变频器组成EPS与模块化并联EPS之比较.docVIP

变频器组成EPS与模块化并联EPS之比较 一、EPS概述 随着社会的不断发展，越是信息化、现代化，人们对电力的依赖性就越强。突然的断电必然会给人们正常的生活秩序带来影响，尤其是对于生产、生活中特别重要的负荷，一旦中断供电，将会造成重大的经济损失。然而，电力故障具有突发性，不以人们的意志为转移，即是电网设施再先进，意外的断电也在所难免。目前，城市供电系统的安全对策一般是采用并网供电，为城市电力提供可靠的电源保护。但从企业及工业、民用建筑使用情况来看，仅仅靠公用电网还远远不够，于是EPS应运而生。 EPS（Emergency Power Supply）也称为应急电源。主要在建筑物或特殊场合发生紧急事故的情况下确保提供所需的应急电力，以有效降低因为断电而造成的损失，为人们的生产和生活安全提供保障。因此，EPS也被称为“城市生命线系统”的重要组成部分。 尽管目前在市场上的EPS在设计上所采用的控制方式和控制手段不尽相同，EPS的主要设计思想在市电突然中断时提供安全可靠的应急电力供应，有效避免发生灾害时的人身伤亡和财产损失为原则。因此，在设计EPS时应着重考虑其安全性、可靠性、适用性及合理性。 由于输出的也是正弦交流电，加上技术相对简单以及应用成熟，变频器也被一些人用来组成EPS。图1中是变频器的原理框图。但毕竟变频器是运动控制系统中的功率变换器，主要用于电机调速控制，所以用它来做EPS有其固有缺陷： 安装调试不方便 由于变频器输出的是三相三线制电压，无N线，线电压较高，所以输出端必须接有工频变压器，进行△/Y变换，才能给负载供电，有些情况下还要加工频电感来改善变频器的运行状况。工频变压器和工频电感体积大且笨重，而且输出容量越大就越大越重，这就使得EPS的安装调试极不方便。 输出波形质量差 变频器输出的是高频的脉冲，含有丰富的高频谐波，严重影响负载端的供电质量。 为了滤除高频谐波，可以在变压器付边并联电容，这样变压器线圈和电容组成LC滤波器，但由于变压器线圈电感量很小，所以电流纹波很大，使得变压器发热严重。 为了减小纹波电流、降低变压器的温度，需要增大滤波器的电感量，往往会在电容前串联工频电感，且不考虑工频电感的体积和重量，电流流过电感会产生压降，电流越大压降也就越大。因而负载端的电压就会减小，而且是负载越大，电压就越小。 存在缺相故障 如果变频器输出的三相电压中有一相或两相掉电，就会造成变压器的磁饱和，从而使得整个负载端的供电都受到影响。 带不平衡负载能力差 如果输出端的三相负载不相等（即负载不平衡），那么经过变压器送到负载的三相电压中点就会产生偏移，从而使得各相的电压发生变化，影响供电质量。如果负载严重不平衡，即某一相或两相的负载特别大，就有可能产生致命的后果。 对电池要求严格 为了保证输出大小满足要求的交流电压，变频器桥臂的输入直流电压不能太小，即挂在直流母线上的电池电压不能太小，否则市电掉电后由电池供电时输出电压达不到要求。通常是使用40节电池串联，这样电池组提供的总的直流电压为 40×12V＝480V 这样的电池方案就会造成使用上的不便：需要配备专门的电池管理设备，增加了整个系统的复杂性；由于所需电池数量较多，使得在小功率应用场合下电池的造价高，从而提高了系统的成本。 对工作环境的电网要求高 EPS要求电网电压正常时由电网来供电，只有当电网异常（比如掉电）时才切换到电池供电。而变频器中，电网的三相电压经过三相不控整流桥给直流母线电压供电，在空载时，母线电压最大值为 其中为电网线电压有效值。 而随着负载的增加，母线电压就会下降为 当电网电压为额定的380V时， V 但是电网电压是有一定波动的，通常EPS规格允许电网的电压范围至少为±15％（有的甚至达到±25％以上），即在磁范围内认为电网正常，仍由电网供电。而电网电压跌到额定值380V的85％时，母线电压就会下降为 V 可以看出，这个电压远低于挂在母线上的电池组的电压，于是直流母线就由电池来供电，送给负载的实际上是电池中存储的电能。这样不但会造成电池经常错误工作而影响电池的使用寿命，更关键的是在电网正常时错误地放掉了电池中的电能会使得在电网突然发生异常的情况下系统不能正常输出负载所急需的应急电力，可能引发严重事故，这样就违背了EPS的设计 图2中即是模块化并联EPS的系统框图。它的优势体现在以下几个方面： 技术先进的全数字化控制 控制技术先进，模块采用了以DSP（数字信号处理器）技术为核心的全数字化控制技术，整个系统的核心控制芯片为TI的DSP，负责模块的控制，切换和故障处理。其采用的是高性能静态CMOS技术，具有抗干扰能力强，运算速度快等特点。DSP技术的优势还在于具有良好的自我诊断功能，能迅速地排除故障，能够大幅度地减少零件的数量，从而大大降低因元器件而造成的系统故障