本發(fā)明涉及ups，具體是一種基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運(yùn)行soc均衡控制方法。

背景技術(shù)：

1、并聯(lián)運(yùn)行是分布式ups(不間斷電源系統(tǒng))主要的運(yùn)行形式，以此方式可解決集中式ups無(wú)法應(yīng)對(duì)單點(diǎn)故障、可靠性低的問(wèn)題。當(dāng)多個(gè)分布式ups并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，各ups中后備電池荷電狀態(tài)soc差異將會(huì)使電池充電/放電電流或功率不盡相同，其中一部分后備電池可能會(huì)發(fā)生過(guò)度充電或深度放電的情況，不僅會(huì)縮短ups整體使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至可能因?yàn)榫植繜狳c(diǎn)的出現(xiàn)引起火災(zāi)發(fā)生，影響數(shù)據(jù)中心的安全運(yùn)行。此外，由于soc差異，后備電池放電為負(fù)載提供不間斷供電期間，荷電狀態(tài)較低的電池在短時(shí)間放電后可能會(huì)因達(dá)到放電極限而使其本地負(fù)載被迫宕機(jī)，降低ups整體的后備電池可用容量及利用率，不利于數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)整體的供電可靠性。因此，有必要對(duì)并聯(lián)運(yùn)行的分布式ups進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)多個(gè)ups中后備電池荷電狀態(tài)的均衡管理。

2、現(xiàn)有傳統(tǒng)ups的soc均衡控制均是針對(duì)常規(guī)全功率變換器型ups，常采用傳統(tǒng)下垂控制方法，在面對(duì)容量小的系統(tǒng)時(shí)穩(wěn)壓效果良好，但傳統(tǒng)下垂控制存在輸出電流均衡度偏差大和直流電壓跌落兩個(gè)缺點(diǎn)，使得soc值均衡的適應(yīng)性和精度較差。在下垂控制的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究又提出了基于冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、雙曲函數(shù)等多種復(fù)雜函數(shù)的soc均衡控制方法，但這些方法也均適用于常規(guī)全功率變換器型ups。針對(duì)基于部分功率變換器的模塊化ups(modularizedpartialpowerconverterbasedups，mppc-ups)，尚缺乏其并聯(lián)運(yùn)行下的soc均衡控制方法。基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運(yùn)行soc均衡控制將成為影響其進(jìn)一步推廣應(yīng)用的重要因素之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運(yùn)行尚缺乏soc均衡控制方法繼而可能導(dǎo)致ups后備電池充電/放電電流或功率差異大導(dǎo)致局部熱點(diǎn)或局部宕機(jī)發(fā)生的問(wèn)題，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運(yùn)行soc均衡控制方法。

2、本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運(yùn)行soc均衡控制方法，基于部分功率變換器的模塊化ups記為mppc-ups，具有k個(gè)mppc-ups模塊并聯(lián)于公共的直流母線，各mppc-ups模塊中直流ict負(fù)載大小不同，后備電池的荷電狀態(tài)不同，所有后備電池的結(jié)構(gòu)相同，該控制方法包括以下兩部分：

4、(1)電池恒流充電控制(處于并網(wǎng)模式)下的soc均衡控制：控制目標(biāo)是在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)各并聯(lián)mppc-ups模塊的電池之間soc的均衡；

5、以mppc-ups模塊中電池實(shí)際的socj數(shù)值來(lái)計(jì)算電池充電電流參考值表達(dá)式為：

6、

7、式中：imbat,max表示mppc-ups模塊內(nèi)電池允許的最大充電電流；ksoc,c表示在電池恒流充電控制下的soc均衡系數(shù)；socmin和socmax分別表示電池運(yùn)行時(shí)允許的soc下限值和上限值，所有電池相同；j取值為1～k的整數(shù)，k為大于1的整數(shù)；

8、所述電池恒流充電控制下的soc均衡系數(shù)為：

9、

10、將電池充電電流參考值代入mppc-ups模塊的電池恒流充電控制中實(shí)現(xiàn)多個(gè)并聯(lián)mppc-ups模塊中電池soc的均衡；

11、(2)負(fù)載恒壓控制(處于離網(wǎng)模式)下的soc均衡控制：其控制目標(biāo)是在離網(wǎng)模式時(shí)實(shí)現(xiàn)各并聯(lián)mppc-ups模塊的電池之間soc的均衡；

12、根據(jù)mppc-ups模塊中電池實(shí)際的socj數(shù)值來(lái)計(jì)算負(fù)載電壓參考值表達(dá)式為：

13、

14、式中：vmload,min和vmload,max分別表示mppc-ups模塊中負(fù)載電壓允許的最小值、最大值；ksoc,v表示在負(fù)載恒壓控制下的soc均衡系數(shù)；

15、所述負(fù)載恒壓控制下的soc均衡系數(shù)為：

16、

17、將負(fù)載電壓參考值代入mppc-ups模塊的負(fù)載恒壓控制中實(shí)現(xiàn)多個(gè)并聯(lián)mppc-ups模塊中電池soc的均衡。

18、進(jìn)一步地，電池恒流充電控制的表達(dá)式為：

19、

20、式中：imload為直流負(fù)載電流實(shí)際值；idif,ref為t節(jié)點(diǎn)橫向支路電流參考值；idif為t節(jié)點(diǎn)橫向支路電流實(shí)際值；dmc,ref為雙有源全橋dc/dc變換器的移相占空比參考值；kmc,pj、kmc,ij分別為電池恒流充電控制的比例積分控制器pimc的比例系數(shù)和積分系數(shù)；s為拉普拉斯算子；

