[发明专利]一种三相四线制的高频UPS及其降低零地电压的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电源领域，尤其涉及一种三相四线制的高频UPS及其降低零地电压的方法。

背景技术

在三相四线制的高频UPS(uninterrupted power supply，不间断电源)中，其零线直接和机房的配电系统零线连接在一起，如图1所示，如果没有隔离变压器，该高频UPS必然存在零地电压。如果高频UPS的零地电压达不到其所供电的设备的对最大零地电压限制的要求，从而造成安全隐患，而使用该高频UPS的设备厂家工程师将会拒绝上电开机。如果现场经过配线优化后，高频UPS零地电压还是达不到要求，往往要求增加隔离变压器，从而造成成本增加，有的现场还可能因为场地原因，无法放下隔离变压器。因此，高频UPS的生产厂家希望在不增加隔离变压器的情况下降低零地电压，以满足客户的要求。

下面介绍下零地电压的产生原理：零地电压指在机房内的配电柜上的零线和地线之间的电压。当高频UPS工作后，零线上有电流，若地线上的电流可忽略不计，那么零地电压可表示为U=Iz*Zn,其中，Zn为线路阻抗；Iz为零线电流。所以，从理论上讲，虽然减小线路阻抗或零线电流都能够降低零地电压，但是在实际应用现场，往往零线绝对距离就比较长，同时受场地影响，走线优化也受限制。因此，线缆阻抗优化的空间就非常有限，因此只能通过降低零线电流的方式来降低零地电压。

现有的UPS的母线控制大多是采用双环调节和前馈控制的方式，图2和图3分别示出了现有的母线控制方式下电感电流和零线电流的仿真图，由图可得知，电感电流在电网电压的相位角为0度附近时，出现峰值，而在电网电压的相位角为90度附近时出现波谷。而且，最大零线电流有效值将近110A。具体分析如下：假设电压前馈信号为(V_bus-V_in)/V_bus，在UPS的整流器中，当该电压前馈值(V_bus-V_in)/V_bus与双环调节模块的输出值一并输入到PWM输出模块时，PWM的发波主要依赖于双环调节模块的输出值和电压前馈值，当整流器中电感电流较小时，双环调节模块的输出值较小，可忽略不计，因此主要考虑前馈控制部分。当电网电压在过零附近时，由于电网电压V_in很小，电压前馈值(V_bus-V_in)/V_bus近似等于1，因此，此时电感电流比较大，出现峰值。相反，当电网电压在峰值时，由于V_in很大，电压前馈值较小，因此，此时电感电流较小，出现波谷。综上分析可知，使用现有母线控制方式，电感电流的THDi(Total Harmonic Distortion of current on input，输入线的电流谐波畸变总数)大于30％，三次谐波电流比较大。而且，零线电流主要为三次谐波电流。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术上述因零地电压有可能过高而达不到用户的要求的缺陷，提供一种三相四线制的高频UPS及其降低零地电压的方法，能降低零地电压，从而达到该高频UPS所供电的设备对最大零地电压限制的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种三相四线制的高频UPS，包括母线控制电路，所述母线控制电路包括双环调节模块、电压前馈模块和PWM输出模块，其特征在于，所述电压前馈模块包括：

前馈计算单元，用于根据母线电压和电网电压计算电压前馈值；

前馈修正单元，用于对所述电压前馈值进行修正，且修正后的电压前馈值用于当电网电压在过零附近时削弱所述PWM输出模块的发波；

叠加单元，用于将修正后的电压前馈值和所述双环调节模块的输出值进行叠加，并将叠加后的值输出至所述PWM输出模块。

在本发明所述的三相四线制的高频UPS中，所述母线控制电路还包括：

电感电流零序分量反馈模块，用于将电感电流零序分量缩小到预设范围内，并反馈至所述双环调节模块或电压前馈模块。

在本发明所述的三相四线制的高频UPS中，所述电感电流零序分量反馈模块包括：

电感电流零序分量计算单元，用于根据下面公式计算电感电流零序分量：

I₀=-(I_A+I_B+I_C)

其中，I_A、I_B、I_C分别为三相电感电流，I₀为电感电流零序分量；