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华为UPS逆变电源的并联控制技术综述

发布日期:2021-03-20 作者:admin 点击:

<1简介

不间断电源(UPS)越来越多地用于为重要设备(如计算机系统、通信系统和医院设备)提供恒定的电压和频率。如果要扩展系统容量,可以使用大容量UPS或小容量UPS并联。由于初始投资和安装困难(如尺寸、重量和系统可靠性),前一种方法是不切实际的。相比之下,后一种方法相对容易实现,以扩展系统容量并使其冗余。

常见的冗余供电方式有主从式供电系统,两个或两个以上的UPS逆变模块通过系统控制柜并联,再由外部供电;每个UPS电源单元模块直接设计成分布式逻辑电源方案通过并行功能。无论哪种方式,在正常运行期间,负载电流将均匀分布在每个UPS电源模块中。在运行中,如果其中一个UPS电源模块发生故障,并联系统将自动使故障的UPS电源模块和负载离线。此时,所有负载将由剩余的UPS电源模块平均分配。这样,UPS电源可以保证始终向用户提供高质量的电源,而不会造成大小干扰和电源时间中断。显然,这种供电系统的使用大大提高了UPS供电系统的可靠性。

要实现UPS并联,需要完成以下两个任务:(1)每个UPS输出电压的幅值、频率和相位应相同(2) 在输出电压同步的情况下,总负载电流应在各ups之间均匀分布,以达到负载分担的目的。
2UPS并联控制方式

UPS并联按其连接方式一般分为集中控制、主从控制、分散逻辑控制、3C(循环链控制)连接控制和非互联控制。

(1) 集中控制

集中控制分为直接集中控制和间接集中控制。在直接集中控制模式下,并联单元检测电源的频率和相位,并向每个UPS发送同步脉冲。当无市电时,由晶体振荡器产生同步脉冲,由各UPS单元的锁相环控制,保证各单元的输出电压同步。并联元件还检测负载的总电流,然后将并联元件的数量除以每个元件的电流参考值,并将其与该元件的电流进行比较,以找出偏差并将其最小化。但是,由于检测误差,实际输出电压相位仍可能存在误差。为了消除这一缺陷,可以采用间接集中控制。此方法使用计算的电流误差ΔI和输出电压VOΔP和ΔQ、 在哪里ΔP用作相位补偿量,并且Δ采用Q作为电压幅值补偿量,进一步提高了并联运行的精度。

但由于系统仍采用集中控制单元,如果控制单元发生故障,整个并联UPS系统将瘫痪,故障点只有一个,无法真正实现高可靠性和真正的冗余。因此,目前的并行系统很少使用这种方法。

(2) 主从控制

主从式控制方式是在各个模块上实现并联控制单元,在工作模式下通过选择开关选择UPS作为主控单元,其他单元作为从控单元。每个电源单元将检测网络状态信号线,并通过其内部主从标志控制开关K的闭合。当系统中的一个单元出现故障时,其余单元仍可工作。当主机发生故障时,可以切换另一台UPS继续作为主机正常运行系统。通常,一个主UPS处于电压控制模式,另一个处于电流控制模式。

这样,虽然提高了同步信号的可靠性,并且仍然用于共聚焦同步信号,但是在切换过程中同步信号的丢失可能使模块失效,并且切换控制电路的复杂性也可能影响系统的正常工作,从而影响系统的正常运行。由于整个系统的性能,所以主从并联控制系统不是一个理想的并联冗余系统。
(3) 分布式并行逻辑控制

分布式逻辑控制是在控制逆变电源并联时对电源模块进行控制,检测其有功和无功功率通过总线并联传输到其他模块。同时,功率模块本身也接收来自其他模块的有功功率信号合成。判断、确定模块的有功功率基数,确定各模块的电压和同步信号(频率和相位参考值)。

分布式逻辑控制技术是一种独立的并行控制方法。它采用了一种控制策略,将各个功率模块中的电流和频率信号进行综合,得到各个频率和电压的补偿信号。这样,就可以实现真正冗余的并行操作。当一个模块退出失败时,不会影响其他模块的并行操作。它在许多领域得到了广泛的应用,已成为计算机控制系统发展的主要方向之一。它是一种比较完整的分布式智能控制技术。然而,当多个模块并联连接时,互连的数量更多,信息量更大,实现更复杂。

(4) 3C(环形链控制)连接

3C型并联的思想是减少互连和信号传输的数量,以减少对其他模块的依赖。将第一逆变器的输出电流反馈信号加到第二逆变器的控制回路中,然后将第二逆变器的输出电流反馈信号加到第三逆变器中并依次连接。最后一个逆变器的输出电流反馈信号返回到第一个逆变器的控制回路,使并联系统在信号上形成环形结构,并在功率输出上形成并联关系。

3C方案将其他模块信号引入控制回路,增强模块间的影响,使得传统方案难以控制。因此,H∞ 为了解决稳定性问题,通常采用理论设计控制器。在文献中,每个逆变器通过PI控制以获得快速的动态响应,而鲁棒控制则用于获得多模块逆变器的鲁棒性,从而减少了逆变器之间的相互作用。与以前的方案相比,3C并行方案只引入一个模块的电流信号,不需要模拟信号的平均电路,也不需要知道并行模块的个数。然而,该控制器结构复杂,设计难度大。主要由数字控制系统实现,成本高。另外,控制器采用H∞ 方法,控制器阶数过高,难以实现。
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