【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及不间断电源领域，具体是一种基于部分功率变换器的模块化不间断电源及其控制方法。
技术介绍
1、近年来，大数据、云计算、人工智能以及5g等技术飞速发展，全球数据计算和处理规模爆炸式增长。数据中心是数据存储和计算的核心基础设施，因此其规模和数量也随之快速增长。截止到2021年，全球数据中心总耗电量接近320twh，占全球总用电量的1.3％；预测到2030年，全球数据中心总耗电量将占全球总用电量的8％。在此背景下，数据中心节能降耗、能效提升已成为世界各国密切关注的问题。
2、在数据中心中，供配电系统耗电量占数据中心总耗电量的比值约为12％，位居第三。其中，不间断电源又是数据中心供配电系统耗电量的主体，因此提升不间断电源的能效将有助于提升数据中心整体能效。传统不间断电源中，通常采用ac/dc变换器和dc/ac变换器连接主电源、后备电池和负载，结构复杂，多级电能变换损耗大、效率低。针对传统不间断电源存在的问题，进一步提出仅包含ac/dc变换器的模块化不间断电源方案，减少了电能变换环节，利于提升系统效率，同时有助于提升不间断电源的可靠性。在直流电网和直流储能技术的快速发展下，基于dc/dc变换器的直流不间断电源也随之产生。但是现有的基于dc/dc变换器的直流不间断电源通常由后备电池和dc/dc变换器构成，与直流负载相对独立，缺少适用于数据中心的分布式、模块化结构；此外，现有基于dc/dc变换器的直流不间断电源中，变换器均采用传统的全功率变换器，也就是变换器流过需要处理的全部功率，基于全功率变换器的不间断电源损耗仍然比
技术实现思路
1、为了解决现有基于全功率变换器的直流不间断电源存在模块化程度不足、处理功率多、损耗大的问题，本专利技术提出了一种基于部分功率变换器的模块化不间断电源及其控制方法。
2、本专利技术是采用如下技术方案实现的：
3、一种基于部分功率变换器的模块化不间断电源，其特征在于：由部分功率变换器、后备电池、连接主电源的直流母线和直流负载通过紧凑连接构成，其中部分功率变换器由双有源全桥dc/dc变换器、电感lm1和电感lm2经过特殊连接构成并且可以提供三端口，双有源全桥dc/dc变换器由全桥fbm1、全桥fbm2和高频隔离变压器构成。首先，直流母线正极经过电感lm1连接直流负载正极，直流负载负极连接后备电池正极(直流负载负极和后备电池正极之间的连接点记为t节点)，后备电池负极与直流母线负极连接，即形成直流母线、电感lm1、直流负载和后备电池构成的串联支路。其次，直流母线正极经过电感lm1连接全桥fbm1正极，全桥fbm1负极经过电感lm2连接到t节点，从而形成直流母线、电感lm1、全桥fbm1、电感lm2和后备电池串联的支路，与此同时全桥fbm1也与直流负载形成并联连接的关系。全桥fbm2正极经过电感lm2连接到t节点，其负极连接后备电池负极，也就是全桥fbm2经过电感lm2与后备电池进行并联，形成反馈支路。连接主电源的直流母线、后备电池和直流负载三者通过部分功率变换器紧凑地构成一个不间断电源模块，主电源正常运行时通过部分功率变换器同时为后备电池充电和为负载供电，主电源异常退出运行时由后备电池经过部分功率变换器为负载提供不间断供电。
4、一种基于部分功率变换器的模块化不间断电源控制方法，是基于上述的一种基于部分功率变换器的模块化不间断电源实现的，该方法包括以下三部分：
5、(1)后备电池恒流充电控制：其控制目标是在主电源正常运行时实现后备电池恒流充电。在基于部分功率变换器的模块化不间断电源中，直流负载电流imload和后备电池电流imbat在t节点与部分功率变换器电流发生耦合，记t节点横向支路电流(即流过电感lm2的电流)为idif，耦合的电流关系为idif＝imbat-imload，因此通过控制t节点横向支路电流idif来间接控制后备电池充电电流。具体地，设定后备电池充电电流参考值为imbat,ref，采集直流负载实际电流imload，然后计算得到t节点横向支路电流参考值为idif-ref＝imbat-ref-imload。然后采集t节点横向支路电流实际值idif，将t节点横向支路电流参考值idif-ref和实际值idif作差，将得到的差值输入到后备电池恒流充电控制的比例积分控制器pimc中，输出双有源全桥dc/dc变换器的移相占空比参考值dmc-ref，从而实现对后备电池恒流充电的控制。
