摘要：提出(chu)(chu)一種“T”型(xing)(xing)連接結構的UPS并聯運行(xing)(xing)方(fang)(fang)案，該方(fang)(fang)案中并聯運行(xing)(xing)的UPS省去(qu)信(xin)號(hao)聯絡線，屬于主從式UPS并聯。從“T”型(xing)(xing)結構UPS將前級UPS的輸(shu)出(chu)(chu)電(dian)流(liu)引入并以(yi)此電(dian)流(liu)作并聯控制(zhi)信(xin)號(hao)，采(cai)用電(dian)流(liu)追蹤型(xing)(xing)PWM控制(zhi)信(xin)號(hao)發生(sheng)方(fang)(fang)案，可(ke)使(shi)其輸(shu)出(chu)(chu)電(dian)流(liu)與前級輸(shu)入電(dian)流(liu)保持同相，并可(ke)達到均流(liu)的目的。文中給出(chu)(chu)了仿真結果，表明該方(fang)(fang)案是可(ke)行(xing)(xing)的。關鍵詞：UPS并聯運行(xing)(xing)拓撲

1 引言

在大型計算機(ji)(ji)數據站、通信(xin)設(she)備(bei)機(ji)(ji)房等場合，廣(guang)泛采用UPS作運(yun)行電(dian)源(yuan)。隨著設(she)備(bei)的(de)(de)添(tian)置(zhi)，供電(dian)可靠性(xing)要求的(de)(de)提高，UPS的(de)(de)容(rong)量(liang)也越(yue)來越(yue)大，從(cong)UPS運(yun)行的(de)(de)經濟性(xing)及可靠性(xing)考慮(lv)，根據用電(dian)設(she)備(bei)容(rong)量(liang)的(de)(de)增長逐步添(tian)置(zhi)UPS實行并聯運(yun)行具有重大的(de)(de)現(xian)實意義。由于(yu)UPS由電(dian)力(li)電(dian)子(zi)開(kai)關(guan)器件組(zu)成，其并聯運(yun)行在技術(shu)上(shang)是較為復雜的(de)(de)。目前解(jie)決UPS并聯運(yun)行的(de)(de)辦(ban)法根據其有無采用信(xin)號連絡線而(er)分為兩種[1]:

（1）UPS間有聯絡線方式；

（2）UPS間無聯絡線方式。

信(xin)號聯(lian)(lian)(lian)絡(luo)線實(shi)際為并(bing)聯(lian)(lian)(lian)UPS單元(yuan)之間(jian)(jian)的控(kong)制(zhi)信(xin)號的傳遞通(tong)(tong)道(dao)(dao)，通(tong)(tong)過控(kong)制(zhi)信(xin)號的傳遞使得并(bing)聯(lian)(lian)(lian)UPS間(jian)(jian)滿(man)足(zu)并(bing)聯(lian)(lian)(lian)條件，實(shi)現負(fu)載容量（有(you)功(gong)、無功(gong)）的合(he)理(li)分(fen)配。UPS間(jian)(jian)無聯(lian)(lian)(lian)絡(luo)線并(bing)聯(lian)(lian)(lian)運(yun)行文獻已(yi)見報道(dao)(dao)的控(kong)制(zhi)方案(an)為電壓、頻率外特性“下(xia)垂法(fa)”，這(zhe)種并(bing)聯(lian)(lian)(lian)方法(fa)可省卻信(xin)號的聯(lian)(lian)(lian)絡(luo)線，但會造成輸(shu)出電源(yuan)的頻率、幅度在小(xiao)范(fan)圍(wei)內波動。 

本文提出一種“T”型連(lian)接結構拓(tuo)撲的UPS及(ji)其(qi)并聯(lian)運行控制策(ce)略(lve)，這種UPS并聯(lian)運行的方法(fa)簡單(dan)可靠，屬于無聯(lian)絡線并聯(lian)法(fa)。

2“T”連接(jie)拓撲及并聯運行工作原理(li)

