本發(fā)明涉及不間斷電源(UPS)，特別是一種增強(qiáng)UPS在油機(jī)旁路運(yùn)行時(shí)鎖相性能的方法。

背景技術(shù)：

對(duì)UPS并機(jī)系統(tǒng)而言，如圖1和圖2所示，一般的系統(tǒng)配電連接方式可分為主路旁路不同源和主路旁路同源兩種接法。不管是那種接法都可能出現(xiàn)市電掉電，負(fù)載由油機(jī)旁路供電的情況，如果油機(jī)容量不夠大，或者油機(jī)質(zhì)量不太好，或者負(fù)載對(duì)油機(jī)的污染比較大，在給負(fù)載供電時(shí)油機(jī)輸出電壓幅值和頻率會(huì)發(fā)生很大的變化，會(huì)導(dǎo)致逆變器跟蹤不上旁路電壓，無法完成旁路切換回逆變的動(dòng)作。在電網(wǎng)來電之后，對(duì)于如圖1所示的主旁不同源的系統(tǒng)來說，如果當(dāng)前是油機(jī)旁路供電，我們需要將油機(jī)旁路供電切換到市電逆變供電狀態(tài)，一是可以執(zhí)行手動(dòng)將開關(guān)ATS1切換到市電側(cè)，這樣輸出會(huì)存在掉電風(fēng)險(xiǎn)(目前的ATS切換動(dòng)作都需要幾個(gè)市電周期的掉電時(shí)間)；二是可以執(zhí)行旁路切換逆變的動(dòng)作，但如果此時(shí)逆變器沒有跟蹤好旁路，就無法執(zhí)行不間斷切逆變的動(dòng)作，而如果強(qiáng)制切換回逆變，最少也存在半個(gè)周期以上的掉電風(fēng)險(xiǎn)(因逆變器要等旁路SCR完全關(guān)斷之后再轉(zhuǎn)到逆變供電)。對(duì)于如圖2所示的主旁同源的系統(tǒng)來說，也存在一樣的問題。

造成UPS逆變器鎖不上油機(jī)旁路相位的原因，一是在惡劣情況下油機(jī)帶大負(fù)載時(shí)的電壓幅值和頻率變化率太快了，二是UPS的鎖相跟蹤速率比較慢，特別是UPS并機(jī)時(shí)速度會(huì)更慢。目前的UPS并機(jī)系統(tǒng)的鎖相速率已經(jīng)提高到0.5Hz/s，之前的機(jī)器還遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)速率。但即使是目前這樣的鎖相跟蹤速率，在一些惡劣情況下還是無法鎖定旁路相位。

如圖3所示，在UPS并機(jī)系統(tǒng)中，為提高并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性，一般采用分散邏輯控制的并聯(lián)結(jié)構(gòu)。這種方式可以實(shí)現(xiàn)真正的N+1并聯(lián)，在有一個(gè)模塊故障退出時(shí)，并不影響其它模塊的并聯(lián)運(yùn)行。UPS并機(jī)系統(tǒng)中一般采樣用二級(jí)鎖相來提高鎖相精度和可靠性，其中一級(jí)鎖相模塊PLL1用來鎖定輸入電源信號(hào)(市電或油機(jī))或是本振信號(hào)，當(dāng)市電由正常變化到異常 或是由異常變化到正常時(shí)，確保其輸出頻率可以平穩(wěn)的切換。二級(jí)鎖相模塊PLL2跟蹤一級(jí)鎖相模塊的輸出，使各逆變器的輸出電壓相位跟蹤共同的一級(jí)鎖相模塊的輸出。

在二級(jí)鎖相中，一、二級(jí)鎖相模塊的要求是不一致的。一級(jí)鎖相模塊應(yīng)確保輸出指令緩慢的變化，二級(jí)鎖相模塊要確保跟蹤一級(jí)鎖相模塊輸出的快速性，故跟蹤速度要求快，但由于有并機(jī)均流的影響，過快的速率又會(huì)影響均流環(huán)的穩(wěn)定性，這樣二級(jí)鎖相模塊的跟蹤速率也要減慢。