6、(2)负载恒压控制：其控制目标是在主电源异常退出运行时，控制后备电池能够向直流负载放电并维持直流负载电压的稳定。设定直流负载电压参考值为vmload-ref，采集直流负载电压实际值vmload，二者作差得到差值，将差值输入到负载恒压控制的比例积分控制器pimv中，输出双有源全桥dc/dc变换器的移相占空比参考值dmv-ref，从而保证后备电池放电时能够维持直流负载电压的稳定。
7、(3)后备电池恒流充电控制和负载恒压控制切换指令：用于实现上述后备电池恒流充电控制和负载恒压控制的切换。后备电池恒流充电控制和负载恒压控制的选择取决于主电源、直流负载和后备电池三者的运行/退出状态(主电源状态为s1，直流负载状态为s2，后备电池状态为s3，正常运行为1，退出运行为0)，根据三者运行状态不同，基于部分功率变换器的模块化不间断电源主要分为并网模式、孤岛模式、电池退出运行模式和负载退出运行模式4种。①并网模式：主电源、直流负载和后备电池均正常运行，这三者对应的开关状态为s1＝1、s2＝1、s3＝1，此时需要启用后备电池恒流充电控制；②孤岛模式：主电源因故障退出运行，直流负载和后备电池均正常运行，这三者对应的开关状态为s1＝0、s2＝1、s3＝1，此时需要启用负载恒压控制。③电池退出运行模式：主电源和直流负载均正常运行，后备电池因故障或计划退出运行，这三者对应的开关状态为s1＝1、s2＝1、s3＝0，此时需要启用负载恒压控制来维持直流负载的稳定运行。④负载退出运行模式：主电源和后备电池均正常运行，直流负载因故障或计划退出运行，这三者对应的开关状态为s1＝1、s2＝0、s3＝1，此时可以启用后备电池恒流充电控制，以便随时使直流负载重新投入运行。综上，后备电池恒流充电控制和负载恒压控制二者的选择主要与s1和s3相关，因此这两种控制的切换指令为sc-v＝s1&&s3。当sc-v＝1时，后备电池恒流充电控制被激活、负载恒压控制被屏蔽，dmc-ref作为控制信号送入双有源全桥dc/dc变换器；当sc-v＝0时，后备电池恒流充电控制被屏蔽、负载恒压控制被激活，dmv-ref作为控制信号送入双有源全桥dc/dc变换器。最后，根据sc-v最终确定的移相占空比参考值输入到单移相控制模块，产生驱动双有源全桥dc/dc变换器的开关信号。
8、无论是在后备电池恒流充电控制还是负载恒压控制下，不间断电源中部分功率变换器处理的功率总为直流负载功率和后备电池功率之和的一部分，具体为：<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于部分功率变换器的模块化不间断电源，其特征在于：包括部分功率变换器、后备电池、连接主电源的直流母线和直流负载，其中部分功率变换器包括双有源全桥DC/DC变换器、电感Lm1和电感Lm2，双有源全桥DC/DC变换器由全桥FBm1、全桥FBm2和高频隔离变压器构成；
2.一种权利要求1所述的基于部分功率变换器的模块化不间断电源的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下三部分：
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，根据主电源、直流负载和后备电池三者运行状态不同(运行或退出)，基于部分功率变换器的模块化不间断电源主要分为并网模式、孤岛模式、电池退出运行模式和负载退出运行模式四种；其中，
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，无论是在后备电池恒流充电控制还是负载恒压控制下，不间断电源中部分功率变换器处理的功率总为直流负载功率和后备电池功率之和的一部分，具体为：
【技术特征摘要】
1.一种基于部分功率变换器的模块化不间断电源，其特征在于：包括部分功率变换器、后备电池、连接主电源的直流母线和直流负载，其中部分功率变换器包括双有源全桥dc/dc变换器、电感lm1和电感lm2，双有源全桥dc/dc变换器由全桥fbm1、全桥fbm2和高频隔离变压器构成；
2.一种权利要求1所述的基于部分功率变换器的模块化不间断电源的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下三部分：
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