基于虚拟阻抗的不间断电源并联系统均流控制

　　0 引言

　　随着用户对电源可靠性以及容量要求的不断提高，UPS 的并联运行是一个很好的选择。采用冗余并机技术，即将 UPS 逆变器的输出端直接连接同时给负载供电，可以提高 UPS 的容量和系统的可靠性。UPS 并联运行的关键在于负载电流的分配，近年来有很多学者对 UPS 逆变器并联控制方式进行研究。现有的 UPS 逆变器并联控制方法[1]主要有 3种，即瞬时电流控制方法、无线下垂控制方法及有功功率无功功率控制方法。

　　瞬时电流控制[2-8]利用电流总线信号与自身输出电流的差即瞬时环流指令来调节逆变器的输出电流，从而使负载电流在并联系统中均匀分配[2-6]。文献[7]介绍了一种 3C 均流控制方法，并联系统中各个模块控制部分串联形成链状结构，每一个模块要求本机的电流环跟踪上一个模块的逆变输出电感电流，实现均流控制。文献[8]介绍了一种电流权重分配控制方式，允许不同功率等级的逆变器并联，通过在每个逆变器控制单元中增加一个简单的电路实现并联系统中不同功率等级逆变器根据其容量输出不同的负载电流。瞬时平均电流控制可以取得很好的动态和稳态均流效果，但是由于电流总线上一般是模拟信号，随着并联系统中UPS 数量的增加，各台 UPS 之间的距离也将随之扩大，导致平均电流总线容易受到干扰，影响整个并联 UPS 系统的可靠性，所以必须进行抗干扰处理并且每台机器之间的距离不能很远。

　　下垂控制[9-19]不需要功率控制总线或者平均电流总线，每台 UPS 通过检测自身输出功率和无功的大小来分别调节输出电压的幅值和频率。由于器件特性的差异以及 UPS 输出连接线长度不同，并联UPS 系统中不同机器的输出内阻抗存在差异，即使各台 UPS 输出电压的频率、幅值和相角完全相同，这种差异也会引起功率的不均分。为了提高在 UPS器件差异引起的系统内阻抗不同时情况下的均流效果，前人提出了改进的下垂控制方法，在各台UPS 的输出线中串入均流电感，但是均流电感不仅体积大，还增加了损耗。针对均流电感存在的问题，一些学者引入了“虚拟阻抗”的概念[15-18]，即在逆变器的闭环控制外加入输出阻抗调节模块，通过虚拟阻抗来抑制器件差异对均流特性的影响，从而实现输出功率的均分。

　　虚拟阻抗可以解决由电路器件参数不一致造成的内阻抗差异，但不能解决 UPS 输出连接线长度不同对系统均流特性的影响。为此，文献[19]提出了谐波注入法，即在工频参考电压中注入一定频率的谐波，根据谐波的功率来调整输出电压幅值，从而消除器件差异和输出连接线不同对系统均流特性的影响。对大功率 UPS 来说，均流控制固然很重要，但是逻辑切换以及故障保护同样决定着整个系统是否能稳定运行，这就需要单台 UPS知道并联系统中其他 UPS 的状态，无线并联下垂控制方法虽然省略了功率控制总线，但是信号控制总线并不可少，实际产品中很少用下垂法进行均流控制。有功功率和无功功率控制[20-23]利用 CAN 总线进行并联系统中各台 UPS 间有功和无功传输，通过计算得到平均功率作为参考值来控制输出电压的幅值和相角，从而使负载电流在各台 UPS 之间均匀分配，由于 CAN 总线传递的是数字信号，不容易受到干扰，这样就大大提高了系统的可靠性。