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摘要
摘要:
本文介绍了一种分析和设计多个反馈回路控制单相电压源向带有LC过滤(UPS)逆变器的不间断电能供应项目。
控制项目在当前传感电容负载过滤器和使用它在内部反馈环路的基础上实现的。
一个外部电压反馈环路也要纳入,以确保负载电压是正弦和被良好的监管。
一般状态空间的UPS系统的首先派生和建立稳定的稳定静态工作点。
一个线性小信号动态模型来自从系统的开发扰动和小信号近似总体模型。
“线性系统模型用来检查增量电源电路的动态,并选择适当的反馈变量闭环来保证UPS系统的稳定运行。
UPS的一个实验室模型实验验证根据拟议的闭环操作的系统提供线性和非线性负载。
结果表明,控制项目提供超过现有的项目。
它是能够简单实现在中等负载电压波形开关频率以及合理规模的滤波器参数下产生出近乎完美的正弦波。
此外,该方案具有良好的动态响应和直流电源电压利用率高。
引言
不间断电源供应系统(UPS)常常用于连接如计算机和通信等关键负载系统的实用系统。
UPS逆变器的输出电压的正弦波形的总谐波失真度应该降到最小。
这通常是通过雇用结合脉冲宽度调制(PWM)计划和二阶在逆变器输出滤波器。
实现一个“干净”的正弦负载电压的方法之一是采用正弦波脉宽调制(SPWM)计划研究[1],[2]。
在这种技术中,运用负载电压与参考正弦电压波形的幅度差控制逆变电源电路的调制信号。
一项更先进的技术对PWM方案进行了编程优化。
该技术基于谐波消除技术[3][4]。
这些项目被证明在非线性负载情况下执行良好。
然而非线性负载的PWM方案并不能保证低负载电压失真。
手稿收到1994年7月1日起,修订,1996年2月19日。
这项工作一部分由支持自然科学和工程技术研究理事会(NSERC)。
作者与工程和应用科学学院,纽芬兰纪念大学,加拿大,圣约翰ALB三x五。
出版商,ltem标识符小号0885-8993(96)05164-2。
为了克服这个缺点,实时反馈控制计划利用了死巡逻控制[5],[6],这技术采用了电容式电压及其衍生控制算法来计算的逆变器开关器件的电容电压的ON/OFF状态时间恰好等于在未来的参考电压采样时间。
虽然这项技术已成功实行单相和三相应用,它具有以下弊端:
1)它是复杂的实施;2)敏感参数的变化,以及3)控制算法
需要的负载参数的估计[7]。
为了实现控制计划,克服了上述缺点,电流调节控制计划中提出了DC/AC应用[8]。
在这种技术中,滤波电容的电流作为反馈在两个开关逆变电路拓扑变量来实现当前正弦电容。
一个是外部电压控制回路也被纳入为了负载电压调节和补偿来实施电流控制环路中的不完善之处。
虽然这项技术是基于正弦电容的现状,电源电路的配置和切换计划用于实施该技术生产负荷电压是正弦直流偏移的。
对UPS的应用程序来说,直流电压偏移的存在是不可接受的。
本文考察了对单相电压源电流调节半桥逆变器与二阶滤波器的适宜性。
该计划集成了一个内部的电容电流回路,一个外部电容电压环路,固定开关频率,可变占空比周期的方法产生正弦输出电压最低的谐波失真。
固定开关频率方法在逆变器产生一个定义的频谱输出,这使得它更容易设计一个电磁干扰滤波器,以防止干扰与通信电路。
论文安排如下:
第2部分规定在开环
控制下UPS系统的稳态性能。
一个为了选择适当反馈参数的程序可以提供稳定的闭环操作在第3部分。
建议中的管制策略建议在第4部分。
第5部分提出了设计程序选择内部和外部的收益反馈回路。
所提出的控制块战略,其工作原理,计算机模拟,和实验验证在第6部分.最后,结果写在第7部分。
阿卜杜勒- 拉希姆,QUAICOE:
一个多重反馈的闭环控制策略的分析与设计
图1。
单相半桥UPS逆变器
2,开环的解析模型:
系统稳态性能
图1显示了单相半桥UPS电压源逆变器电路图。
它包括负载过滤器(LF和CF)和R-L的负荷。
系统微分方程可以写成状态空间形式如
当s1是ON则s*1=1,当s1是OFF时s*1=0由于存在连续方程
(1)开关功能的S1.一个系统的学习方式
