UPS的输出电压补偿方法

技术领域

本发明属于电力电源领域，尤其涉及带变压器输出的不间断电源(UPS)的输出电压补偿方法。

背景技术

UPS主要用于给用电设备提供稳定、不间断的电力供应，其广泛应用于：矿山、航天、工业、通讯、国防、医院、计算机业务终端、网络服务器、网络设备、数据存储设备、应急照明系统、铁路、航运、交通、电厂、变电站、核电站、消防安全报警系统、无线通讯系统、程控交换机、移动通讯、太阳能储存能量转换设备、控制设备及其紧急保护系统、个人计算机等领域。

为了隔离、增大或减小电压等，通常在UPS和负载之间设置变压器，带变压器输出的UPS的逆变架构如图1所示，其中方框内为变压器。然而，变压器的存在也会降低机器的性能指标并降低输出电压、电流和功率的显示精度。例如，对于现有技术的一种UPS，满载时的电压谐波总畸变率(THDV)>9％，而电流峰值系数(CF)<2.5。目前，所有带变压器输出的UPS仅补偿了显示精度的均方根(RMS)值，并且所有的都是基于实测数据进行的表格或线性补偿方法，局限性就是由于大量的测试数据需要大量的芯片空间资源，仅能对一些固定的负载进行补偿，而不能对所有负载进行全面补偿。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种UPS的输出电压补偿方法，所述UPS通过变压器输出，所述补偿方法包括对所述变压器的输出进行反馈控制，使得所述变压器的输出电压依赖于参考电压和补偿参考电压，所述补偿参考电压由所述变压器的漏感和直流阻抗中至少之一产生。

根据本发明的UPS的输出电压补偿方法，优选地，所述补偿参考电压依赖于所述变压器的漏感和直流阻抗两者。

根据本发明的UPS的输出电压补偿方法，优选地，通过控制器利用下列公式对所述变压器的输出电压进行反馈控制，所述控制器包括电压环和电流环，

其中，V

根据本发明的UPS的输出电压补偿方法，优选地，所述补偿参考电压通过如下公式确定：

V

根据本发明的UPS的输出电压补偿方法，优选地，Z

根据本发明的UPS的输出电压补偿方法，优选地，对所述变压器的漏感和直流阻抗进行一阶滤波获得所述补偿阻抗，其中，

其中，L

本发明还提供了一种用于UPS的控制器，所述UPS通过变压器输出，所述控制器采用根据本发明所述的UPS的输出电压补偿方法对所述UPS的输出电压进行补偿，所述控制器包括电压环和电流环。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过变压器漏感和直流阻抗补偿从根本上解决带变压器输出的UPS的输出精度问题，测试数据量小，无需占用较大的芯片资源。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1为根据本发明实施例的带变压器输出的UPS的示例性逆变架构；

图2为根据本发明实施例的等效变压器模型；

图3示出没有变压器输出的UPS的逆变控制模型；

图4示出带变压器输出的UPS的逆变控制模型；

图5示出变压器原边和副边的电压对比波形以及副边电流；

图6示出考虑补偿的带变压器输出的UPS的改进的逆变控制模型；

图7示出综合考虑变压器的漏感值和直流阻抗值的带变压器输出的UPS的改进的逆变控制模型；以及

图8为根据本发明实施例的电压环补偿波特图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由于变压器一个线圈所产生的磁力线不能完全通过另一个线圈而产生漏磁的电感称为漏感。本发明通过漏感和电阻补偿来解决增加变压器引起的一系列问题。参见图1所示的带变压器输出的UPS的示例性逆变架构，其包括逆变器和变压器，逆变器的输出通过变压器给负载供电，其中，逆变器包括场效应管Q1～Q4和二极管VD1～VD4构成的逆变桥臂、逆变电感L、输入电容C1和C2以及逆变电容C，电感L上的电流为i

图3示出没有变压器输出的UPS的逆变控制模型，其中，虚线左侧为控制器，右侧为控制对象。由于没有设置变压器，所以其输出电压u

为了解决带变压器输出的电压精度低的问题，本发明人将变压器之前和之后的电压波形进行分析对比，参见图5所示的变压器原边和副边的电压对比波形以及副边电流，其中CH1表示变压器副边电压；CH2表示变压器原边电压；CH3表示变压器副边电流；CH4表示CH2-CH1。为了简单起见，图5中假设变压器的变压比为1：1。

根据图5所示的波形，发明人发现变压器之前和之后的电压差与变压器的副边电流CH3(即实际输出测试电流)之间有感性相位关系，即过零点或者峰值有偏差。因此，可以确定电压差是变压器上的漏感电压造成的。此外，该电压差还受直流阻抗的影响。

为了确保反馈控制的准确性，需要给电压环参考电压V

其中，Z

下面具体讨论如何确定补偿参考电压V

具体地，变压器的等效阻抗模型为Z

其中，b是滤波频率点2πf，f是滤波器的截止频率，k是调节系数，0

参见图7所示的改变的控制模型，其增加了串联阻抗，综合考虑变压器的漏感值和直流阻抗值。

以下通过具体的模拟和实验进行变压器的漏感补偿。为了更好的补偿结果，采用实际测量的漏感值和直流阻抗值进行计算，表1示出实际测量的漏感值和直流阻抗值。

表1实测漏感和直流阻抗参数

将上述数据代入变压器的等效阻抗模型就能够计算补偿。例如采用计算机软件(例如matlab)进行计算，实际控制时间量都是通过拉普拉斯变换后得出的S函数进行分析的，即在S域中进行分析，然后又通过仿真软件得出Z

本领域技术人员公知的是，拉普拉斯变换(拉式变换)是工程数学中常用的一种积分变换，它是一个线性变换，可将一个有参数实数t(t≥0)的函数转换为一个参数为复数s的函数。拉普拉斯变换在许多工程技术和科学研究领域中有着广泛的应用。

以6kw作为示例，根据表1，漏感为540μH，总直流阻抗为340毫欧，同时，滤波器截止频率f为3.5kHz，k为1。代入计算出Z函数

图8为电压环补偿波特图，其示出了Z

下表2是在滤波频率(10kw)下采用W3000功率分析仪采集的相关数据。其中，额定输出电压V

表2

前述针对图1所示的逆变架构进行了带变压器输出的UPS输出补偿，本领域技术人员能够理解，本发明的补偿方法不限于图1所示的逆变架构，对于本领域公知的任何UPS结构，采用变压器输出时都可以采用本发明的方法，即对变压器的输出电压进行反馈控制以使得变压器的输出电压依赖于参考电压和补偿参考电压，而补偿参考电压由变压器的漏感和/或直流阻抗产生。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。