電力系統(tǒng)用三相UPS的設(shè)計

1引言

在電力系統(tǒng)中，為了保證對供電可靠性要求較高的重要設(shè)備能正常工作，發(fā)電廠、變電站均應(yīng)安裝UPS。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，對容量要求也越來越大，大容量的UPS都是三相的[1],因此對三相UPS的需求也逐漸增多。

發(fā)電廠、變電站都有直流操作電源系統(tǒng)，為了充分利用直流操作系統(tǒng)中蓄電池所存儲的能量，用于電力系統(tǒng)的UPS應(yīng)該保證能夠在直流220V/110V輸入情況下輸出所需交流電能，這就要求用于電力系統(tǒng)的UPS有很寬的電壓輸入范圍，一般為100V～300V。

在電力系統(tǒng)中，通常要求交、直流供電系統(tǒng)能保證良好的隔離，因此要求UPS系統(tǒng)帶輸出隔離變壓器。因為直流母線的220V輸入電壓經(jīng)SPWM逆變器后不能得到220V的交流輸出，所以采用輸出隔離工頻變壓器進行升壓后再輸出。

此外，電力系統(tǒng)發(fā)電廠、變電站內(nèi)向外發(fā)送電磁干擾的噪聲源較多。由于電動機、繼電器、輸配電線等都可能會產(chǎn)生電磁干擾，所以要求用于電力系統(tǒng)的UPS具有很強的抗干擾能力。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

與一般的UPS不同的是，用于電力系統(tǒng)的UPS內(nèi)不再含有電池，從直流母線輸入220V/110V電壓。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。輸入接直流母線和三相四線380V市電，輸出為穩(wěn)壓穩(wěn)頻的三相380V正弦交流。用于電力系統(tǒng)的三相UPS主電路包括：整流器、起動電路、三相逆變器、三相隔離變壓器、靜態(tài)開關(guān)和濾波器等。

整流器將三相交流市電轉(zhuǎn)換為直流電壓，起動電路對直流上電過程進行限流，防止起動過程的大電流沖擊損壞器件；三相逆變器把直流輸入變換為穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的三相正弦交流輸出；三相逆變器的輸出經(jīng)三相隔離變壓器升壓，并通過LC低通濾波器進行平滑濾波，濾除高頻諧波，然后經(jīng)靜態(tài)開關(guān)接到輸出。三相隔離變壓器有兩個作用：一是升壓，將三相逆變器輸出的相電壓由110V變換為220V。二是隔離，將逆變器與負載隔離，這可以對負載變化起到緩沖作用，也使負載上無直流電流分量；靜態(tài)開關(guān)用以實現(xiàn)市電旁路輸出和逆變器輸出之間的切換；輸入輸出端的EMI濾波器用于抑制電磁干擾信號，具雙向隔離作用。

2.1三相SPWM逆變器

圖1主電路結(jié)構(gòu)圖

圖2經(jīng)典的三相逆變器主電路

圖3適應(yīng)三相不平衡負載的三相逆變器

圖4靜態(tài)開關(guān)的連接