[发明专利]一种不间断电源的功率补偿系统及控制方法

权利要求书

1.一种不间断电源的功率补偿系统，其特征在于，所述系统包括：交流电网、串联变压器、串联变换器、并联变换器、直流母线电容、直流母线电池组、主静态开关、旁路静态开关、负载和采样控制单元；串联变压器为三相变压器或三个单相变压器，串联变换器与并联变换器采用智能功率模块结构，直流母线电池组由若干个容量相同的电池串联连接组成，主静态开关、旁路静态开关分别由两个反并联的晶闸管组成，采样控制单元包括电压、电流互感器及A/D转换接口；其中A/D转换接口将一些电压、电流模拟信号转换为数字信号，以便控制单元对其分析：A/D转换接口将5路模拟输入信号送入DSP，其中：

AD1：通过所选择的电流互感器的次级引出串联变换器的输出电流，经过采样及调理电路，与运用直流电流闭环控制运算产生的电流指令信号一起，对SPWM波发生器进行调制，产生SPWM波信号，对串联变换器进行控制；

AD2：运用所选用的电流互感器，采样主电路输出电流，经过采样及调理电路，与软件产生的基准电压信号及电池电压变化量一起，经过运算产生串联变换器的电流指令信号，送入SPWM波发生器，产生SPWM波信号，对串联变换器进行控制；

AD3：由电压互感器采集到的并联变换器输出电压，经过采样及调理电路，与运用瞬时值比较法产生的电压指令信号一起，对SPWM波发生器控制，产生SPWM波信号，控制并联变换器的工作；

AD4：由电压互感器采集到的主电路输出电压，经过采样及调理电路，与主控芯片内部产生的基准正弦一起，经过瞬时值检测法运算，产生并联变换器所需的电压指令信号，送入SPWM波发生器，产生SPWM波，控制并联变换器的工作；

AD5：通过直流电压采样，与串联变换器的输出电流和主电路输出电流配合，用以产生串联变换器工作所需SPWM波的指令信号；

所述智能功率模块结构还具有保护电路，包括控制电压低闭锁、温度保护电路、过流保护及短路保护；当市电电源工作在正常范围内时，市电通过主静态开关和补偿变压器给负载供电，此时，串联变换器相当于电流源，通过串联到市电的补偿变压器对市电谐波电流和市电波动电压进行补偿，补偿电压是一个与输入市电同相或反相的电压，当市电低于额定值时，补偿一个与其同相的电压；当市电高于额定值时，补偿一个与其反相的电压，最终使输出电压稳定在额定值，并联变换器与负载并联，调节负载中的谐波电压，提供无功功率以及部分有功功率，并联变换器与负载并联，在市电掉电时，并联变换器能够无延时地转换到全功率向负载供电；系统的市电侧输入功率为

式中，

为市电输入电压

为市电串联电感电流

为串联变换器输出电压的基波分量

为市电侧串联电抗值

为市电侧串联电感值

为市电角频率；

为市电侧电流相位滞后角

为串联变换器输出电压的基波分量相对市电电压相位滞后角，

当>0时，P>0，市电向直流侧传输电能，串联变换器完成AC/DC间电能转换，即工作在整流状态；当<0，市电从直流侧吸收电能，此时串联变换器完成DC/AC间电能转换，即工作在逆变状态；当=0，市电与直流侧间仅传输维持正常工作所需要的无功功率；

在市电电压等于系统输出电压时，并且系统输出处于满载状态下和蓄电池处于满充电状态下时，仅仅由串联变换器来提供正常的市电电流，系统负载为阻性负载的时候，市电电流与负载电流相等，因为串联变压器两端的电压是零，所以串联变换器的流入或流出功率也是零，因为系统的输出电压等于市电电压，所以并联变换器处于不工作状态，即空载状态，那么负载电流由市电直接进行提供，因为系统在工作过程中没有经过电能变换，所以整个系统的功率损耗为零；

在市电电压低于系统输出电压，并且系统达到满载的时候，此时蓄电池已经处于满充电的状态下，系统就要进行串联变换，假设系统输出电压比市电电压高，为了维持输入输出功率的平衡，那么有的功率反向流过并联变换器、正向流过串联变换器，最终串联变换器产生与市电电压同相的电压；

在市电电压高于系统输出电压时，并且系统输出处于满载状态下和蓄电池处于满充电状态下时，此时串联变换器通过工作在反向/整流模式下产生与市电电压反相的电压，并联变换器通过工作在正向/逆变模式下向负载提供的功率，因此有的功率反向流过串联变换器，正向流过并联变换器，以保证系统的输出功率保持不变。

2.如权利要求1所述的不间断电源的功率补偿系统，其特征在于，消除市电中无功和谐波电流的方法为：将市电中的无功与谐波电流和从中分离出来，采用指令电流作为串联变换器的调制波指令信号，进行控制，得到与指令电流大小相同方向相反的补偿电流，从而抵消市电电流中的无功和谐波分量，使市电电流等于基波有功电流，即串联变换器作为正弦电流源运行，向交流电网注入电压，其中为谐波补偿电压，与电源谐波电压大小相等，方向相反，，其中为输入基波电压，为额定电压值，为误差值，

串联变换器作为正弦电流源时的补偿电流为

式中，为串联补偿系数，为负载电流的d轴分量

其中，

式中，为负载电压的d轴分量，为负载电压的q轴分量，为负载电流的q轴分量，为输入基波分量

调节负载中的谐波电压，提供无功功率以及部分有功功率方法为：将并联变换器作为基波正弦波电压源运行，输出与输入基波分量同相的额定值正弦波电压，同时经电容电感后输出补偿电流，

式中，为并联补偿系数，为负载电流的d轴分量

其中，

式中，为负载电压的d轴分量，为负载电压的q轴分量，为负载电流的q轴分量，为输入基波分量。