一种带耦合电感的模块化UPS制造技术

本发明专利技术公开了一种带耦合电感的模块化并联型UPS，包括N个并联的UPS模块，以及N个耦合电感；同一个UPS模块内部的左桥臂侧的上桥臂是第一功率开关管，下桥臂是第二功率开关管，同一个UPS模块内部的右桥臂侧的上桥臂是第三功率开关管，下桥臂是第四功率开关管；所述第一、第二、第三和第四功率开关管均为半导体功率开关；同一个UPS模块的电感器是滤波电感器，同一个UPS模块的电容器是滤波电容器；同一个UPS模块上方输出端是输出端正极，下方输出端是输出端负极；N个耦合电感以循环对称的结构连接。本发明专利技术在不增加复杂环流抑制算法的情况下，可有效抑制并联UPS模块之间的环流，相比传统均流电抗器，具有等效差模均流电感感值大、等效共模电流电感感值小、电感体积小等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种带耦合电感的模块化UPS
本专利技术属于电力电子领域，属于并联UPS环流抑制方法的范畴，具体涉及一种带耦合电感的模块化并联UPS。
技术介绍
目前，需要特种电源供电的装备日益增多，装备对特种电源的性能要求也不断提高。包括特种电源提供电力的质量、效率、供电可靠性以及防止供电污染等。而多个UPS模块并联构成的模块化UPS电源系统，以其可靠性高，功率范围广的优点，已成为一项很有前途的工程应用方案。UPS的模块化并联运行，可以用来灵活地扩大UPS电源系统的容量，组成并联冗余系统以提高运行的可靠性，这种运行方法还具有极高的系统可维修性能，当单个UPS模块出现故障时，可以很方便地进行热插拔更换或维修，在各种应用领域如火车、轮船的辅助电源，太阳能电池系统等方面得到了广泛的应用然而，UPS模块的输出端并联在一起，共同为一个用电装备供电，因各UPS模块自身性能差异、电路参数分散性、抗扰动能力不同等因素，在UPS模块并联时,可能会出现各个模块输出电压的幅值或相位不一致的情况,这必然会造成并联的UPS模块之间的环流问题。UPS模块之间的环流，不仅会导致电能的损耗以及效率的降低，严重时还会由于UPS模块内部发热造成UPS模块损坏。因此，环流抑制问题是模块化并联UPS电源系统需要解决的关键问题之一。目前用于模块化UPS并联均流的方法有集中控制法、主从控制法、分散逻辑控制法、下垂控制法以及串联限流电感法。其中串联限流电感是一种十分有效的硬件均流方法，但是使用普通电感抑制环流时，电感上会有一定的压降，串联限流电感的体积与重量与UPS模块的功率等级正相关，因此限制了该方法在大功率UPS模块中的应用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷，本专利技术提出了一种带耦合电感的模块化UPS，将相邻两条模块化UPS并联支路的电流通过耦合电感反向耦合，从而抑制了系统的环流，解决电感上压降过大和限流电感的体积与重量过大的问题。一种带耦合电感的模块化并联型UPS，其特征在于，包括N个UPS模块和N个耦合电感；其中：所述N个UPS模块通过N个耦合电感，循环对称并联连接，具体连接如下：第一耦合电感的一次侧异名端连接第一UPS模块的输出端正极，第一耦合电感的一次侧同名端连接第N耦合电感的二次侧同名端；第二耦合电感的一次侧异名端连接第二UPS模块的输出端正极，第二耦合电感的一次侧同名端连接第一耦合电感的二次侧同名端；……第i个耦合电感的一次侧异名端连接第i个UPS模块的输出端正极，第i个耦合电感的一次侧同名端连接第i-1个耦合电感的二次测同名端；每一个耦合电感的二次侧异名端均连接负载的一端，每个UPS模块的输出端负极均连接负载的另一端；所述N为大于等于2的正整数，i为2与N之间的正整数。进一步的，所述UPS模块包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、滤波电感和滤波电容；所述第一功率开关管与所述第二功率开关管串联，所述第三功率开关管与所述第四功率开关管串联；所述第一功率开关管的非串联连接端与所述第三功率开关管的非串联连接端连接，所述第二功率开关管的非串联连接端与所述第四功率开关管的非串联连接端连接；四个开关管构成H型桥接。所述第一功率开关管和所述第二功率开关管的串联连接端与滤波电感一端相连接，所述滤波电感的另一端与滤波电容的另一端相连接，作为所述UPS模块的输出端正极；所述第三功率开关管和所述第四功率开关管的串联连接端与滤波电容的一端相连接作为所述UPS模块的输出端负极。进一步的，所述模块化并联型UPS中，各UPS和电感电气参数相同。进一步的，所述UPS模块的第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管均为半导体功率开关管。进一步的，所述半导体功率开关管为绝缘栅双极型晶体管IGBT，各绝缘栅双极性晶体管均设有反并联寄生二极管D。一般而言，所述二极管D是通过厂家生产的，所有厂商的绝缘栅双极性晶体管均会配置反并联二极管。