DSP控制的UPS逆變器的諧波調(diào)節(jié)系統(tǒng)失真的消除

?????????????????????????????????????? 圖1　典型在線式UPS的系統(tǒng)框圖

????UPS轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制對減小輸出電壓諧波含量來說是至關(guān)重要的。而控制轉(zhuǎn)換開關(guān)的難點在于濾波器的輸出阻抗。因而人們想提供一個近似于零阻抗的轉(zhuǎn)換級，使它能在理論上產(chǎn)生接近于零失真的正弦輸出電壓，并且不受負(fù)載條件的影響。雖然通過高頻轉(zhuǎn)換開關(guān)可以實現(xiàn)極低的輸出濾波阻抗，然而在大功率應(yīng)用中（如功率大于20kVA），由于轉(zhuǎn)換頻率被限定在1-2kHz，它便不能降低濾波器輸出阻抗了。因此，現(xiàn)代UPS系統(tǒng)通過一種采用了復(fù)雜的大規(guī)模無源元件的濾波方案使逆變器輸出電壓的諧波含量達(dá)到最小。另外，許多PWM技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于補償濾波器的輸出阻抗和降低輸出電壓的失真。

??? 本文介紹了UPS系統(tǒng)非線性負(fù)載的實時DSP控制，討論了采用DSP控制的優(yōu)點，并對DSP控制的UPS逆變器和諧波調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了分析，最后通過一個1KVA系統(tǒng)驗證了該控制方案的正確性。

2 逆變系統(tǒng)的分析及模擬控制

??? 現(xiàn)代UPS系統(tǒng)使用PWM逆變器來產(chǎn)生單相或三相交。整流器將單相或三相交流輸入轉(zhuǎn)化成直流輸入，這不僅向逆變器提供了能量，而且使蓄電池組保持滿載。當(dāng)市電正常而直流-交流逆變器出現(xiàn)故障或輸出過載時，UPS工作在旁路狀態(tài)，靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到市電端，由市電直接給負(fù)載供電。如果靜態(tài)開關(guān)的轉(zhuǎn)換是由于逆變器故障引起，UPS會發(fā)出報警信號；如果是由于過載引起，當(dāng)過載消失后，靜態(tài)開關(guān)重新切換回逆變器端。

??? PWM使用模擬信號來調(diào)制脈沖的寬度，脈沖的持續(xù)時間與模擬信號在此時刻的調(diào)制幅度成正比。因為大多數(shù)的電力負(fù)載都是非線性的，并且還向UPS中注入諧波電流，因此必須采用附加諧波濾波技術(shù)，同時必須考慮到逆變器對它輸出交流波形的瞬時控制，從而把諧波失真降低到容許的程度。通過使用高速反饋環(huán)路可以實現(xiàn)對PWM逆變器的控制，在反饋回路中對實際的輸出波形與參考正弦波形進(jìn)行比較，用兩者的誤差來修正雙極性晶體管產(chǎn)生的用PWM表示的正弦波。

??? 采用模擬控制的UPS系統(tǒng)，對UPS的生產(chǎn)者和用戶來說都存在著許多潛在的缺陷。模擬控制需要大量的分離元件和電路板，從而導(dǎo)致元件數(shù)目多、硬件成本高。另外，因為這些元件必須一起共同工作，所以需要大量的連線來實現(xiàn)對這些模擬元件的控制。這些問題都易使元件磨損或發(fā)生間歇失效，而且一旦發(fā)生故障，其定位和維修都是相當(dāng)困難的。另外有的模擬元件，例如電位計，必須用手工來校正，導(dǎo)致效率低、精度差。