普通UPS并聯(lian)運行(xing)的(de)連(lian)(lian)接(jie)拓撲(pu)如(ru)圖1所示(shi)，UPS的(de)輸(shu)(shu)(shu)出(chu)端(duan)(duan)子(zi)(zi)連(lian)(lian)接(jie)到(dao)共同的(de)配電母線(xian)上，再向(xiang)負載(zai)供電。而“T”型連(lian)(lian)接(jie)的(de)UPS除輸(shu)(shu)(shu)出(chu)端(duan)(duan)子(zi)(zi)外，還有輸(shu)(shu)(shu)入端(duan)(duan)子(zi)(zi)，輸(shu)(shu)(shu)入、輸(shu)(shu)(shu)出(chu)在(zai)內(nei)部(bu)是相接(jie)的(de)，UPS的(de)實際輸(shu)(shu)(shu)出(chu)連(lian)(lian)接(jie)到(dao)這兩個輸(shu)(shu)(shu)入輸(shu)(shu)(shu)出(chu)端(duan)(duan)子(zi)(zi)之間的(de)聯(lian)線(xian)上，構成“T”型，即前一(yi)(yi)臺UPS的(de)輸(shu)(shu)(shu)出(chu)端(duan)(duan)子(zi)(zi)連(lian)(lian)接(jie)到(dao)后(hou)一(yi)(yi)臺UPS的(de)輸(shu)(shu)(shu)入端(duan)(duan)子(zi)(zi)上，每臺UPS的(de)輸(shu)(shu)(shu)入電流(liu)在(zai)內(nei)部(bu)與自(zi)身的(de)輸(shu)(shu)(shu)出(chu)電流(liu)匯合至輸(shu)(shu)(shu)出(chu)端(duan)(duan)子(zi)(zi)，連(lian)(lian)接(jie)拓撲(pu)如(ru)圖2所示(shi)。

并聯運行的原理可用基爾霍夫(fu)電(dian)流定律(lv)來簡單說明。在(zai)一臺“T”型UPS中(zhong)，應滿足電(dian)流關系：i1＋i2=i3，i1為(wei)(wei)輸入電(dian)流，i2為(wei)(wei)UPS為(wei)(wei)輸出(chu)電(dian)流，i3為(wei)(wei)總輸出(chu)電(dian)流，均為(wei)(wei)瞬(shun)時(shi)值。

式（1）為向(xiang)量式。(1)顯然，要求與同相，向(xiang)量圖如圖3所示。若與有相位差，要輸出相同的(de)(de)電流(liu)(liu)，則在前后(hou)相連的(de)(de)UPS間產生環(huan)流(liu)(liu)，該環(huan)流(liu)(liu)在實際(ji)并聯的(de)(de)UPS間不可(ke)(ke)避免(mian)，但要控(kong)制其(qi)盡可(ke)(ke)能地(di)小(xiao)。

在公共母線并(bing)(bing)(bing)(bing)聯(lian)方式中，控(kong)制對象是UPS輸(shu)出電(dian)壓的(de)幅(fu)度與相位，以求達到各(ge)并(bing)(bing)(bing)(bing)聯(lian)USP的(de)輸(shu)出電(dian)流同相，并(bing)(bing)(bing)(bing)按容(rong)量(liang)進行(xing)均流的(de)目的(de)。控(kong)制要求高(gao)且復雜，仿真表明(ming)，如(ru)兩臺(tai)并(bing)(bing)(bing)(bing)聯(lian)UPS的(de)相位相差(cha)1°，則(ze)環(huan)流將達20％額定電(dian)流。為保證(zheng)UPS的(de)并(bing)(bing)(bing)(bing)聯(lian)要求，必須高(gao)精度地檢測(ce)、控(kong)制，為此軟(ruan)、硬件的(de)開銷(xiao)較(jiao)大。并(bing)(bing)(bing)(bing)且聯(lian)絡(luo)線的(de)存在有(you)可能產生EMI問題(ti)，以至于在有(you)些公司推出的(de)并(bing)(bing)(bing)(bing)聯(lian)UPS間采用光纖作聯(lian)絡(luo)線。

