模块化UPS 系统并联均流控制策略优化与环流抑制研究

关键词：模块化 UPS 系统；并联均流控制；环流抑制；控制策略优化；系统稳定性

在数字化浪潮席卷全球的当下，数据中心、通信基站等关键设施的稳定供电至关重要。模块化 UPS 系统凭借其灵活扩容、便于维护等特性，成为保障电力不间断供应的核心设备。然而，多个功率模块并联运行时，均流控制难题与环流隐患严重制约系统性能，不仅降低运行效率，更威胁供电可靠性。现有研究虽对均流控制与环流抑制有所探索，但在复杂工况适应性与技术融合创新上仍存不足。

1. 模块化 UPS 系统并联运行面临的关键问题

模块化 UPS 系统凭借其可扩展性强、维护便捷、冗余度高等优势，在现代电力保障领域得到广泛应用。当多个 UPS 功率模块并联运行时，各模块需实现负载电流的合理分配，以确保系统高效稳定运行。然而，实际运行中由于功率模块参数差异（如开关器件特性、电感电容容值偏差）、控制电路不一致以及线路阻抗不同等因素，会导致各模块输出电流不均衡，产生环流。环流的存在不仅会增加系统功率损耗，降低运行效率，还可能引发部分模块过载，缩短设备使用寿命，严重时甚至会导致系统崩溃。此外，传统的均流控制策略在动态负载变化、电网电压波动等复杂工况下，难以快速、精确地实现均流，进一步加剧了系统运行风险。因此，如何优化均流控制策略、有效抑制环流，成为提升模块化 UPS 系统并联运行性能的核心问题。

2. 传统均流控制策略的局限性分析

传统的模块化 UPS 系统均流控制策略主要包括主从均流法、平均电流自动均流法和自主均流法。主从均流法以一个模块为主模块，其他为从模块，从模块根据主模块的电流信号调整自身输出，该方法控制简单，但主模块一旦故障将导致整个系统失效，可靠性较低；平均电流自动均流法通过检测所有模块的输出电流，计算平均值后反馈给各模块进行调整，虽能实现一定程度的均流，但存在响应速度慢、易受通信线路干扰等问题；自主均流法利用下垂特性曲线，使各模块根据输出电压和电流自动调整输出功率，实现均流，然而该方法受线路阻抗影响较大，均流精度难以保证，且在负载突变时容易出现较大的电流冲击。此外，这些传统策略在应对非线性负载、三相不平衡负载等复杂情况时，均流效果明显下降，无法满足现代多样化用电场景的需求，迫切需要研究更先进的均流控制策略。

3. 模块化 UPS 系统并联均流控制策略优化方案

为提高模块化 UPS 系统并联运行的均流精度和动态响应能力，可从控制算法和拓扑结构两方面对均流控制策略进行优化。在控制算法层面，引入先进的智能控制算法如模糊控制、神经网络控制和模型预测控制。模糊控制无需建立精确的数学模型，能根据系统的误差和误差变化率，通过模糊规则快速调整控制量，有效应对系统参数变化和外界干扰；神经网络控制具有强大的自学习和自适应能力，可通过对大量数据的学习，优化均流控制参数，提升均流效果；模型预测控制通过预测系统未来状态，提前选择最优的开关状态，实现对输出电流的精确控制，在动态负载变化时表现出良好的快速响应性能。在拓扑结构改进方面，采用交错并联、三相四桥臂等新型拓扑结构。交错并联拓扑可降低输入输出电流纹波，减少环流产生；三相四桥臂拓扑则能有效解决三相不平衡负载下的均流问题，提高系统对复杂负载的适应性 。通过控制算法与拓扑结构的协同优化，可显著提升模块化 UPS 系统并联运行的均流性能。

4. 模块化 UPS 系统环流抑制的有效技术途径

抑制模块化 UPS 系统并联运行时的环流，需要从多个角度采取技术措施。首先，优化功率模块设计，严格筛选元器件，确保各模块参数一致性，减少因参数差异导致的环流。例如，对功率开关器件进行严格的参数匹配测试，选用容差范围更小的电感和电容。其次，改进系统的通信与检测技术，采用高速、可靠的通信协议（如 CAN 总线、光纤通信），提高各模块间信息交互的准确性和实时性；同时，优化电流检测电路，提高检测精度，为均流控制提供更准确的数据支持。再者，通过控制策略的优化实现环流抑制，如在均流控制算法中引入环流补偿环节，实时检测环流大小和方向，并生成相应的补偿信号，抵消环流影响。此外，合理设计系统的线路布局，尽量缩短各模块间的连接线缆长度，减小线路阻抗差异，也能有效降低环流水平。多种技术途径相结合，可形成全方位的环流抑制体系，保障模块化 UPS 系统稳定运行。

5. 优化与抑制方案的实践验证与效果评估

将优化后的均流控制策略和环流抑制方法应用于实际模块化 UPS 系统进行测试验证。在某数据中心的模块化 UPS 系统改造项目中，采用基于模糊 - 下垂复合控制算法和交错并联拓扑结构的优化方案，并综合运用元器件参数匹配、CAN 总线通信和环流补偿控制等环流抑制技术。改造前，系统在满负载运行时，各功率模块电流不均衡度高达 25% ，环流导致系统整体效率降低约 8% ，且频繁出现模块过热报警。改造后，通过实时监测发现，各模块电流不均衡度降低至 5% 以内，环流基本得到抑制，系统效率提升至 95% 以上，模块运行温度显著下降，设备故障率降低 60% 以上。在动态负载测试中，系统能够快速响应负载变化，均流控制的动态响应时间缩短至 5ms 以内，有效验证了优化与抑制方案在提升模块化 UPS 系统性能方面的有效性和可靠性。

结束语

模块化 UPS 系统并联均流控制策略优化与环流抑制是保障系统高效稳定运行的关键。通过对传统策略的局限性分析，提出基于智能控制算法、拓扑结构改进和多技术融合的优化与抑制方案，能够显著提高均流精度、抑制环流，提升系统的整体性能。随着电力电子技术、控制技术和通信技术的不断发展，未来还需进一步深入研究更高效、智能的均流控制与环流抑制技术，降低系统成本，提高可靠性和适应性，以满足数据中心、通信基站等对 UPS 系统日益增长的高可靠性、高灵活性需求，推动模块化 UPS系统在更多领域的广泛应用。

参考文献

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