由于均流環(huán)的影響，鎖相環(huán)速度不可做得很快，這就出現(xiàn)了在旁路比較差時(shí)逆變器鎖不定旁路相位的問題。即UPS旁路運(yùn)行，如果油機(jī)帶載較重，旁路頻率的變化率和THDU將會(huì)很大，使得系統(tǒng)相位無法鎖定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種增強(qiáng)UPS在油機(jī)旁路運(yùn)行時(shí)鎖相性能的方法，有利于在惡劣情況下鎖定旁路相位，同時(shí)避免影響均流環(huán)的穩(wěn)定性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種增強(qiáng)UPS在油機(jī)旁路運(yùn)行時(shí)鎖相性能的方法，包括以下步驟：

監(jiān)測(cè)UPS并機(jī)系統(tǒng)是處于逆變運(yùn)行狀態(tài)還是處于旁路運(yùn)行狀態(tài)；

當(dāng)所述UPS并機(jī)系統(tǒng)處于逆變運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，使逆變器按照第一鎖相速度運(yùn)行；

當(dāng)所述UPS并機(jī)系統(tǒng)處于旁路運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，使逆變器按照第二鎖相速度運(yùn)行，所述第二鎖相速度大于所述第一鎖相速度。

進(jìn)一步地：

所述第一鎖相速度和所述所述第二鎖相速度滿足以下關(guān)系：K_fast＝a*K_normal，其中K_fast為所述第二鎖相速度，K_normal為所述第一鎖相速度運(yùn)，a為預(yù)設(shè)的速度增大倍數(shù)。

較佳地，a的取值范圍為2～6。

最優(yōu)地，a為4。

可以通過在由逆變運(yùn)行狀態(tài)切換到旁路運(yùn)行狀態(tài)時(shí)調(diào)整UPS并機(jī)系統(tǒng)的鎖相環(huán)的控制參數(shù)，來進(jìn)行所述第一鎖相速度和所述第二鎖相速度之間的切換。

較佳地，通過調(diào)整UPS并機(jī)系統(tǒng)的鎖相環(huán)的PI參數(shù)，來進(jìn)行所述第一鎖相速度和所述第二鎖相速度之間的切換。

所述UPS并機(jī)系統(tǒng)的主路與旁路不同源或同源。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提出一種增強(qiáng)UPS在油機(jī)旁路運(yùn)行時(shí)鎖相性能的方法，當(dāng)UPS系統(tǒng)處于逆變運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，使逆變器按照較小的第一鎖相速度運(yùn)行，當(dāng)UPS系統(tǒng)處于旁路運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，使逆變器按照較大的第二鎖相速度運(yùn)行，通過在旁路供電時(shí)對(duì)逆變器采用較大的鎖相速度，來增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)旁路信號(hào)的鎖相能力，從而有效克服UPS油機(jī)旁路運(yùn)行而旁路電源質(zhì)量較差時(shí)，由于電壓快速波動(dòng)等原因引起的相位鎖不定問題，提高了UPS在旁路運(yùn)行時(shí)對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力。同時(shí)，由于逆變供電時(shí)是以相對(duì)較小的第一鎖相速度運(yùn)行，鎖相速度不用很快，又能避免影響均流環(huán)的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)具體可體現(xiàn)在以下方面：

一、解決了并機(jī)系統(tǒng)旁路油機(jī)運(yùn)行時(shí)由于電壓變化率較快系統(tǒng)相位無法鎖定的問題，提高了UPS并機(jī)系統(tǒng)對(duì)油機(jī)的適應(yīng)能力；

二、基于這樣控制，旁路和逆變可以進(jìn)行平滑的切換，極大的降低了切換的風(fēng)險(xiǎn)；

三、旁路切換到逆變后鎖相速率立即切換正常速率，確保并機(jī)逆變運(yùn)行的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)的一種UPS并機(jī)系統(tǒng)配電連接圖(UPS系統(tǒng)主旁不同源)；

