅里葉級(jí)數(shù)表示式為uac=kuAB=k(uAuB),經(jīng)推導(dǎo)并考慮到濾波器LFCF的作用,可得

uac=kM1Udc·sinωtkMnUdc·sinnωt(8)

由于圖1中逆變器Ⅱ的無功補(bǔ)償和濾波作用的存在,ia=Ia·sinωt,將式(5)、式(8)及ia的值代入式(1)得

uaL=uaZiauac

uaL=Ua1·sinωtUan·sinnωtZIa·sinωtkM1Udc·sinωtkMnUdc·sinnωt(9)

令變比k=Uc/Udc,將k值及式(7)中的M1Mn的值代入式(9),當(dāng)ua1>uar時(shí)M1=正值。

uaL=Ua1·sinωtUan·sinnωtZIa·sinωt·-(Ua1ZIa-Uar

sinωtUan·sinnωt=Uar·sinωt(10)

當(dāng)ua1uar時(shí),M1=負(fù)值,也可以得到式(10)結(jié)果。所以式(10)說明:當(dāng)用瞬時(shí)值=uaZiauar作調(diào)制波時(shí),可以使SPWM全橋逆變器通過變壓器Tr的輸出電壓uac,完全補(bǔ)償市電電壓的大小變化和諧波。保持加在負(fù)載上的電壓uaL=uar為穩(wěn)定的正弦波電壓。

2.1 補(bǔ)償?shù)奈锢碚f明

從物理上看,由于控制電路采用的是=uaZiauar作為調(diào)制波進(jìn)行的補(bǔ)償,當(dāng)市電電壓ua為正弦波時(shí),ua>uar是負(fù)補(bǔ)償uauac;當(dāng)uauar是正補(bǔ)償uauac。當(dāng)市電電壓含有諧波時(shí),ua>uar部分是負(fù)補(bǔ)償,uauar部分是正補(bǔ)償,補(bǔ)償示意圖如圖4所示。補(bǔ)償諧波的關(guān)鍵是采用高頻SPWM全橋逆變器和瞬時(shí)值檢測(cè)。逆變器的載波比N=fc/fa越大,補(bǔ)償效果越好。

圖4 對(duì)市電電壓補(bǔ)償?shù)奈锢硎疽鈭D


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