0 引言

　　不間斷電源UPS（Uninterrupted PowerSupply）出現(xiàn)于上世紀80年代，它解決了傳統(tǒng)市電直接供電模式下電能質(zhì)量差、可靠性低等問題，并開始為重要負載提供電能保障。隨著用電負載對供電容量、可靠性方面越來越高的要求，傳統(tǒng)UPS暴露出了諸如擴容難、維修性差不足。為解決這些問題并進一步滿足用戶對電能的質(zhì)量和可靠性要求，基于高頻鏈的模塊化UPS技術(shù)正被廣泛關(guān)注和研究。模塊化UPS采用N+X冗余供電，在擴展性、可靠性和維修性方面較傳統(tǒng)UPS有了長足的進步，成為未來UPS發(fā)展的一個重要方向。實現(xiàn)模塊化的關(guān)鍵是逆變模塊之間的并聯(lián)均流控制，要求各個模塊同步輸出，即同幅、同頻、同相，否則在逆變器間將會產(chǎn)生很大的環(huán)流，對并聯(lián)系統(tǒng)造成不良影響甚至崩潰。

　　近年來隨著數(shù)字信號處理器的廣泛應(yīng)用，極大地推進了UPS逆變模塊并聯(lián)均流控制技術(shù)的發(fā)展。實現(xiàn)逆變器并聯(lián)均流控制的方法很多，就模塊間有無控制連線而言，逆變器并聯(lián)控制技術(shù)可分為有互聯(lián)線逆變器并聯(lián)控制和無互聯(lián)線逆變器并聯(lián)控制兩大類。有互聯(lián)線逆變器并聯(lián)控制的主要思想是從傳統(tǒng)直流電源的并聯(lián)技術(shù)而來，是一種主動負載均分技術(shù)，使用較多的主要有集中控制、主從控制、分散邏輯控制。其中集中控制和主從控制在任意時刻都依靠于一個控制單元；分散邏輯控制是獨立控制方式，可實現(xiàn)模塊自我控制。盡管使用這些控制技術(shù)已經(jīng)相對成熟，并且在輸出電壓調(diào)節(jié)和模塊均流方面都取得了不錯的效果，但是模塊間不可或缺的信號連線卻始終制約著有互聯(lián)線逆變器控制技術(shù)的發(fā)展，并極大地降低了系統(tǒng)的可靠性和擴展性。無互聯(lián)線逆變器控制的主要思想來源于下垂特性理論。針對逆變器輸出的有功功率及無功功率，通過調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的幅值及頻率，實現(xiàn)逆變模塊間均流控制，相比有互聯(lián)線控制，由于無互聯(lián)線控制中逆變模塊之間沒有互聯(lián)線，每個模塊只需檢測本模塊輸出信息，通過解耦計算就可直接得到控制信號實現(xiàn)對自身的控制，所以基于下垂法的無互聯(lián)線控制具有很高的可靠性和靈活性。

　　1.環(huán)流分析

　　理想UPS中每個逆變模塊的輸出電流應(yīng)相等以實現(xiàn)輸出功率的均分，然而實際制作中每個逆變器模塊的參數(shù)無法完全一致，加之線路阻抗的不同，使得各逆變模塊輸出電壓的幅值和相位無法在任意時刻精確相等，導(dǎo)致各逆變模塊間輸出功率均分和電流無法精確均分，這將引起逆變器模塊間的環(huán)流，對設(shè)備造成極大傷害，尤其是在系統(tǒng)空載或者輕載的情況之下甚至損壞系統(tǒng)，因為當模塊間出現(xiàn)環(huán)流時，有的模塊將吸收有功功率，從而運行在整流模式，這將導(dǎo)致直流側(cè)電壓上升，并對直流側(cè)電容造成損壞。

　　因此對逆變器間環(huán)流進行分析十分重要，為此我們建立如圖1所示的兩臺逆變器并聯(lián)系統(tǒng)等效模型：

　　設(shè)E1∠φ1、E2∠φ2分別為逆變器1和逆變器2的出電壓；r1+jX1和r2+jX2分別為逆變器1和2的輸出阻抗和導(dǎo)線阻抗之和，負載為R，且負載電壓為V《00，i1和i2分別為逆變器1和逆變器2的輸出電流，i0為負載電流。

　　根據(jù)歐姆定律可以得到：

　　將式（1）、（2）帶入式（3）中，并假設(shè)在并聯(lián)系統(tǒng)中輸出阻抗和線路阻抗中的阻性成份r1=r2≈0;系統(tǒng)并聯(lián)運行時，逆變器間的輸出電壓相位差別很小，使得sinφi=φi，cosφi=1;逆變器模塊組成部分參數(shù)差異不大，近似認為X1=X2=X.

　　得到經(jīng)過簡化后的有功功率和無功功率為：

　　由此可知，在實際系統(tǒng)中由于每臺逆變器模塊的輸出阻抗不同，導(dǎo)致逆變器模塊間輸出電壓產(chǎn)生幅值差和相位差，使得各逆變器輸出有功無功不均，形成環(huán)流。然而可以通過對輸出電壓的幅值和相位進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對有功無功的控制。為了避免環(huán)流的產(chǎn)生，人們提出了許多控制策略，但就并聯(lián)UPS模塊間有無互聯(lián)線而言，可分為兩大類，即有互聯(lián)線逆變器并聯(lián)控制和無互聯(lián)線逆變器并聯(lián)控制。下面將對這兩類控制方式依次介紹。

　　2.有互聯(lián)線逆變器并聯(lián)控制

　　2.1 集中控制

　　集中控制思想為建立一個控制中心，對各模塊輸出電壓電流信息統(tǒng)一收集并處理，且所有逆變模塊的控制指令由控制模塊統(tǒng)一下達。

　　其原理框圖如圖2所示，假設(shè)各單元中電流差是由電壓幅值不一致造成的，直接把電流差作為電壓指令的補償量以消除電流的不平衡。

　　如圖2所示，并聯(lián)控制單元首先檢測交流母線電壓的頻率和相位，以此為基準，得到輸出電壓參考頻率f*，通過每個逆變模塊中的鎖相環(huán)PLL（PhaseLockLoop）進行鎖相，使得每個逆變器輸出電壓頻率一致；然后檢測負載電流iL，iL除以并聯(lián)模塊數(shù)N后得到參考電流iref，用本模塊輸出電流i減去參考電流iref后得到的Δi作為輸出電壓補償量，計算得到輸出電壓參考值V*;最后用V*與f*合成參考電壓Vref，實現(xiàn)輸出功率和電流的均分。

　　集中控制是最早出現(xiàn)的控制方法，其原理相對單且易于實現(xiàn)，但是由于系統(tǒng)共用一個集中控制中心，一方面使得并聯(lián)系統(tǒng)難以實現(xiàn)真正的模塊化，另一方面如果該控制單元出現(xiàn)故障，則整個系統(tǒng)就會癱瘓，無法運用到大型分布式系統(tǒng)之中。