圖2為傳統(tǒng)的另一種UPS并機(jī)系統(tǒng)配電連接圖(UPS系統(tǒng)主旁同源)；

圖3為傳統(tǒng)的分散邏輯控制的UPS并機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖4為本發(fā)明增強(qiáng)UPS在油機(jī)旁路運(yùn)行時(shí)鎖相性能的方法一種實(shí)施例的流程圖；

圖5為典型的鎖相環(huán)(PLL)控制結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

參閱圖4，在一種實(shí)施例中，一種增強(qiáng)UPS在油機(jī)旁路運(yùn)行時(shí)鎖相性能的方法，包括以下步驟：

監(jiān)測(cè)UPS并機(jī)系統(tǒng)是處于逆變運(yùn)行狀態(tài)還是處于旁路運(yùn)行狀態(tài)；

當(dāng)UPS并機(jī)系統(tǒng)處于逆變運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，使逆變器按照第一鎖相速度K_normal運(yùn)行,即逆變器的鎖相速度K_Pll＝K_normal；

當(dāng)UPS并機(jī)系統(tǒng)處于旁路運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，使逆變器按照大于第一鎖相速度K_normal的第二鎖相速度K_fast運(yùn)行，即逆變器的鎖相速度 K_Pll＝K_fast。

考慮到UPS并機(jī)系統(tǒng)在旁路運(yùn)行時(shí)，逆變器是不輸出給負(fù)載供電的，也就是說逆變器的并機(jī)均流環(huán)是不起作用的，本發(fā)明利用這一特點(diǎn)，將鎖相速度進(jìn)行分離控制，將并機(jī)系統(tǒng)在旁路運(yùn)行時(shí)的鎖相速率提升到K_fast，在并機(jī)系統(tǒng)切回逆變運(yùn)行時(shí)再將鎖相速率K_fast改為正常的并機(jī)鎖相速率K_normal。采用本發(fā)明的方法，既有利于在惡劣情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)旁路相位的鎖定，同時(shí)又能避免因?yàn)槟孀冞\(yùn)行時(shí)鎖相速率的增大而影響均流環(huán)的穩(wěn)定性。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，第一鎖相速度K_normal和第二鎖相速度K_fast滿足以下關(guān)系：K_fast＝a*K_normal，其中a為預(yù)設(shè)的速度增大倍數(shù)。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，a的取值范圍為2～6。在最優(yōu)的實(shí)施例中，a為4。

理論上來說，a的取值高時(shí)越能夠提高旁路運(yùn)行時(shí)的鎖相速度，增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)旁路信號(hào)的鎖相能力，但是實(shí)際驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)，a的取值在超過一定程度時(shí)反而會(huì)使系統(tǒng)的性能劣化，此時(shí)，逆變器的鎖相速度過高不僅會(huì)使得系統(tǒng)在旁路運(yùn)行時(shí)鎖相環(huán)不穩(wěn)定，而且在鎖相速度平滑切換時(shí)對(duì)并機(jī)均流產(chǎn)生嚴(yán)重影響，使得并機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，a的取值范圍不超過6時(shí)，可以兼顧鎖相能力的優(yōu)化和系統(tǒng)的穩(wěn)定。通過進(jìn)一步測(cè)試和分析，確定最優(yōu)的a值為4。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)谝绘i相速度K_normal和第二鎖相速度K_fast滿足K_fast＝4*K_normal時(shí)，不僅鎖相跟蹤速率高，在旁路電壓比較差時(shí)能夠非?？煽康剡M(jìn)行系統(tǒng)相位鎖定，而且也能夠完全確保鎖相環(huán)的穩(wěn)定，避免并機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。

在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，如果不將鎖相速率進(jìn)行分離控制，在并機(jī)系統(tǒng)旁路油機(jī)運(yùn)行時(shí)(帶大負(fù)載)，系統(tǒng)相位將一直鎖不定，無法進(jìn)行不間斷切換；而當(dāng)并機(jī)系統(tǒng)在旁路運(yùn)行時(shí)的鎖相速率提高為K_fast＝4*K_normal，系統(tǒng)很快就鎖定相位，自動(dòng)進(jìn)行并機(jī)系統(tǒng)旁路不間斷切逆變動(dòng)作。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)

