電力系統中三相UPS的設計

1引言

在電力系統中，為了保證對供電可靠性要求較高的重要設備能正常工作，發電廠、變電站均應安裝UPS。隨著電力電子技術的發展，對容量要求也越來越大，大容量的UPS都是三相的[1],因此對三相UPS的需求也逐漸增多。

發電廠、變電站都有直流操作電源系統，為了充分利用直流操作系統中蓄電池所存儲的能量，用于電力系統的UPS應該保證能夠在直流220V/110V輸入情況下輸出所需交流電能，這就要求用于電力系統的UPS有很寬的電壓輸入范圍，一般為100V～300V。

在電力系統中，通常要求交、直流供電系統能保證良好的隔離，因此要求UPS系統帶輸出隔離變壓器。因為直流母線的220V輸入電壓經SPWM逆變器后不能得到220V的交流輸出，所以采用輸出隔離工頻變壓器進行升壓后再輸出。

此外，電力系統發電廠、變電站內向外發送電磁干擾的噪聲源較多。由于電動機、繼電器、輸配電線等都可能會產生電磁干擾，所以要求用于電力系統的UPS具有很強的抗干擾能力。

2系統結構

與一般的UPS不同的是，用于電力系統的UPS內不再含有電池，從直流母線輸入220V/110V電壓。系統結構如圖1所示。輸入接直流母線和三相四線380V市電，輸出為穩壓穩頻的三相380V正弦交流。用于電力系統的三相UPS主電路包括：整流器、起動電路、三相逆變器、三相隔離變壓器、靜態開關和濾波器等。

整流器將三相交流市電轉換為直流電壓，起動電路對直流上電過程進行限流，防止起動過程的大電流沖擊損壞器件；三相逆變器把直流輸入變換為穩壓、穩頻的三相正弦交流輸出；三相逆變器的輸出經三相隔離變壓器升壓，并通過LC低通濾波器進行平滑濾波，濾除高頻諧波，然后經靜態開關接到輸出。三相隔離變壓器有兩個作用：一是升壓，將三相逆變器輸出的相電壓由110V變換為220V。二是隔離，將逆變器與負載隔離，這可以對負載變化起到緩沖作用，也使負載上無直流電流分量；靜態開關用以實現市電旁路輸出和逆變器輸出之間的切換；輸入輸出端的EMI濾波器用于抑制電磁干擾信號，具雙向隔離作用。

2.1三相SPWM逆變器

圖1主電路結構圖

圖2經典的三相逆變器主電路

圖3適應三相不平衡負載的三相逆變器

圖4靜態開關的連接