21、負(fù)載恒壓控制的表達(dá)式為：

22、

23、式中：dmv,refj表示第j個(gè)mppc-ups模塊的移相占空比參考值，vm1,j表示第j個(gè)mppc-ups模塊與負(fù)載相連端口的電壓實(shí)際值，kmv,pj和kmv,ij分別表示第j個(gè)mppc-ups模塊負(fù)載恒壓控制的比例系數(shù)和積分系數(shù)。

24、進(jìn)一步地，所述mppc-ups模塊包括部分功率變換器、后備電池、直流負(fù)載，其中部分功率變換器由雙有源全橋dc/dc變換器、電感l(wèi)m1和電感l(wèi)m2連接構(gòu)成，雙有源全橋dc/dc變換器由全橋fbm1、全橋fbm2和高頻隔離變壓器構(gòu)成；

25、直流母線正極經(jīng)過(guò)電感l(wèi)m1連接直流負(fù)載正極，直流負(fù)載負(fù)極連接后備電池正極，直流負(fù)載負(fù)極和后備電池正極之間的連接點(diǎn)記為t節(jié)點(diǎn)，后備電池負(fù)極與直流母線負(fù)極連接；直流母線正極經(jīng)過(guò)電感l(wèi)m1連接全橋fbm1正極，全橋fbm1負(fù)極經(jīng)過(guò)電感l(wèi)m2連接到t節(jié)點(diǎn)，從而形成直流母線、電感l(wèi)m1、全橋fbm1、電感l(wèi)m2和后備電池串聯(lián)的支路，與此同時(shí)全橋fbm1也與直流負(fù)載形成并聯(lián)連接的關(guān)系；全橋fbm2正極經(jīng)過(guò)電感l(wèi)m2連接到t節(jié)點(diǎn)，其負(fù)極連接后備電池負(fù)極。

26、本發(fā)明所提供的上述基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運(yùn)行soc均衡控制方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，所具有的優(yōu)點(diǎn)與積極效果在于：

27、(1)填補(bǔ)了針對(duì)基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運(yùn)行下的soc均衡控制方法的技術(shù)的空缺，能夠?qū)崿F(xiàn)ups并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)中的后備電池的均衡管理，避免了因后備電池充電/放電電流或功率差異大導(dǎo)致局部熱點(diǎn)或局部宕機(jī)的發(fā)生，促進(jìn)提升所有并聯(lián)運(yùn)行mppc-ups的整體利用率，延長(zhǎng)后備電池使用壽命；

28、(2)實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單、可靠，每個(gè)mppc-ups并聯(lián)模塊僅采集本地信息即可實(shí)現(xiàn)均衡，無(wú)需進(jìn)行mppc-ups并聯(lián)模塊之間的通信；

29、(3)在mppc-ups的電池恒流充電控制和負(fù)載恒壓控制時(shí)分別采用不同的均衡控制方法，不同運(yùn)行模式下采用不同的均衡方法，多工況運(yùn)行適應(yīng)性強(qiáng)；

30、(4)當(dāng)不同模塊中電池soc計(jì)算存在誤差時(shí)，其只會(huì)影響電池充電/放電速率，影響soc均衡時(shí)間的長(zhǎng)短，但不會(huì)影響soc均衡的精確度，利于提高數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)整體的供電可靠性和后備電池的利用率。

技術(shù)特征：

1.一種基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運(yùn)行soc均衡控制方法，其特征在于，基于部分功率變換器的模塊化ups記為mppc-ups，具有k個(gè)mppc-ups模塊并聯(lián)于公共的直流母線，各mppc-ups模塊中直流ict負(fù)載大小不同，后備電池的荷電狀態(tài)不同，所有后備電池的結(jié)構(gòu)相同，該控制方法包括以下兩部分：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運(yùn)行soc均衡控制方法，其特征在于，電池恒流充電控制的表達(dá)式為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運(yùn)行soc均衡控制方法，其特征在于，所述mppc-ups模塊包括部分功率變換器、后備電池、直流負(fù)載，其中部分功率變換器由雙有源全橋dc/dc變換器、電感l(wèi)m1和電感l(wèi)m2連接構(gòu)成，雙有源全橋dc/dc變換器由全橋fbm1、全橋fbm2和高頻隔離變壓器構(gòu)成；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了基于部分功率變換器的模塊化UPS并聯(lián)運(yùn)行SOC均衡控制方法，旨在解決基于部分功率變換器的模塊化UPS并聯(lián)運(yùn)行尚缺乏SOC均衡控制方法繼而可能導(dǎo)致UPS后備電池充電/放電電流或功率差異大導(dǎo)致局部熱點(diǎn)或局部宕機(jī)發(fā)生的問(wèn)題，促進(jìn)提升UPS并聯(lián)運(yùn)行的整體利用率，延長(zhǎng)UPS中后備電池使用壽命。在MPPC?UPS采用電池恒流充電控制時(shí)，采用SOC<subgt;charge</subgt;均衡控制方案，根據(jù)后備電池實(shí)時(shí)SOC變化來(lái)改變充電電流參考值，以實(shí)現(xiàn)后備電池充電狀態(tài)下的SOC均衡；在MPPC?UPS采用負(fù)載恒壓控制時(shí)，采用SOC<subgt;discharge</subgt;均衡控制方案，根據(jù)后備電池實(shí)時(shí)SOC變化來(lái)改變負(fù)載電壓參考值，間接改變后備電池放電電流以實(shí)現(xiàn)后備電池放電狀態(tài)下的SOC均衡。

技術(shù)研發(fā)人員：李峰,孫子逸,李曉緣
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19