基于直流隔离单元的单相高频delta变换ups的研究

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1、基于直流隔离单元的单相高频Delta变换UPS的研究基于直流隔离单元的单相高频Delta变换UPS的研究摘要本文提出了一种新型的单相高频Delta变换UPS的拓扑结构，该结构直流单元采用双向全桥DC-DC变换器来进行系统和装置间的隔离以取代传统工频变压器隔离的方法。文中分析了整个系统的能量流动原理，给出了装置并联单元、串联单元和直流单元的部分建模和控制方法。最后给出该拓扑结构的仿真结果，证明了该拓扑的实用性和控制方法的有效性。关键词：Delta变换UPS高频双向全桥DC-DC变换器TheStudyofaNovelSinglePhaseHigh-

2、FrequencyDeltaUPSBasedontheStructureofDCIsolationAbstractAnovelsinglephasehigh-frequencyDeltaUPSbasedonthestructureofDCunitisolationisproposed.Thehigh-frequencyDeltaUPSisisolatedfromthepowergridbybidirectionalfull-bridgeDC-DCconverter.Powerflowofthesystemisanalyzed.Thecontro

3、lmethodoftheUPSisalsoproposed.Intheend,thesimulationresultisgiventovalidatethepracticabilityofthetopologyandtheeffectivenessofthecontrolmethod.Keywords:DeltaUPS,High-Frequency,BidirectionalFull-bridgeDC-DCConverter生的高次谐波在通过变压器时产生很大的谐波损耗，另外高次谐波的通过使得变压器所需的容量上升。（3）变压器增加了装置的功率损耗

4、，降低了装置的效率。（4）对于串联隔离变压器，和滤波的电感电容互相影响会带来附加的相移和电压降落，影响装置对电压补偿的性能。（5）变压器还存在饱和及电压跌落时的瞬间涌流等问题。（6）工频变压器体积庞大，造价高。因此在电压等级较低的情况下引入变压器所带来的缺陷远远大于所带来的优势。正是由于采用变压器隔离带来的诸多问题，所以我们选择在直流侧进行隔离。文献[1]中提出了采用3组同样大小的电容相互并联，电容之间采用电子开关进行连接，利用LC谐振进行能量交换。它的缺点就是串并联侧的直流母线电压的等级都是一致的，这会造成串联侧母线电压过高。文献[3]中提出

5、了直流侧采用全桥DC-DC变换器进行隔离和能量传递，它的不足之处是DC-DC变换器是单向工作的，能量只能由并联侧流向串联侧，整个系统只能补偿电网电压的跌落，电网电压升高的情况下不适用。文献[4]中提到了直流侧采用双向全桥DC-DC变换器进行隔离，但是文中只给出了DC-DC变换器的控制方法，并未给出整个系统的工作原理和控制算法。本文以单相情况为例，阻性负载，直流侧采用双向全桥DC-DC变换器的新型Delta变换UPS，分析了其11引言UPS(不间断电源)是一种平时能向电子设备提供高质量的电源，当市电停电时又能够向它们提供其所需的全部电能的设备。传

6、统的Delta变换UPS整机工作效率高，一般可达到96%，无需功率因数校正电路就可以使市电的输入功率因数为1。Delta变换UPS后级实时控制输出电压，前级实时控制输入电流的功率因数和谐波电流，无论市电质量如何，均可给负载提供高质量的正弦波。且电网断电后电路切换时间短，小于1ms，同时具有带载能力强的特点。但是由于Delta变换UPS的串联和并联两部分共用直流单元。因此电网和装置之间必须进行隔离，否则会出现电容直通、短路等情况[1]。现有Delta变换UPS采用的隔离方法基本上都是在并联或者是串联单元接入系统的地方增加隔离变压器。变压器的接入不

7、仅为装置和系统提供了隔离还可以扩大装置的容量，使得器件的选择更加灵活[2]。但由于变压器的非线性，它的引入也带来很多不利的因素[1]：（1）在进行电压和电流谐波补偿时，逆变器产生的各次谐波都需要通过变压器，而目前工频或高频变压器的频带都很窄，只能允许额定频率附近的电流通过，不能满足谐波补偿的要求，很大程度上影响了补偿效果。（2）逆变器产工作原理，能量流动，给出了部分结构的建模和整个系统的控制策略。最后给出了仿真结果，验证了所提拓扑结构和控制算法的有效性。2UPS系统的工作原理和能量流动分析2.1UPS系统的工作原理Delta变换器双向DC-DC

8、变换器并联变换器图1单相高频隔离Delta变换UPS的电路拓扑Fig.1Topologyofthesinglehigh-frequencyDeltaU