UPS逆變模塊的Nm冗余并聯(lián)結(jié)構(gòu)和均流

2.1.1 監(jiān)控均流母線對(duì)地短路故障的措施

均流母線工作正常時(shí)電壓U_B為一定值，且等于各模塊電流I_k檢測(cè)信號(hào)電壓U_Ik的平均值；而均流母線短路時(shí)其電壓U_B=0，利用這個(gè)特點(diǎn)，在均流電路中接一個(gè)均流母線電壓檢測(cè)電路，就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)母線短路故障。檢測(cè)電路如圖5所示，它由光耦、繼電器和聲光報(bào)警器組成。

圖5 均流母線對(duì)地短路報(bào)警信號(hào)

2.1.2 任一模塊不工作時(shí)的監(jiān)控措施

模塊失效時(shí)，其輸出電流也為零，相應(yīng)的模塊電流I_k檢測(cè)信號(hào)電壓U_Ik=0，即圖6中a點(diǎn)電壓等于零。因此，在整流放大器的輸出端接一個(gè)電壓檢測(cè)電路，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊失效的監(jiān)控。監(jiān)控電路如圖6所示，它由光耦、繼電器和聲光報(bào)警器組成。模塊正常工作時(shí)，U_Ik>0，光耦導(dǎo)通，繼電器K工作，K的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，均流采樣電阻R接入母線，K的常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，報(bào)警器不工作；當(dāng)模塊失效時(shí)，U_Ik=0，光耦截止，K失電，K的常開(kāi)接點(diǎn)斷開(kāi)，模塊與母線隔離，保證了其他模塊不下調(diào)，K的常閉接點(diǎn)閉合，報(bào)警器工作，告知用戶該模塊失效。

圖6 模塊失效監(jiān)控電路

2.2 民主均流法

民主均流（democratic）法或稱自治（autonomous）法是另一種自動(dòng)均流法，它是按最大電流（highest current）自動(dòng)均流的，這種均流法也有人將其稱作自動(dòng)民主均流法。其電路是在圖4所示的自動(dòng)均流法電路中，將采樣電阻換成二極管而成的。二極管的正端接在a點(diǎn)上，負(fù)端接在b點(diǎn)上，由于N個(gè)二極管的負(fù)極都接在了均流母線上，處于相同的電位，則N個(gè)并聯(lián)模塊中只有輸出電流最大的那個(gè)模塊的負(fù)載電流檢測(cè)信號(hào)電壓U_Ik最高。因此，也只有輸出電流最大的那個(gè)模塊，才能使與它連接的二極管導(dǎo)通，導(dǎo)通后使均流母線上的電壓U_B=U_Ik，其他的二極管因受反偏置而截止。與截止二極管對(duì)應(yīng)的模塊，就以均流母線上的電壓為基準(zhǔn)來(lái)調(diào)整各自的輸出電流，從而實(shí)現(xiàn)均流。

從以上分析可知，民主均流法實(shí)質(zhì)上是在N個(gè)并聯(lián)的模塊中，輸出電流最大的模塊將自動(dòng)成為主模塊，其余的模塊則成為從模塊，各個(gè)從模塊的電壓誤差依次被整定，以調(diào)節(jié)負(fù)載電流分配的不均衡。由于N個(gè)并聯(lián)的模塊中，事先沒(méi)有人為設(shè)定哪個(gè)模塊為主模塊，而是按輸出電流的大小隨機(jī)排序，輸出電流大的模塊自動(dòng)成為主模塊，所以人們稱此種均流法為自動(dòng)民主均流法，或民主自動(dòng)主從設(shè)定均流法。民主均流法（即按最大電流自動(dòng)均流）的原理框圖如圖7所示。圖中模塊k的電流檢測(cè)信號(hào)U_Ik經(jīng)過(guò)一個(gè)二極管接到均流母線上，均流母線上的電壓U_B=max│U_Ik，k=1，2，……，N│反映N個(gè)并聯(lián)模塊中最大的一個(gè)模塊電流。均流控制器SC_k的輸入是最大的模塊電流與各從模塊電流的差值。以N=2為例，假定模塊1的輸出電流大于模塊2的輸出電流，則U_I1>U_I2，U_I1使二極管VD₁導(dǎo)通，U_B=U_I1。由于U_I2U_B=U_I1，所以二極管VD₂截止。SC₁的輸出電壓U_c1=0，SC₂的輸出電壓U_c2=＋U_c2，＋U_c2使模塊2的基準(zhǔn)電壓增大，并使模塊2的輸出電流增加，達(dá)到均流目的，此時(shí)，U_I1=U_I2=U_B，I₁=I₂=I_L/2。

（a） 電路框圖

（b） 電壓跟隨器電路圖

圖7 民主均流法的原理電路框圖

在正常情況下，各模塊的輸出電流是相等的，如果由于某個(gè)原因使模塊k的輸出電流突然增大，則模塊k自動(dòng)成為主模塊，其他的N－1個(gè)模塊自動(dòng)成為從模塊。這時(shí)U_B=U_Ik>U_Im，各個(gè)從模塊U_Im（m=1，2，……，k－1，k＋1，……，N）與U_B（即U_Imax）比較后，通過(guò)SC_m調(diào)整基準(zhǔn)電壓U_rk，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)均流。

以上是假定二極管是理想器件，即它的正向壓降等于零。實(shí)際上二極管是有正向壓降的，這個(gè)正向壓降對(duì)從模塊的均流精度雖無(wú)影響，但對(duì)主模塊的均流精度影響較大。為了克服二極管正向壓降對(duì)主模塊均流精度的影響，可以用圖7（b）所示的電壓跟隨器（或稱單向緩沖器buffer）來(lái)代替二極管。

3 均流的實(shí)現(xiàn)

以民主均流為例，來(lái)說(shuō)明UPS模塊的均流并聯(lián)運(yùn)行。

3.1 模塊的電路結(jié)構(gòu)

單個(gè)模塊的電路結(jié)構(gòu)如圖8所示。主電路是由全橋逆變器和交流濾波器L_F及C_F組成，控制電路可以采用以基準(zhǔn)電壓U_rk為基準(zhǔn)進(jìn)行穩(wěn)壓控制的任何形式的PWM控制電路。

圖8 單個(gè)模塊的電路組成