进一步的，所述UPS模块中，所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管的占空比，由同一UPS模块的本周期开始时刻输出端电压u与预测的下一周期开始时刻输出端电压u*的差值计算得出；计算方法与控制策略相关，策略不同，计算结果也不相同；进一步的，所述UPS模块的各个开关管占空比均由同一UPS模块预测的下一周期开始时刻输出端电压u*、同一UPS模块本周期开始时刻输出端电压u以及控制周期T得出，具体计算方法为：在每一个周期开始时刻，采样获取UPS的输出电压u(实际的UPS工作时输出会有微小差异，因此UPS的输出U不相同，但是不会相差很多)，并且由于UPS输出为工频交流电，因此可根据时间的不同预测预测下一周期开始时刻的输出电压给定值u*，由差值u-u*计算出开关器件的开关时间，计算出开关时间后，除以控制周期即为占空比；控制周期可根据UPS功率等级、所用开关管型号、所采用策略、缓冲电路参数条件参数确定；占空比的确定与具体电路结构有关，该种方式又称为无拍差控制；作为一种选择，占空比可由同一UPS模块下一周期开始时刻输出端电压u*、同一UPS模块本周期开始时刻输出端电压u以及同一UPS模块本周期开始时刻输出端电压的变化率du/dt以及控制周期T得出。进一步的，所述的模块化UPS中，相邻两条并联支路的电流通过同一个耦合电感反向耦合，两条支路的共模电流在耦合电感的磁芯中产生的磁通相互抵消，对于共模电流，耦合电感几乎没有感值，磁芯不会因为支路电流中的共模成分而饱和，耦合电感磁芯可以设计得较普通均流电感小。进一步的，所述的模块化UPS中，相邻并联两条支路的电流通过一个耦合电感反向耦合，两条支路的电流差为环路电流，电流流经耦合电感线圈时产生的环路电流将会受到耦合电感线圈电感的抑制。这里，耦合电感是由多个互相存在耦合关系的线圈组成的电感，在本专利技术中，是由同一铁心上的2个线圈构成；两条支路的电流均流入耦合电感的异名端，在同一铁心中产生方向不同的磁通量，因而会互相抵消。在铁芯中存在的磁通量是由两条支路电流的差值所感应产生的，由于该差值就代表了环流量，是一个较小的值，因此解决了由于直流偏置产生的磁通饱和的问题，同时铁心的使用一个较小的值，因此解决了由于直流偏置产生磁通饱和问题同时铁心使用也减少了所需要绕线的匝数，减少了铜的用量，也就是减小了耦合电感的体积与质量，大大节省了成本。以摘要附图为例，UPS模块1的输出电流在经过耦合电感1左侧的电感时，为流出同名端方向，UPS模块2的输出电流在经过耦合电感2右侧的电感时，为流进同名端方向，因此电流产生的磁场会互相抵消，若2者电流大小相同，即没有差模电流，那么磁场恰好完全抵消，对电流没有影响，若是大小不相等，则会存在差模电流，共模部分被抵消掉，差模部分的磁场在电感中产生则会抑制电流，从而保证电流相同。本专利技术的优点在于:(1)相同磁芯质量下，使用耦合电感的模块化UPS比使用普通电感的具有更好的均流效果；(2)相同均流效果下，使用耦合电感的模块化UPS的磁芯的质量与体积比使用普通电感的小；(3)两条支路的电流通过一个耦合电感反向耦合，两条支路的电流差为环路电流，环路电流将会受到耦合电感线圈电感的抑制；(4)耦合电感对于共模电流等效的电感值主要是其漏感值，当漏感很小时，耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带耦合电感的模块化并联型UPS，其特征在于，包括N个UPS模块和N个耦合电感；其中：所述N个UPS模块通过N个耦合电感，循环对称并联连接，具体连接如下：第一耦合电感的一次侧异名端连接第一UPS模块的输出端正极，第一耦合电感的一次侧同名端连接第N耦合电感的二次侧同名端；第二耦合电感的一次侧异名端连接第二UPS模块的输出端正极，第二耦合电感的一次侧同名端连接第一耦合电感的二次侧同名端；第i个耦合电感的一次侧异名端连接第i个UPS模块的输出端正极，第i个耦合电感的一次侧同名端连接第i‑1个耦合电感的二次测同名端；每一个耦合电感的二次侧异名端均连接负载的一端，每个UPS模块的输出端负极均连接负载的另一端；所述N为大于等于2的正整数，i为2与N之间的正整数。

【技术特征摘要】
1.一种带耦合电感的模块化并联型UPS，其特征在于，包括N个UPS模块和N个耦合电感；其中：所述N个UPS模块通过N个耦合电感，循环对称并联连接，具体连接如下：第一耦合电感的一次侧异名端连接第一UPS模块的输出端正极，第一耦合电感的一次侧同名端连接第N耦合电感的二次侧同名端；第二耦合电感的一次侧异名端连接第二UPS模块的输出端正极，第二耦合电感的一次侧同名端连接第一耦合电感的二次侧同名端；第i个耦合电感的一次侧异名端连接第i个UPS模块的输出端正极，第i个耦合电感的一次侧同名端连接第i-1个耦合电感的二次测同名端；每一个耦合电感的二次侧异名端均连接负载的一端，每个UPS模块的输出端负极均连接负载的另一端；所述N为大于等于2的正整数，i为2与N之间的正整数。2.如权利要求1所述的并联型UPS，其特征在于，所述UPS模块包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、滤波电感和滤波电容；所述第一功率开关管与所述第二功率开关管串联，所述第三功率开关管与所述第四功率开关管串联；所述第一功率开关管的非串联连接端与所述第三功率开关管的非串联连接端连接，所述第二功率开关管的非串联连接端与所述第四功率开关管的非串联连接端连接；四个开关管构成H型桥接。所述第一功率开关管和所述第二功率开关管的串联连接端与滤波电感一端相连接，所述滤波电感的另一端与滤波电容的另一端相连接，作为所述UPS模块的输出端正极；所述第三功率开关管和所述第四功率开关管的串联连接端与滤波电容的一端相连接作为所述UPS模块的输出端负极。3.如权利要求1所述的并联型UPS，其特征在于，各UPS和电感电气参数相同。4.如权利要求3所述的并联型UPS，，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明，王栋煜，梁宵，邵骏，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42