性能和表征其行为是为了解决
(1)数字和模拟在不同的系统行为经营点和系统参数。
这种方法具有计算密集型的,并提供小洞察系统的运作的劣势。
另一方面,UPS系统的一个平均时间连续模型可以通过假设
(1)得到逆变器开关频率,fs,远远高于调制信号的频率vm(t)。
因此,连续切换功能S*1可以被随时间变化的占空比D1(T)[9]取代
f其中Vt是载波的幅度
为了调制信号
通过代间断切换功能,可以得到系统的状态空间平均连续方程,S*1在
(1)中取S*1在
(2)和(3)中的平均值。
由此产生的
系统方程得到
其中M是调制指数,定义为
(4)的第一行表明,平均过程用震级M Vdc的可控的正弦电压源逆变器来替换开关功能的影响。
值得注意的是它必须在有效的线性操作范围内进行,即
假设电阻滤波电感是可以忽略不计小的平均等效UPS系统电路,如图
(2)
图2。
平均UPS系统的等效电路。
从图2得到系统稳态变量。
使用下面的相量分析
和
在
是调制的相量表示信号
和
是逆变器的稳态变量输出电流、电容电压和电流和负荷电流信号频率调制,
方程(6)- (9)给系统稳定的状态变量
负载参数和过滤器组件和代表稳态系统的静态工作点。
3.UPS系统的稳定性分析
为了确保UPS系统会产生额定负载电压,不论干扰,如在输入电源电压的变化,在扰动开关时间和实时反馈控制计划的负载。
然而,成功实施实时反馈控制方案,电源电路增量动力学研究与选拔适当反馈变数。
据推测,
在控制信号的增量变化比控制回路的带宽慢得多。
因此,准静态的方法来进行调查[l0],[ll]。
阿卜杜勒- 拉希姆和QUAICOE:
一个多重反馈的闭环控制策略的分析与设计
图14拟议的UPS系统的实验结果喂养全桥整流的R-L的负载。
这一数字表明,该系统表现出非常快的动态.具有优良的负载从空载电压调节的响应.。
满负荷与负载电压的变化很小,在申请满载点,表明控制计划,确保了“僵硬”的负载电压。
显示系统的性能与非线性负载图。
被评为全桥的非线性负载整流喂养负载RL(r=20.0R和L=16.0MH)。
负载电流通过观察压降在整个负载电阻,使用及衰减示波器探头。
Fig12-14表明,拟议的管制计划能够提供线性和非线性负载,在卓越的电压调节和最小失真负载电压情况下。
VII结论
多重反馈回路单相控制策略下,电压源UPS系统的文件已被描述。
开环控制策略下的系统性能首先研究获得的稳态性能UPS系统。
电源电路增量动态然后调查评估系统的稳定性和选择适当的反馈的闭环控制变量系统。
稳定性分析表明,饲料回到控制系统内的电容电流
控制环路和外部电容器的电压反馈环路重新在UPS系统的成功运作。
提出的控制策略提供许多有吸引力的功能。
除了基本功能大多数的反馈控制系统,如不敏感,参数变化和鲁棒性,该计划是CAPABLE的生产近乎完美的正弦负载电压任何具有优良的负载电压负载功率因数调节。
该计划还具有非常快速的动态响应本身线性和非线性负载应用
纳塞尔M.Ahdel拉希姆(S'87)出生在开罗,埃及。
他从Zagazig大学电气工程专业获得了工程学士学位他又分别于1989和1995年于印度的纽芬兰纪念大学和加拿大的圣约翰大学获得硕士学位和博士学位。
从1984年到1986年,他作为一个Zagazig大学的讲师,那里是他作为电气助理教授缘起。
他目前的研究兴趣是在不间断电源和逆变器实用接口应用领域。
JohnE.Quaicoe(S’7S-M’76-SM’93)出生于Tarkwa,加纳。
他在1973年于科技技术大学获得学士学位。
又分别在1997年和1982年于加纳库马西大学和加拿大多伦多大学获得硕士学位和博士学位。
从1973年到1974年,他担任在科技大学担任助理和技术讲师,在那里他负责开发本科实验室。
后来作为博士后研究员在大学工作,研究[IO]中频Schlect:
“与主动控制线连接的逆变器出把电流波形,在电力电子专家CON$(咨询服务中心)”1980年,第234-241页。
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