本發(fā)明涉及ups，具體是一種基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運行soc均衡控制方法。

背景技術：

1、并聯(lián)運行是分布式ups(不間斷電源系統(tǒng))主要的運行形式，以此方式可解決集中式ups無法應對單點故障、可靠性低的問題。當多個分布式ups并聯(lián)運行時，各ups中后備電池荷電狀態(tài)soc差異將會使電池充電/放電電流或功率不盡相同，其中一部分后備電池可能會發(fā)生過度充電或深度放電的情況，不僅會縮短ups整體使用壽命，嚴重時甚至可能因為局部熱點的出現引起火災發(fā)生，影響數據中心的安全運行。此外，由于soc差異，后備電池放電為負載提供不間斷供電期間，荷電狀態(tài)較低的電池在短時間放電后可能會因達到放電極限而使其本地負載被迫宕機，降低ups整體的后備電池可用容量及利用率，不利于數據中心系統(tǒng)整體的供電可靠性。因此，有必要對并聯(lián)運行的分布式ups進行協(xié)調控制，實現多個ups中后備電池荷電狀態(tài)的均衡管理。

2、現有傳統(tǒng)ups的soc均衡控制均是針對常規(guī)全功率變換器型ups，常采用傳統(tǒng)下垂控制方法，在面對容量小的系統(tǒng)時穩(wěn)壓效果良好，但傳統(tǒng)下垂控制存在輸出電流均衡度偏差大和直流電壓跌落兩個缺點，使得soc值均衡的適應性和精度較差。在下垂控制的基礎上，國內外相關研究又提出了基于冪函數、指數函數、雙曲函數等多種復雜函數的soc均衡控制方法，但這些方法也均適用于常規(guī)全功率變換器型ups。針對基于部分功率變換器的模塊化ups(modularizedpartialpowerconverterbasedups，mppc-ups)，尚缺乏其并聯(lián)運行下的soc均衡控制方法?；诓糠止β首儞Q器的模塊化ups并聯(lián)運行soc均衡控制將成為影響其進一步推廣應用的重要因素之一。

技術實現思路

1、本發(fā)明為了解決基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運行尚缺乏soc均衡控制方法繼而可能導致ups后備電池充電/放電電流或功率差異大導致局部熱點或局部宕機發(fā)生的問題，針對現有技術不足，提供一種基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運行soc均衡控制方法。

2、本發(fā)明是采用如下技術方案實現的：

3、一種基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運行soc均衡控制方法，基于部分功率變換器的模塊化ups記為mppc-ups，具有k個mppc-ups模塊并聯(lián)于公共的直流母線，各mppc-ups模塊中直流ict負載大小不同，后備電池的荷電狀態(tài)不同，所有后備電池的結構相同，該控制方法包括以下兩部分：

4、(1)電池恒流充電控制(處于并網模式)下的soc均衡控制：控制目標是在并網運行時實現各并聯(lián)mppc-ups模塊的電池之間soc的均衡；

5、以mppc-ups模塊中電池實際的socj數值來計算電池充電電流參考值表達式為：

6、

7、式中：imbat,max表示mppc-ups模塊內電池允許的最大充電電流；ksoc,c表示在電池恒流充電控制下的soc均衡系數；socmin和socmax分別表示電池運行時允許的soc下限值和上限值，所有電池相同；j取值為1～k的整數，k為大于1的整數；

8、所述電池恒流充電控制下的soc均衡系數為：

9、

10、將電池充電電流參考值代入mppc-ups模塊的電池恒流充電控制中實現多個并聯(lián)mppc-ups模塊中電池soc的均衡；

11、(2)負載恒壓控制(處于離網模式)下的soc均衡控制：其控制目標是在離網模式時實現各并聯(lián)mppc-ups模塊的電池之間soc的均衡；

12、根據mppc-ups模塊中電池實際的socj數值來計算負載電壓參考值表達式為：

13、

14、式中：vmload,min和vmload,max分別表示mppc-ups模塊中負載電壓允許的最小值、最大值；ksoc,v表示在負載恒壓控制下的soc均衡系數；

15、所述負載恒壓控制下的soc均衡系數為：

16、

17、將負載電壓參考值代入mppc-ups模塊的負載恒壓控制中實現多個并聯(lián)mppc-ups模塊中電池soc的均衡。

18、進一步地，電池恒流充電控制的表達式為：

19、

20、式中：imload為直流負載電流實際值；idif,ref為t節(jié)點橫向支路電流參考值；idif為t節(jié)點橫向支路電流實際值；dmc,ref為雙有源全橋dc/dc變換器的移相占空比參考值；kmc,pj、kmc,ij分別為電池恒流充電控制的比例積分控制器pimc的比例系數和積分系數；s為拉普拉斯算子；

