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?yàn)橹绷髂妇€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(jìn)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(jī)、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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(fù)載隔離，這可以對負(fù)載變化起到緩沖作用，也使負(fù)載上無直流電流分量;靜態(tài)開關(guān)用以實(shí)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(fù)載的三相逆變器
圖4靜態(tài)開關(guān)的連接
三相PWM逆變器是要把直流輸入變換為三相正弦交流輸出，許多實(shí)際裝置中通常采用經(jīng)典的三相逆變器結(jié)構(gòu)，如圖2所示。這是由三個基本橋臂組成的三相橋式逆變器，其控制方式一般采用雙極性方式，A、B、C相通常公用一個三角載波，三相調(diào)制信號依次相差120°，各相功率開關(guān)的控制規(guī)律相同。
對于三相輸出的逆變器，三相負(fù)載的平衡是一個必須考慮的重要問題，目前性能較好的大中型UPS都要求具備三相100%不平衡的功能[2]。為了適應(yīng)三相負(fù)載不平衡的需要，三相逆變器最好采用三個單相橋分別變換，然后再把輸出按120°的相位差組合起來的方式，如圖3所示，每相各有一個單相橋式逆變器(圖3中的逆變器1～3)，每個單相橋式逆變器需用四個開關(guān)管。因此總共需要12個開關(guān)器件，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。帶來的好處是：三個單相逆變器獨(dú)立工作，其輸出互不影響，實(shí)際上三個單相逆變器并聯(lián)，只是相位不同。這樣可以允許三相負(fù)載100%不平衡，三相嚴(yán)重不平衡也不會對任一逆變器輸入產(chǎn)生影響。
本設(shè)計(jì)中選用圖3所示電路，三相各有一套獨(dú)立的SPWM波形產(chǎn)生電路，三相共用同一個來自市電的時鐘基準(zhǔn)信號AC50Hz，各相波形產(chǎn)生電路的EPROM中存放的正弦波數(shù)據(jù)相位上互差120°，從而保證得到三相同步正弦波控制信號。
圖3中各相逆變器結(jié)構(gòu)相同，為全橋逆變電路。采用高頻SPWM技術(shù)，功率開關(guān)管選用IGBT,開關(guān)頻率為30kHz。通過正弦波控制信號與三角波比較的方法，得到基波為50Hz的SPWM波，再經(jīng)濾波器濾除高頻，可輸出低失真的50Hz正弦波。
