1.前 言

不間斷電源(UPS)并機系統以其擴容方便、節約投資、可靠性高而逐漸被廣泛采用，并深受用戶(hù)歡迎。所謂UPS并機系統是指需并聯(lián)的多臺UPS的輸出直接并聯(lián)短接在一起，同時(shí)分擔負載電流，不需外加任何設備，使整個(gè)供電系統的可靠性提高，供電容量也同時(shí)得到提高。但是，并聯(lián)UPS會(huì )有如下主要問(wèn)題：

1) 各臺UPS輸出的電壓、相位、頻率很難嚴格一致，即使有1度的相位誤差也可引起50%的功率差別，當空載時(shí)，某些UPS可能會(huì )運行在整流狀態(tài)。

2) 由于各臺UPS的輸出電壓、電流均為正弦量，而且有相位誤差和頻率誤差，所以，很難實(shí)現負載分配和均流。

3) 并聯(lián)運行時(shí)，若各臺UPS的頻率和相位相同，而幅度不同，則系統中各臺UPS之間會(huì )存在無(wú)功的環(huán)流分量，嚴重時(shí)會(huì )使UPS保護，甚至使逆變器停止工作。

鑒于以上存在的問(wèn)題，我們提出在并聯(lián)系統中，把每一臺UPS輸出的電壓、電流、頻率和相位信號進(jìn)行采樣、綜合，然后，再與其它UPS的相應信號進(jìn)行綜合，從而得出各自電壓及頻率的補償信號，然后送至系統中的其它UPS，最終保證各臺UPS輸出電壓的幅值、電流、相位和頻率嚴格一致。當其中某臺UPS因故障而退出時(shí)，并不影響整個(gè)并聯(lián)系統的運行，因而可實(shí)現真正的N+1 臺并聯(lián)運行。

2.并機原理

整個(gè)UPS并機系統以數字信號處理器TMS320F240為核心，輔以必要的外圍功能單元電路構成,UPS并機控制系統框圖如圖1所示。

數字信號處理器(DSP)通過(guò)對各種信號的檢測，加以分析處理，然后送到逆變器控制電路和狀態(tài)顯示電路;同時(shí)，通過(guò)通信接口電路與并機系統中的其他UPS進(jìn)行信息交換。

波形控制接口電路的功能是將DSP發(fā)出的控制后級UPS的逆變輸出信號進(jìn)行電平匹配，使其符合一定的精度和幅值要求。

相位控制接口電路的作用是將DSP發(fā)出的同步信號經(jīng)過(guò)電平轉換及阻抗匹配后送到后級UPS控制電路中作為UPS鎖相的給定信號。

邏輯切換控制電路的功能是將DSP發(fā)出的控制信號經(jīng)過(guò)電平變換后去驅動(dòng)靜態(tài)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，完成相應的邏輯關(guān)系控制。

直流母線(xiàn)電流檢測電路的功能是檢測UPS整流輸出直流母線(xiàn)上流過(guò)的電流大小，該直流母線(xiàn)電流經(jīng)霍爾傳感器變換，再經(jīng)電平匹配電路后送到DSP的AD接口。

直流母線(xiàn)電壓檢測電路的作用是將UPS整流輸出的直流母線(xiàn)電壓變換后送到DSP的AD接口。

輸出電流及輸出電壓檢測電路的作用是將UPS的輸出電壓及輸出電流經(jīng)過(guò)交流電壓互感器及交流電流互感器檢測后，再經(jīng)過(guò)電平轉換，送到DSP的AD接口，作為DSP的控制程序對UPS的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的反饋量。

市電檢測電路的作用是將交流市電經(jīng)變換后送到DSP中，作為控制UPS電源與市電同步的給定值。

所有的檢測量經(jīng)AD接口送到DSP，DSP完成對各模擬參數的模擬/數字轉換及數字優(yōu)化濾波，濾除噪聲干擾，分離出有用的信號，保證檢測信號的真實(shí)性及有效性。

UPS并聯(lián)控制系統的通訊接口電路將本UPS的工作狀態(tài)(輸出電壓幅值、輸出電壓頻率、輸出電壓的相位、切換邏輯要求等)送到通訊總線(xiàn)上，并通過(guò)通訊總線(xiàn)接收并聯(lián)控制系統其它UPS發(fā)出的工作狀態(tài)信號，作為并聯(lián)系統進(jìn)行均流控制、邏輯切換的重要依據。

3.并機系統結構及DSP控制軟件

3.1 UPS并機系統結構

UPS并機系統結構框圖如圖2所示，并機系統中的所有UPS均通過(guò)通訊接口相連，各UPS的輸出則直接并接給負載供電。

3.2 控制軟件

3.2.1. DSP主程序

DSP主程序根據并聯(lián)控制系統的通訊接口電路接受到的其他并聯(lián)運行UPS發(fā)出的切換邏輯要求，并根據當前本機的運行狀況進(jìn)行相應的邏輯分析和判斷，保證所有并聯(lián)運行UPS的靜態(tài)開(kāi)關(guān)同時(shí)切換到旁路運行狀態(tài)﹑或同時(shí)切換到逆變器運行狀態(tài)，完成并機系統的邏輯切換控制。由于在并機系統的邏輯切換過(guò)程中，沒(méi)有主機或從機之分，因此，任意一臺處于并聯(lián)運行且處于負載狀態(tài)下的UPS可以從并聯(lián) 運行的UPS并聯(lián)系統中退出，或者任意一臺處于空載狀態(tài)的(或者新啟動(dòng)的)UPS可以并入N臺并聯(lián)運行的UPS并聯(lián)運行系統中，實(shí)現N+1臺UPS的并聯(lián)運行，也就實(shí)現了N+1冗余并聯(lián)運行。DSP的主程序流程圖如圖4 所示。

3.2.2. DSP控制子程序

DSP控制子程序根據由通訊接口電路接收到的其它并聯(lián)運行的UPS發(fā)出的輸出電壓幅值、輸出電壓頻率、輸出電壓相位等數據，以及接收到的本UPS的輸出電壓幅值、輸出電壓頻率、輸出電壓相位等數據，經(jīng)過(guò)采樣處理，然后經(jīng)過(guò)輸出電壓幅值控制算法程序、輸出電壓的頻率算法程序、輸出電壓的相位算法程序等的綜合運算，從而對UPS輸出電壓的相位、頻率、幅值等參數進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使各臺并聯(lián)運行的UPS輸出相同的電壓幅值、電壓頻率和電壓相位，使各臺UPS共同對負載供電，且實(shí)現所有并聯(lián)運行的UPS平均分擔負載，滿(mǎn)足并聯(lián)運行的技術(shù)要求�？刂谱映绦蛄鞒虉D如圖3 所示。