大功率UPS的Saber仿真及研究.pdfVIP

大功率UPS的Saber仿真及研究--第1页

刘焱海哈尔滨工业大学深圳研究生院

1.引言

大功率UPS是电力电子行业的高端产品，他拥有很高的技术含量，随着功率器件和微

电子技术的发展，数字控制技术和现代控制理论等大量的新技术在大功率UPS中得到应用，

UPS已经从简单的后备电源发展成为高可靠性配电系统的核心。

大功率UPS开发的技术复杂性和难度较中小功率都要高。目前只有一些世界知名公司

有设计和制造能力，成为衡量一个电气公司技术水平的重要标志，其关键技术主要包括整流

器、逆变器的功率变换拓扑及各自的控制方法。

本文介绍了当今世界上功能强大的电力电子防真软件之一Saber仿真软件，通过它建

立了大功率UPS的Saber模型，对大功率UPS的功率变换拓扑及控制方法等关键技术进行了

仿真，实验结果验证了仿真模型的有效性，对UPS的开发具有理论指导意义。

2.系统的Saber模型描述

Saber仿真软件是电力电子领域功能强大的仿真工具之一，它由模块化构建，模块之

间可以灵活地结合在一起成为适合特定用户的一组工具，称为Saberdesigner。Saber拥有

极其丰富的通用器件模型库，通过这些模型来描述目标系统，仿真器进而将由模型建立的系

统转变为一系列的微分方程，并使用梯形法来解这一系列变系数非线性时变微分方程。如果

器件库中没有包含需要的特定模型，Saber也提供了方便的解决途径，一般地有两种方法。

(1)等级建模法(HierarchicalModel)。当模型不存在或者已有模型的特性描述不精确

时，可考虑用其他多个模型来搭建该模型，该方法即为等级建模。典型的例子如变压器的建

模，用户可以通过调用磁芯(core)、绕组(winding)等器件，实现者如DY、DZ等各种绕接

方式和内部磁路，并对器件配置特定的参数而建立较为完备的变压器模型。这种方法不需要

使用建模语言，建模简单快速，物理意义清晰明确。缺点是可能导致仿真效率低，仿真运算

不收敛。

(2)MAST(MASTModelingLanguage)。MAST语言是一种模拟硬件描述语言(AHDL)它从数

字的角度，通过编写代码的手段，描述器件的行为和结构，并将其转化为仿真模型，如DSP

控制器。MAST语言提供了两种风格的描述方法：结构化(structured)和非结构化

(unstructured)。结构化方法略去分而描述的步骤，将模型简化，只描述模型表现的外在特

大功率UPS的Saber仿真及研究--第1页

大功率UPS的Saber仿真及研究--第2页

性。MAST语言描述法可以建立更为精确的模型表达，满足特性。MAST语言描述可以建立更

为精确的模型表达，满足特定的仿真需要，但代码量大，建立行为模型的难度较高。

本文将主要利用Saber的通用模型，并综合使用等级建筑方法，MAST语言描述方法，

以及Ssber强大的数据混合仿真功能建立大功率UPS的控制模型。

3.整流器的建模

大功率UPS一般采用品闸管整流技术，功率在200KVA以下，一般采用6脉冲整流。其

优点在于控制方法成熟，效率高。因此，本文建立的UPS整流器模型是三相全控桥6脉冲整

流器。整流器前级带有输入隔离变压器。该变压器利用Ssber通用模型库中的

Linear2-WindingTransformer搭建，绕接方式为△/Y11型，同时将UPS的输入电感折算到

变压器的原方。如图1所示。再根据等级建模方法，将该变压器封装成器件模型(Symbol)

添加到器件库(PartsLibrary)里，封装之后如图2所示。

大功率UPS的Saber仿真及研究--第2页

大功率UPS的Saber仿真及研究--第3页