用400KVA三相AC電源來模擬油機(jī)，后端接兩臺(tái)200KVA的并聯(lián)UPS，各帶80％的負(fù)載，AC電源的基波電壓為220V/50Hz，通過更改AC電源電壓諧波含量和頻率變化率，來觀測(cè)UPS的相位鎖定情況和鎖相環(huán)的穩(wěn)定性。發(fā)明人在a在1-10之間的范圍進(jìn)行許多取值，以各種不同工況條件進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試和對(duì)比分析。以下僅以a取典型值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，傳統(tǒng)方案和本發(fā)明典型示例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如表1至表4所示。

表1傳統(tǒng)方案的鎖相情況(a＝1，即旁路運(yùn)行狀態(tài)與逆變運(yùn)行狀態(tài)按照相同的鎖相速度)

表2本發(fā)明示例1的鎖相情況(a＝2，即旁路運(yùn)行狀態(tài)的鎖相速度為逆變運(yùn)行狀態(tài)的鎖相速度的2倍)

表3本發(fā)明示例2的鎖相情況(a＝4，即旁路運(yùn)行狀態(tài)的鎖相速度為逆變運(yùn)行狀態(tài)的鎖相速度的4倍)

表4本發(fā)明示例3的鎖相情況(a＝6，即旁路運(yùn)行狀態(tài)的鎖相速度為逆變運(yùn)行狀態(tài)的鎖相速度的6倍)

通過對(duì)比可以看到，傳統(tǒng)方案在諧波含量較低(3次、7次諧波含量達(dá)到10％，5次諧波含量達(dá)到12％)、頻率變化率較低(0.5Hz/s)的情況下即會(huì)出現(xiàn)鎖相失敗的現(xiàn)象。本發(fā)明示例1(a＝2時(shí))在與傳統(tǒng)方案同等工況的條件下均能鎖相成功，而在頻率變化率較高的情況下(2Hz/s)，雖然鎖相環(huán)能夠保持穩(wěn)定，但是會(huì)出現(xiàn)鎖相失敗的現(xiàn)象。本發(fā)明示例2(a＝4時(shí))不僅在與傳統(tǒng)方案同等工況的條件下均能鎖相成功，而且在頻率變化率較高的情況下(2Hz/s)也能鎖相成功，同時(shí)還能夠使鎖相環(huán)保持穩(wěn)定。本發(fā)明示例3(a＝6時(shí))在與傳統(tǒng)方案同等工況的條件下均能鎖相成功，在頻率變化率較高的情況下(2Hz/s)，雖然能夠鎖相成功，但是會(huì)出現(xiàn)鎖相環(huán)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。通過實(shí)測(cè)和對(duì)比分析，最終確定a的優(yōu)選值在2-6之間的范圍，a的最優(yōu)選值為4。

參見圖5所示的鎖相環(huán)(PLL)的典型控制結(jié)構(gòu)圖，在一些實(shí)施例中，可以通過在由逆變運(yùn)行狀態(tài)切換到旁路運(yùn)行狀態(tài)時(shí)調(diào)整UPS并機(jī)系統(tǒng)的鎖相環(huán)的控制參數(shù)，例如調(diào)整PI(比例積分)參數(shù)，來實(shí)現(xiàn)逆變器的鎖相速度在第一鎖相速度K_normal和第二鎖相速度K_fast之間進(jìn)行切換。圖5中，θbp為市電的瞬時(shí)相位，θinv為逆變器的瞬時(shí)相位，PI為比例積分 環(huán)節(jié)，Wff為檢測(cè)電壓的中心頻率，LMT1和LMT2為限幅環(huán)節(jié)，△W為LMT1環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)，W為Wff和W的和信號(hào)，2π/S為積分環(huán)節(jié)。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對(duì)這些已描述的實(shí)施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。