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        華為UPS逆變電源的并聯控制技術綜述

        發布時間:2019-11-11 13:30:30

          1.簡介

          不間斷電源(UPS)越來越多地用于為重要設備(例如計算機系統,通信系統和醫院設備)提供恒定的電壓和頻率。如果要擴展系統容量,則可以并行使用大容量UPS或小容量UPS。由于最初的投資和安裝困難(例如尺寸,重量和系統可靠性),前一種方法不切實際。相比之下,后一種方法相對容易實現以擴展系統容量并使其冗余。

          常見的冗余電源模式包括主從電源系統,在該系統中,兩個或多個UPS逆變器模塊通過系統控制柜并聯連接,然后從外部供電;每個UPS電源單元模塊中直接設計的分散邏輯電源方案通過并行功能。無論哪種方式,在正常運行期間,負載電流都將在每個UPS電源模塊之間平均分配。在操作中,如果UPS電源模塊之一發生故障,則并行系統將自動使出現故障的UPS電源模塊與負載脫機。此時,所有負載將由其余的UPS電源模塊平均分配。這樣,UPS電源可以確保始終為用戶提供高質量的電源,而不會造成大小干擾和電源時間中斷。顯然,使用這樣的電源系統,大大提高了UPS電源系統的可靠性。

          要實現并行UPS,我們需要完成以下兩個任務:(1)每個UPS輸出電壓的幅度,頻率和相位應相同;(2)在同步輸出電壓的情況下,總負載電流應在所有UPS之間平均分配,以達到負載共享的目的。
          2.UPS并聯控制方式

          根據其連接方式,UPS的并聯一般分為集中控制,主從控制,分散邏輯控制,3C(循環鏈控制)連接控制和無互連控制。

         ?。?)集中控制

          集中控制可分為直接集中控制和間接集中控制。在直接集中控制模式下,并行單元檢測市電的頻率和相位,并向每個UPS發送同步脈沖。當沒有市電時,同步脈沖可以由晶體振蕩器產生并由每個UPS單元的鎖相環控制,以確保每個單元的輸出電壓同步。并聯元件還檢測負載的總電流,然后將并聯元件的數量除以每個元件的電流參考,并將其與該元件的電流進行比較,以找到偏差并將其最小化。但是,由于檢測錯誤,實際輸出電壓相位可能仍然存在錯誤。為了消除此缺陷,我們可以采用間接集中控制。這種方式是利用計算出的電流誤差ΔI和輸出電壓VOΔP和ΔQ,其中ΔP作為相位補償量,ΔQ作為電壓幅度補償量,可以進一步提高并聯運行的精度。

          但是,由于系統仍采用集中控制單元,如果控制單元發生故障,整個并聯的UPS系統將癱瘓,并且只有一個故障點,不能真正實現高可靠性和真正冗余的目的。因此,當前的并行系統很少采用這種方式。

         ?。?)主從控制

          主從控制方式是在每個模塊上實現并行控制單元,通過在工作模式下選擇開關,選擇UPS作為主機,其他單元作為從機。每個電源單元都會檢測網絡狀態信號線,并通過其內部的主從標志來控制開關K的閉合。當系統中的某個單元發生故障時,其余單元仍可以工作。當主機發生故障時,可以切換另一臺UPS以繼續作為主機的系統正常運行。通常,一臺主UPS處于電壓控制模式,而另一臺處于電流控制模式。

          這樣,盡管其同步信號的可靠性提高仍用于公共焦點同步信號,但是在切換同步信號的過程中丟失可能會禁用模塊,并且開關控制電路的復雜性也可能會影響系統的正常運行,從而影響整個系統的性能,因此主從并行控制系統不是理想的并行冗余系統。
         ?。?)分散邏輯控制并聯

          分布式邏輯控制是在控制逆變器電源并聯運行時,控制電源模塊,檢測其有功和無功功率通過總線并行地傳遞到其他模塊,同時電源模塊本身也要從其他模塊接收有功功率的信號綜合判斷,確定該模塊的有功功率基數,從而確定各個模塊的電壓和同步信號(頻率和相位的參考值)。

          分散邏輯控制技術是一種獨立的并行控制方法。它采用對每個電源模塊中的電流和頻率信號進行合成的控制策略,以獲得每個頻率和電壓的補償信號。這樣,可以實現真正的冗余并行操作。當一個模塊退出失敗時,其他模塊的并行操作將不會受到影響。它已被廣泛應用于許多領域,并已成為計算機控制系統發展的主要方向之一。它是一種比較完善的分布式智能控制技術。然而,當多個模塊并聯連接時,互連的數量更多,信息更大,并且實現更復雜。

         ?。?)3C(循環鏈控制)連接

          3C型并行連接的想法是減少互連數量和信號傳輸,以減少對其他模塊的依賴。將第一逆變器的輸出電流反饋信號加到第二逆變器的控制回路,然后將第二逆變器的輸出電流反饋信號加到第三逆變器并依次連接。最后一個的輸出電流反饋信號返回到第一個逆變器的控制回路,以便并聯系統在信號上形成環形結構,并在功率輸出方面形成并聯關系。

          3C型方案將其他模塊信號引入控制回路,以增強模塊之間的影響,從而難以控制常規方案。因此,通常采用H∞理論來設計控制器來解決穩定性問題。在文獻中,每個逆變器都由PI控制以獲得快速的動態響應,而魯棒控制則用于獲得多模塊逆變器的魯棒性,從而減少了逆變器之間的相互作用。與以前的方案相比,3C并行方案僅引入一個模塊的電流信號,而無需模擬信號的平均電路,并且無需知道并行模塊的數量。但是,控制器復雜且難以設計。它主要由數字控制系統實現,成本高。此外,控制器采用H∞方法設計,控制器階數過高,難以實現。

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