21、負載恒壓控制的表達式為：

22、

23、式中：dmv,refj表示第j個mppc-ups模塊的移相占空比參考值，vm1,j表示第j個mppc-ups模塊與負載相連端口的電壓實際值，kmv,pj和kmv,ij分別表示第j個mppc-ups模塊負載恒壓控制的比例系數和積分系數。

24、進一步地，所述mppc-ups模塊包括部分功率變換器、后備電池、直流負載，其中部分功率變換器由雙有源全橋dc/dc變換器、電感l(wèi)m1和電感l(wèi)m2連接構成，雙有源全橋dc/dc變換器由全橋fbm1、全橋fbm2和高頻隔離變壓器構成；

25、直流母線正極經過電感l(wèi)m1連接直流負載正極，直流負載負極連接后備電池正極，直流負載負極和后備電池正極之間的連接點記為t節(jié)點，后備電池負極與直流母線負極連接；直流母線正極經過電感l(wèi)m1連接全橋fbm1正極，全橋fbm1負極經過電感l(wèi)m2連接到t節(jié)點，從而形成直流母線、電感l(wèi)m1、全橋fbm1、電感l(wèi)m2和后備電池串聯(lián)的支路，與此同時全橋fbm1也與直流負載形成并聯(lián)連接的關系；全橋fbm2正極經過電感l(wèi)m2連接到t節(jié)點，其負極連接后備電池負極。

26、本發(fā)明所提供的上述基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運行soc均衡控制方法，與現有技術相比，所具有的優(yōu)點與積極效果在于：

27、(1)填補了針對基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運行下的soc均衡控制方法的技術的空缺，能夠實現ups并聯(lián)運行系統(tǒng)中的后備電池的均衡管理，避免了因后備電池充電/放電電流或功率差異大導致局部熱點或局部宕機的發(fā)生，促進提升所有并聯(lián)運行mppc-ups的整體利用率，延長后備電池使用壽命；

28、(2)實現方式簡單、可靠，每個mppc-ups并聯(lián)模塊僅采集本地信息即可實現均衡，無需進行mppc-ups并聯(lián)模塊之間的通信；

29、(3)在mppc-ups的電池恒流充電控制和負載恒壓控制時分別采用不同的均衡控制方法，不同運行模式下采用不同的均衡方法，多工況運行適應性強；

30、(4)當不同模塊中電池soc計算存在誤差時，其只會影響電池充電/放電速率，影響soc均衡時間的長短，但不會影響soc均衡的精確度，利于提高數據中心系統(tǒng)整體的供電可靠性和后備電池的利用率。

技術特征：

1.一種基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運行soc均衡控制方法，其特征在于，基于部分功率變換器的模塊化ups記為mppc-ups，具有k個mppc-ups模塊并聯(lián)于公共的直流母線，各mppc-ups模塊中直流ict負載大小不同，后備電池的荷電狀態(tài)不同，所有后備電池的結構相同，該控制方法包括以下兩部分：

2.根據權利要求1所述的基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運行soc均衡控制方法，其特征在于，電池恒流充電控制的表達式為：

3.根據權利要求1所述的基于部分功率變換器的模塊化ups并聯(lián)運行soc均衡控制方法，其特征在于，所述mppc-ups模塊包括部分功率變換器、后備電池、直流負載，其中部分功率變換器由雙有源全橋dc/dc變換器、電感l(wèi)m1和電感l(wèi)m2連接構成，雙有源全橋dc/dc變換器由全橋fbm1、全橋fbm2和高頻隔離變壓器構成；

技術總結
本發(fā)明公開了基于部分功率變換器的模塊化UPS并聯(lián)運行SOC均衡控制方法，旨在解決基于部分功率變換器的模塊化UPS并聯(lián)運行尚缺乏SOC均衡控制方法繼而可能導致UPS后備電池充電/放電電流或功率差異大導致局部熱點或局部宕機發(fā)生的問題，促進提升UPS并聯(lián)運行的整體利用率，延長UPS中后備電池使用壽命。在MPPC?UPS采用電池恒流充電控制時，采用SOC<subgt;charge</subgt;均衡控制方案，根據后備電池實時SOC變化來改變充電電流參考值，以實現后備電池充電狀態(tài)下的SOC均衡；在MPPC?UPS采用負載恒壓控制時，采用SOC<subgt;discharge</subgt;均衡控制方案，根據后備電池實時SOC變化來改變負載電壓參考值，間接改變后備電池放電電流以實現后備電池放電狀態(tài)下的SOC均衡。

技術研發(fā)人員：李峰,孫子逸,李曉緣
受保護的技術使用者：河北工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19