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              PLC企業資訊
                UPS并聯冗余控制策略
                發布者:huayuds  發布時間:2023-08-14 16:17:10

                根據UPS并聯的技術要求,UPS系統的并聯冗余控制方式可分為集中控制、主從控制分布式邏輯控制和無互連線獨立控制四種方案。

                集中控制方式

                集中控制是早的逆變器并聯控制策略。其結構如圖 4-31 所示。并聯系統配備集中控制單元。系統運行時,集中控制單元首先檢測市電的相位和頻率,然后進行綜合。同步脈沖信號通過模塊之間的互連線發送到每個逆變器模塊。

                同步脈沖信號的頻率和相位與市電相同,保證逆變器輸出電壓與市電電壓一致。當市電中斷時,集中控制單元的內部晶振發出同步信號。在同步脈沖信號的控制下,模塊之間的輸出電壓相位和頻率差很小。

                認為模塊間電壓幅值差異是引起模塊間環流的直接因素。在控制環節,將單個逆變器模塊的輸出電流與系統輸出進行比較。電流的差值作為逆變器輸出電壓的補償量,通過改變逆變器模塊的輸出電壓幅值實現并聯均流控制。

                但是,對于集中控制,必須在系統中設置單獨的集中控制單元。一方面,并行系統難以實現真正的模塊化;另一方面,如果控制單元出現故障,整個逆變并聯系統將癱瘓。因此,集中控制方式并不能真正達到高可靠性和真正冗余的目的,所以目前在并聯系統中很少采用這種方式。

                集中控制結構圖

                針對集中控制單元對并聯系統可靠性的限制,進一步提出了主從控制。并聯時,系統設置某模塊為主,輸出為電壓源逆變器;系統中的其他模塊是從機,并作為電流源逆變器輸出。

                主機采用雙回路控制,保證輸出電壓波形的正弦;同時,主機的輸出電流信號將作為從機的參考信號,從機通過電流環跟蹤主機的電流參考,保證并聯逆變模塊的輸出電流為相同的。主從控制結構如圖4-32所示。

                主從控制方式

                從圖4-32可以看出,主從控制不再有單獨的集中控制單元,系統中的主模塊將執行控制單元的功能。盡管如此,主從控制的核心思想仍然與集中控制一致,只是控制權集中在系統當前的主模塊上。當主模塊出現故障時,系統會自動移除主模塊,并從原來的從模塊中選擇一個新的主模塊,以保證系統繼續正常工作。

                主從控制結構圖

                主從控制解決了集中控制中控制單元故障導致的系統故障問題,提高了系統的可靠性。但在主從控制中,主從機的切換過程和控制電路極其復雜。當當前的master失效到新的master設置完成之前,系統會處于不受控狀態,所以有切換失敗的可能。與集中控制相比,主從控制提高了系統可靠性,但仍有可能出現系統失控,控制效果仍不理想。

                分布式邏輯控制方式

                鑒于主從控制邏輯切換時系統可能失控,人們提出分散邏輯控制,將控制權平均分配給各個逆變模塊,形成真正的民主獨立控制,系統控制不受控制。不再依賴于主控單元中,并聯模塊通過通信線路,接收其他模塊的輸出電壓信息,實現電壓鎖相、功率共享和邏輯切換。圖 4-33 顯示了分布式邏輯控制結構。

                分布式邏輯控制結構圖

                與集中控制和主從控制相比,分散邏輯控制省去了統一的集中控制單元。在并聯系統中,各模塊獨立工作,狀態相同。大大提高了系統的可靠性。逆變器具有互連線并聯控制。技術上實用、可靠的控制策略被廣泛應用于實際的UPS產品中。

                但是,對于大型供電保障系統,系統中存在大量并聯模塊,物理位置分散。此時,過多的互連將大大增加逆變器并聯系統結構的復雜性,嚴重制約并聯系統的可靠性。

                無互聯控制方式

                為解決有互連線逆變器并聯控制中逆變器模塊間互連線對并聯系統可靠性的限制,對無互連線逆變器并聯控制技術進行了一系列研究和探索。 ,并取得了一定的成果。圖 4-34 所示為無互連逆變器的并聯控制結構。

                無互連線的并聯控制結構圖

                逆變器不互連并聯控制可分為基于電力線通信的不互連并聯控制和基于PQ外特性下垂的不互連并聯控制兩種。其中,基于電力線通信的無互連并聯控制采用擴頻芯片將逆變器輸出電壓和電流信息調制疊加在交流總線上。

                當信號通過交流母線傳輸時,各模塊接收并解調并聯系統中剩余逆變器的狀態信號,綜合計算得到該模塊的控制信號。高頻信號疊加在交流母線上后,逆變器輸出電壓波形會發生畸變,逆變器狀態信號也會受到交流母線電壓的影響。因此,包括諧波的影響,基于電力線通信的無互連并聯控制效果并不理想。

                借鑒同步發電機組自同步中的下垂控制原理,人們提出了一種基于PQ外特性下垂的無互連線并聯控制。并聯系統中的各個并聯模塊只需要檢測自身的輸出電壓和電流信號,模塊中的控制單元就可以計算出該模塊的控制信號,實現均流控制。取消了并聯模塊之間的狀態通訊線,實現了并聯模塊之間的電氣隔離,提高了并聯系統的可靠性和穩定性,系統配置更加靈活。

                無互連逆變器并聯控制的基本思想是PQ外特性下垂控制,簡稱下垂控制。下垂控制利用逆變器輸出電壓相位和幅值與輸出有功功率和無功功率的對應關系,通過調節逆變器輸出電壓的頻率和幅值來控制逆變器輸出有功功率和無功功率。電源進而達到模塊并聯均流的目的。圖 4-35 顯示了下垂控制的原理。

                跌落控制原理結構圖

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