双变流器补偿式UPS控制研究
1 引 言
现代工业的发展对电能质量的要求越来越高，如何为电力用户提供安全可靠的“绿色”电源是目前电源研究领域的热点。随着工业的发展，电力用户对电能质量提出了更高的要求，UPS作为一种不间断供电设备，是改善电能质量的重要措施之一，也是关键设备得以正常运行的重要保证。为适应发展的要求，近年来其也在不断地进行完善和改进。先后出现了后备式、在线式、三端口在线互动式及双变流器串并联补偿式等几种结构类型的UPS。其中由Kamran和Silva提出的双变流器串并联补偿式UPS，既可以补偿非线性负载中的无功电流及谐波电流，同时还可以补偿电源电压的谐波及基波偏差，较传统双变换在线式UPS而言，输入功率因数高，输出能力强，具有综合的电能质量调节能力，是一种值得推广应用的新型UPS。目前国外UPS厂家只有美国APC公司拥有此项专利技术，在市场上已经推出Silcon DP300E系列大功率UPS；国内则刚刚处在研究的初始阶段，还有许多研究工作需要进行。
本文介绍了双变流器串并联补偿式UPS的工作原理，在此基础上讨论了此类UPS基于同步旋转坐标系下PI加重复控制的系统控制方案，实现了双变流器串并联补偿式UPS的全部控制功能。
2 系统工作原理
图1示出双变流器串并联补偿式UPS的工作原理图。图中变流器Ⅰ和Ⅱ都是双向AC←→DCSPWM变流器，其直流侧接蓄电池Eb(其内阻等效为理想的恒定电阻Rb)和电容C。变流器I经电感L1和变压器T输出电压Δv串接在电源电压vs和负载电压vL之间，称之为串联补偿变流器。其输出的补偿电压由两部分组成：
Δvh为谐波补偿电压，它与交流电源中的谐波电压vsh大小相等，但方向相反；Δvl为基波电压补偿量，补偿电源电压基波Δvsl与负载电压额定值vR的偏差。所以变流器I提供的补偿电压Δv既抵消vs中的谐波vsh，又补偿基波电压vsl,使负载电压vL成为与电源基波电压vsl同相的正弦波额定电压vR。
变流器Ⅱ经L2、C2滤波后并接在负载两端，称之为并联补偿变流器。若负载为非线性负载，则负载电流iL由基波有功电流iLP、基波无功电流iLQ和谐波电流iLh3部分组成。对变流器Ⅱ进行实时控制，可使它输出至负载的电压为正弦波额定电压vR，并向负载输出电流i3=iLQ+iLh+(iLP-is)。其中iLQ、iLh补偿负载无功和谐波电流，使电源仅向负载输出基波有功电流is，而负载的有功电流iLP则由交流电源(is)和变流器Ⅱ(i2d)共同提供。
