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高频模块化UPS及其并联控制技术研究

作　者: 陈息坤
导　师: 陈坚；康勇
学　校: 华中科技大学
专　业: 电气工程
关键词: 模块化UPS 并联控制均流控制策略热并联切换逻辑滑模变结构控制(SMC)与PI 融合控制双Boost-PFC 拓扑输入电流失真
分类号: TN86
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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引　用: 19次
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内容摘要

实现UPS 电源系统的模块化、智能化、绿色化和高效节能是UPS 电源系统的发展方向。实现UPS 电源模块化的关键是逆变器的并联控制技术。按照模块化的概念进行UPS 电源系统设计、实现高输入功率因数和在线热插拔并联运行要解决控制上的很多问题,在工程方面也需要解决一系列的技术问题。一定意义上讲,解决好工程问题也是理论研究结果走向实际应用的重要一环。本文在实现UPS 电源系统的模块化、智能化、数字化、高频化和绿色化方面开展了一些研究工作,针对采用分散逻辑并联控制策略的高频模块化UPS 电源并联系统进行了详细的理论分析和实验研究。本文提出了一种新型双Boost-PFC 变换器的拓扑结构解决现有的双Boost-PFC 变换器由于两个变换器之间存在耦合导致的两路输出直流母线电压不平衡问题。通过对这种新型双Boost-PFC 变换器拓扑结构的工作模式研究,指出在拓扑结构上可以等效为两个彼此独立的Boost-PFC 变换器。这两个等效变换器分别工作在市电的正负半波,这种彼此独立的Boost 变换器为实现输出直流母线电压的解耦控制、获得高输入功率因数的同时得到稳定对称的双直流母线电压输出奠定了基础,并为后级半桥逆变器提供对称的直流电压。本文建立了Boost 变换器的数学模型和多台逆变器并联系统的数学模型。在对多机并联系统数学模型进行研究的基础上,提出了并联逆变器之间的有功环流和无功环流与逆变器的输出阻抗、逆变器的输出电压幅值、相位之间存在复杂的耦合关系。指出这种固态逆变器的并联与传统发电机并网系统有很大的不同,因此在并联逆变器均流控制策略上不能照搬电力系统中发动机的功率调节特性。本文提出了基于本文研究的新型拓扑结构的双Boost-PFC 变换器的控制策略。该控制策略采用具有滞环控制的电流内环和PI 控制的电压外环的独立双环双回路控制,理论分析表明,两套彼此独立的双回路控制系统分别对两路直流母线电压输出进行单独控制,从而有效地解决了双Boost-PFC 变换器输出直流母线电压的耦合问题。在理论分析的基础上,进行了实验研究,实验结果表明,该控制策略可以获得比较好的控制效果。针对传统控制策略下Boost-PFC 变换器产生输入市电电流失真和不能获得单位功率因数的缺点,研究了一种新型的采用电流前馈控制策略的Boost-PFC 变换器的

全文目录

摘要  5-8
Abstract  8-14
1 绪论  14-33
  1.1 电力电子技术的发展及逆变器并联控制技术的应用前景  14-20
  1.2 逆变器并联系统的拓扑结构  20-25
  1.3 UPS 并联系统的基本控制策略  25-27
  1.4 有源功率因数校正技术发展概述  27-30
  1.5 本文主要研究内容  30-33
2 新型有源功率因数校正电路拓扑  33-57
  2.1 引言  33-34
  2.2 三相APFC 电路拓扑结构  34-42
  2.3 单相APFC 电路拓扑结构  42-45
  2.4 新型单相双BOOST-PFC 拓扑结构  45-56
  2.5 本章小结  56-57
3 Boost 变换器及逆变器的数学模型  57-73
  3.1 引言  57
  3.2 Boost 变换器数学模型  57-61
  3.3 单相逆变器数学模型  61-65
  3.4 多机冗余并联的数学模型及环流特性分析  65-70
  3.5 逆变器并联系统的功率特性  70-71
  3.6 本章小结  71-73
4 单相双APFC 控制策略研究  73-95
  4.1 引言  73
  4.2 基于新型Boost-PFC 变换器的独立双环控制策略  73-81
  4.3 基于PID 的传统双环控制系统研究  81-85
  4.4 双Boost-PFC 输入电流波形失真的抑制  85-91
  4.5 仿真及实验研究  91-94
  4.6 本章小结  94-95
5 基于分散逻辑的逆变器并联控制策略  95-119
  5.1 引言  95
  5.2 分散逻辑的基本控制策略  95-100
  5.3 基于下垂特性的分散逻辑逆变器并联系统  100-104
  5.4 瞬时功率检测技术  104-106
  5.5 UPS 的内外同步技术  106-110
  5.6 基于分散逻辑的UPS 并联系统切换逻辑  110-112
  5.7 UPS 并联系统的实验研究  112-118
  5.8 本章小结  118-119
6 基于滑模变结构控制的逆变器并联控制策略  119-144
  6.1 引言  119
  6.2 滑模变结构控制的基本原理  119-122
  6.3 基于滑模变结构的控制系统设计  122-127
  6.4 滑模变结构控制的仿真研究  127-133
  6.5 滑模变结构控制与PID 控制融合的控制策略研究  133-135
  6.6 SMC 控制与PID 控制融合的仿真研究  135-142
  6.7 本章小结  142-144
7 3~24KVA 高频模块化UPS 工程化实验研究  144-165
  7.1 引言  144
  7.2 系统设计指标及要求  144-147
  7.3 硬件电路系统设计  147-153
  7.4 旁路控制策略及过载保护综合切换逻辑电路设计  153-157
  7.5 冲击和短路保护电路设计及其实验研究  157-161
  7.6 软件系统设计  161-162
  7.7 工程化技术研究  162-164
  7.8 本章小结  164-165
8 全文总结  165-168
  8.1 本文工作的总结  165-167
  8.2 工作展望  167-168
致谢  168-169
参考文献  169-181
附录1 攻读学位期间发表论文目录  181-183
附录2 附图  183-184

高频模块化UPS及其并联控制技术研究

内容摘要

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