基于DSP控制的在線式UPS整流技術

1 概述

　　PWM 前端控制整流由于具有直流電壓的變化，輸入功率因數校正（ PFC） 和輸入電流諧波控制的能力等優點， 被廣泛用于三相交直交電壓系統。由前端整流器、直流電容， 以及逆變器組成的三相交直交電壓系統廣泛用于在線式UPS .基于DSP 控制的在線式UPS 的結構圖如圖1 所示。

圖1 基于DSP 控制的在線式UPS 的結構圖

　　圖1 中，主電路由輸入變壓器、輸入濾波電路、電壓和電流檢測電路、蓄電池、功率電路、輸出濾波電路和靜態開關等組成。其中功率電路包括三個部分， 即輸入的PFC、三相全橋逆變器、DC/ DC 部分。電路信號采用TMS320C2812 控制。該控制器是T I 軟件公司開發的， 可方便地進行匯編， 執行控制程序和錯誤檢查。一般PFC 升壓整流控制器通常有兩個反饋回路，外部電壓環路和內在電流環路。電壓調節器產生電流控制的d 軸電流， 而在q 軸電流控制是零的單位功率因數， 其控制如圖2 所示。

圖2 帶負載功率反饋的傳統PWM控制系統

　　在正常工作條件下， 穩壓器輸出穩定的直流母線電壓和d 軸電流控制， 但是逆變器負荷不均衡， 就會產生波動的直流電壓， 因此整流器在不平衡負載下會造成前端總諧波失真（ THD） 的輸入電流。

　　相關研究表明直流電壓濾波問題所造成的原因是由于不平衡的逆變器的負載電流和不平衡的輸入電壓造成的， 然而， 他們的控制目標不是提高電能質量的投入， 而是盡量減少直流環節電壓。

　　一些研究人員已用開關函數概念的電力轉換器，顯示存在的諧波直流母線電壓。本文將用這些已量化的工程來處理諧波波動問題， 仿真和實驗結果將有效地證明本文提出的新型控制技術。

2 系統分析

　　一個標準的基于DSP 控制在線式UPS 系統如圖3 所示。系統由推動型的前端整流器、直流鏈接、電壓源逆變器構成。這兩個功率轉換器使用標準的空間矢量PWM 控制， 產生快速電壓調節與總諧波失真最小化控制逆變器。

圖3 基于DSP 控制的三相整流逆變控制系統模型

　　影響負載平衡分析如下。該逆變器的輸入：

　　式中， SA , S B 和SC 是交換功能的交換機頂端的三個逆變器的開關， 如下：

　　擴大這些功能交換， 假設標準正弦相位電流如下：

　　式中， A K是k 階的組成部分。AK ≡0 的所有三角變換后， 可以得出：

　　式中， I inv0是直流分量的逆變器輸入電流； I invn 是n 階部分的電流。通過公式（ 4） 可看到， I outA = I outB = I outC和ΦA= ΦB= ΦC , 同時有I invn = 0, 如果n> 0 三相負載電流是平衡的。否則， 交流成分存在會造成連鎖反應。

由公式（ 4） 可以得出， 考慮到固定的三相電流， I inv0 僅正比A 1 , I inv2是一個關于A 1的線性組合， A3 I inv4 和A3A5是一個線性組合， 等等。在低頻率范圍內， 由于Ak ≡0 所以I inv0= 0.

　　根據標準空間矢量PWM , 各次諧波的算法：

　　式中， q= 0, 1, 2, ……∝；ω m 是調制頻率； ωc 是載波頻率； ωm ≤ωc , a是調制指數； J v （ z） 是第一類Bessel 函數。公式（ 5） 只適用于頻率范圍遠遠低于載波頻率， 此時在一次波段的載波頻率可以忽略不計。在本文的系統研究中， m / c= 1/ 90 適用于規定計算， 并假設調制指數：

　　二次諧波會導致不平衡的前端三相輸入電流。抑制二次諧波直流電壓， 不會解決當前不平衡的問題， 因為目前仍然是不穩定的控制策略， 提出了要消除失控，但有第二次諧波分量和反饋。