在“T”型(xing)UPS的并聯(lian)連接中(zhong)，對于其中(zhong)某(mou)一級(ji)UPS，我們把(ba)控制(zhi)對象選定(ding)為(wei)該(gai)級(ji)UPS自身的輸出電(dian)流(liu)(liu)，控制(zhi)該(gai)UPS的輸出電(dian)流(liu)(liu)直(zhi)接跟蹤其輸入電(dian)流(liu)(liu)（前級(ji)輸出電(dian)流(liu)(liu)），使UPS自身的輸出電(dian)流(liu)(liu)與輸入電(dian)流(liu)(liu)達(da)到(dao)同相位且(qie)達(da)到(dao)要求的幅度。輸出電(dian)流(liu)(liu)幅度由該(gai)級(ji)UPS容量S與其前面(mian)各(ge)級(ji)UPS的總(zong)容量?S根(gen)據式(shi)（2）確定(ding)ir=i1(2)

式中：i1為(wei)該UPS的輸入電流；

ir為跟蹤電流的給定(ding)值(zhi)。

這樣可達到各UPS均流的目的。然后這兩個基本相同的電流匯流后經輸出端子輸出，流向下一級并聯的UPS。如圖2所示。對于第一級UPS，我們將功能設定為主UPS，其輸入電流不存在，其任務是產生符合供電要求的正弦電壓波形，其作用實際是正弦電壓源。該電壓經后面各級UPS的“T”型連接的橫臂匯流母排加到負載上。由于匯流母排阻抗很小，可認為加到負載上的電壓與第一級UPS的輸出電壓相差甚微。后面各級UPS為從UPS，從UPS實際為電流控制性電流源。供給負載的電流為各UPS的總和。

