“T”型連接結構的UPS并聯(lián)運行方案

摘要：提出一種“T”型連接結構的UPS并聯(lián)運行方案，該方案中并聯(lián)運行的UPS省去信號聯(lián)絡(luò )線(xiàn)，屬于主從式UPS并聯(lián)。從“T”型結構UPS將前級UPS的輸出電流引入并以此電流作并聯(lián)控制信號，采用電流追蹤型PWM控制信號發(fā)生方案，可使其輸出電流與前級輸入電流保持同相，并可達到均流的目的。文中給出了仿真結果，表明該方案是可行的。關(guān)鍵詞：UPS并聯(lián)運行拓撲
1引言

在大型計算機數據站、通信設備機房等場(chǎng)合，廣泛采用UPS作運行電源。隨著(zhù)設備的添置，供電可靠性要求的提高，UPS的容量也越來(lái)越大，從UPS運行的經(jīng)濟性及可靠性考慮，根據用電設備容量的增長(cháng)逐步添置UPS實(shí)行并聯(lián)運行具有重大的現實(shí)意義。由于UPS由電力電子開(kāi)關(guān)器件組成，其并聯(lián)運行在技術(shù)上是較為復雜的。目前解決UPS并聯(lián)運行的辦法根據其有無(wú)采用信號連絡(luò )線(xiàn)而分為兩種[1]:

（1）UPS間有聯(lián)絡(luò )線(xiàn)方式；

（2）UPS間無(wú)聯(lián)絡(luò )線(xiàn)方式。

信號聯(lián)絡(luò )線(xiàn)實(shí)際為并聯(lián)UPS單元之間的控制信號的傳遞通道，通過(guò)控制信號的傳遞使得并聯(lián)UPS間滿(mǎn)足并聯(lián)條件，實(shí)現負載容量（有功、無(wú)功）的合理分配。UPS間無(wú)聯(lián)絡(luò )線(xiàn)并聯(lián)運行文獻已見(jiàn)報道的控制方案為電壓、頻率外特性“下垂法”，這種并聯(lián)方法可省卻信號的聯(lián)絡(luò )線(xiàn)，但會(huì )造成輸出電源的頻率、幅度在小范圍內波動(dòng)。

圖1普通UPS的并聯(lián)運行

圖2“T”型結構UPS并聯(lián)運行

本文提出一種“T”型連接結構拓撲的UPS及其并聯(lián)運行控制策略，這種UPS并聯(lián)運行的方法簡(jiǎn)單可靠，屬于無(wú)聯(lián)絡(luò )線(xiàn)并聯(lián)法。

2“T”連接拓撲及并聯(lián)運行工作原理

普通UPS并聯(lián)運行的連接拓撲如圖1所示，UPS的輸出端子連接到共同的配電母線(xiàn)上，再向負載供電。而“T”型連接的UPS除輸出端子外，還有輸入端子，輸入、輸出在內部是相接的，UPS的實(shí)際輸出連接到這兩個(gè)輸入輸出端子之間的聯(lián)線(xiàn)上，構成“T”型，即前一臺UPS的輸出端子連接到后一臺UPS的輸入端子上，每臺UPS的輸入電流在內部與自身的輸出電流匯合至輸出端子，連接拓撲如圖2所示。

并聯(lián)運行的原理可用基爾霍夫電流定律來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)明。在一臺“T”型UPS中，應滿(mǎn)足電流關(guān)系：i1＋i2=i3，i1為輸入電流，i2為UPS為輸出電流，i3為總輸出電流，均為瞬時(shí)值。

式（1）為向量式。(1)顯然，要求與同相，向量圖如圖3所示。若與有相位差，要輸出相同的電流，則在前后相連的UPS間產(chǎn)生環(huán)流，該環(huán)流在實(shí)際并聯(lián)的UPS間不可避免，但要控制其盡可能地小。

在公共母線(xiàn)并聯(lián)方式中，控制對象是UPS輸出電壓的幅度與相位，以求達到各并聯(lián)USP的輸出電流同相，并按容量進(jìn)行均流的目的?？刂埔蟾咔覐碗s，仿真表明，如兩臺并聯(lián)UPS的相位相差1°，則環(huán)流將達20％額定電流。為保證UPS的并聯(lián)要求，必須高精度地檢測、控制，為此軟、硬件的開(kāi)銷(xiāo)較大。并且聯(lián)絡(luò )線(xiàn)的存在有可能產(chǎn)生EMI問(wèn)題，以至于在有些公司推出的并聯(lián)UPS間采用光纖作聯(lián)絡(luò )線(xiàn)。

在“T”型UPS的并聯(lián)連接中，對于其中某一級UPS，我們把控制對象選定為該級UPS自身的輸出電流，控制該UPS的輸出電流直接跟蹤其輸入電流（前級輸出電流），使UPS自身的輸出電流與輸入電流達到同相位且達到要求的幅度。輸出電流幅度由該級UPS容量S與其前面各級UPS的總容量S根據式（2）確定ir=i1(2)

式中：i1為該UPS的輸入電流；

ir為跟蹤電流的給定值。

這樣可達到各UPS均流的目的。然后這兩個(gè)基本相同的電流匯流后經(jīng)輸出端子輸出，流向下一級并聯(lián)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(wù)是產(chǎn)生符合供電要求的正弦電壓波形，其作用實(shí)際是正弦電壓源。該電壓經(jīng)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(shí)際為電流控制性電流源。供給負載的電流為各UPS的總和。

圖3“T”型UPS電流向量圖(a)與同相(b)與不同相

圖4“T”型UPS的電流追蹤控制原理