3“T”型(xing)UPS的(de)控制策略

設定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)UPS具備通(tong)常(chang)UPS的(de)(de)(de)(de)(de)功能(neng)，為(wei)并聯系統的(de)(de)(de)(de)(de)正(zheng)弦(xian)(xian)波(bo)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓源。為(wei)適合(he)“T”型(xing)(xing)連接并運行(xing)(xing)，設定(ding)(ding)為(wei)從UPS的(de)(de)(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)檢(jian)測(ce)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)與普(pu)通(tong)UPS最顯(xian)著的(de)(de)(de)(de)(de)不同之處在于要對(dui)前級(ji)(ji)向本級(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)輸(shu)(shu)(shu)入電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)進行(xing)(xing)檢(jian)測(ce)，然(ran)后追蹤此輸(shu)(shu)(shu)入電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)變化，控(kong)制(zhi)本級(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)。生成電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)跟(gen)蹤PWM信號，控(kong)制(zhi)逆(ni)變器開關(guan)(guan)。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)追蹤PWM控(kong)制(zhi)具有結(jie)(jie)構(gou)簡單(dan)、工作可(ke)(ke)靠(kao)、響應快、實(shi)現(xian)容易的(de)(de)(de)(de)(de)優點。本“T”型(xing)(xing)UPS構(gou)造的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)跟(gen)蹤PWM控(kong)制(zhi)方式(shi)原理如(ru)(ru)圖(tu)4所(suo)示，為(wei)簡單(dan)起見，圖(tu)中只給(gei)出(chu)(chu)(chu)一(yi)條(tiao)橋(qiao)臂的(de)(de)(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)。用霍爾電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)傳感器檢(jian)測(ce)輸(shu)(shu)(shu)入輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)，輸(shu)(shu)(shu)入電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)檢(jian)測(ce)信號經跟(gen)蹤電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)給(gei)定(ding)(ding)計算，得到(dao)給(gei)定(ding)(ding)參考電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)ir，當實(shi)際輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)反(fan)饋值if與ir之差達到(dao)滯(zhi)環的(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)限值Δ時，即if－ir≥Δ，使V2導(dao)通(tong)，V1截止(zhi)，輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)i2將(jiang)下降。當if與ir之差達到(dao)滯(zhi)環的(de)(de)(de)(de)(de)下限值Δ時，即if－ir≤Δ，使V1導(dao)通(tong)，V2截止(zhi)，輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)i2將(jiang)上(shang)升。這(zhe)樣，通(tong)過V1、V2的(de)(de)(de)(de)(de)交替通(tong)斷(duan)，使|i2－ir|≤Δ，實(shi)現(xian)i2對(dui)ir的(de)(de)(de)(de)(de)自動(dong)跟(gen)蹤。如(ru)(ru)ir是正(zheng)弦(xian)(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)，則(ze)if也(ye)近(jin)似為(wei)一(yi)正(zheng)弦(xian)(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)，如(ru)(ru)ir是非正(zheng)弦(xian)(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)，則(ze)if的(de)(de)(de)(de)(de)波(bo)形(xing)也(ye)將(jiang)與ir一(yi)致。為(wei)減少跟(gen)蹤輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)紋(wen)波(bo)，須(xu)限制(zhi)跟(gen)蹤電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)變化率(lv)，根據仿(fang)真結(jie)(jie)果(guo)，逆(ni)變橋(qiao)輸(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)感在10kHz的(de)(de)(de)(de)(de)開關(guan)(guan)頻(pin)率(lv)下應不小于2mH。為(wei)驗證(zheng)“T”連接結(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)UPS并聯運行(xing)(xing)控(kong)制(zhi)方案的(de)(de)(de)(de)(de)正(zheng)確性(xing)，我們對(dui)兩臺主(zhu)、從“T”型(xing)(xing)UPS的(de)(de)(de)(de)(de)并聯運行(xing)(xing)進行(xing)(xing)了(le)仿(fang)真。UPS為(wei)單(dan)相220V/50Hz，分別(bie)對(dui)阻性(xing)負載及整流(liu)(liu)(liu)(liu)性(xing)負載的(de)(de)(de)(de)(de)并聯情況作了(le)仿(fang)真。圖(tu)5為(wei)仿(fang)真結(jie)(jie)果(guo)。仿(fang)真結(jie)(jie)果(guo)表明該(gai)方案是可(ke)(ke)行(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)。

4 結語

本文(wen)提出一(yi)(yi)種“T”型連(lian)接結構(gou)的(de)(de)(de)UPS并聯(lian)(lian)運(yun)(yun)行方(fang)(fang)案，介紹了(le)其結構(gou)特(te)點及(ji)并聯(lian)(lian)運(yun)(yun)行時采用的(de)(de)(de)電流追蹤型PWM控制策(ce)略，而(er)對(dui)UPS的(de)(de)(de)其他方(fang)(fang)面未作涉(she)及(ji)。本方(fang)(fang)案屬于一(yi)(yi)種無聯(lian)(lian)絡(luo)線UPS并聯(lian)(lian)運(yun)(yun)行方(fang)(fang)案，控制策(ce)略簡單可(ke)靠，容(rong)易(yi)實現(xian)。也(ye)存(cun)在許(xu)多值(zhi)得進(jin)一(yi)(yi)步研究的(de)(de)(de)地方(fang)(fang)。將之做成UPS容(rong)量(liang)擴大(da)單元，因其無信號聯(lian)(lian)絡(luo)線，可(ke)以很方(fang)(fang)便地與目(mu)前的(de)(de)(de)各種UPS進(jin)行并聯(lian)(lian)，擴大(da)UPS的(de)(de)(de)供(gong)電容(rong)量(liang)，具有較大(da)的(de)(de)(de)經濟意(yi)義與現(xian)實意(yi)義。

 
圖5“T”型連接結構的UPS并聯運行的電流仿真波形
(a)帶阻性負載的并聯(b)帶整流性負載的并聯

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