1引言
在电力系统中，为了保证对供电可靠性要求较高的重要设备能正常工作，发电厂、变电站均应安装UPS。随着电力电子技术的发展，对容量要求也越来越大，大容量的UPS都是三相的[1],因此对三相UPS的需求也逐渐增多。
发电厂、变电站都有直流操作电源系统，为了充分利用直流操作系统中蓄电池所存储的能量，用于电力系统的UPS应该保证能够在直流220V/110V输入情况下输出所需交流电能，这就要求用于电力系统的UPS有很宽的电压输入范围，一般为100V～300V。
在电力系统中，通常要求交、直流供电系统能保证良好的隔离，因此要求UPS系统带输出隔离变压器。因为直流母线的220V输入电压经SPWM逆变器后不能得到220V的交流输出，所以采用输出隔离工频变压器进行升压后再输出。
此外，电力系统发电厂、变电站内向外发送电磁干扰的噪声源较多。由于电动机、继电器、输配电线等都可能会产生电磁干扰，所以要求用于电力系统的UPS具有很强的抗干扰能力。
2系统结构
与一般的UPS不同的是，用于电力系统的UPS内不再含有电池，从直流母线输入220V/110V电压。系统结构如图1所示。输入接直流母线和三相四线380V市电，输出为稳压稳频的三相380V正弦交流。用于电力系统的三相UPS主电路包括：整流器、起动电路、三相逆变器、三相隔离变压器、静态开关和滤波器等。
整流器将三相交流市电转换为直流电压，起动电路对直流上电过程进行限流，防止起动过程的大电流冲击损坏器件；三相逆变器把直流输入变换为稳压、稳频的三相正弦交流输出；三相逆变器的输出经三相隔离变压器升压，并通过LC低通滤波器进行平滑滤波，滤除高频谐波，然后经静态开关接到输出。三相隔离变压器有两个作用：一是升压，将三相逆变器输出的相电压由110V变换为220V。二是隔离，将逆变器与负载隔离，这可以对负载变化起到缓冲作用，也使负载上无直流电流分量；静态开关用以实现市电旁路输出和逆变器输出之间的切换；输入输出端的EMI滤波器用于抑制电磁干扰信号，具双向隔离作用。
2.1三相SPWM逆变器
图1主电路结构图
图2经典的三相逆变器主电路
图3适应三相不平衡负载的三相逆变器
图4静态开关的连接
三相PWM逆变器是要把直流输入变换为三相正弦交流输出，许多实际装置中通常采用经典的三相逆变器结构，如图2所示。这是由三个基本桥臂组成的三相桥式逆变器，其控制方式一般采用双极性方式，A、B、C相通常公用一个三角载波，三相调制信号依次相差120°，各相功率开关的控制规律相同。
对于三相输出的逆变器，三相负载的平衡是一个必须考虑的重要问题，目前性能较好的大中型UPS都要求具备三相100％不平衡的功能[2]。为了适应三相负载不平衡的需要，三相逆变器最好采用三个单相桥分别变换，然后再把输出按120°的相位差组合起来的方式，如图3所示，每相各有一个单相桥式逆变器（图3中的逆变器1～3），每个单相桥式逆变器需用四个开关管。因此总共需要12个开关器件，结构较复杂。带来的好处是：三个单相逆变器独立工作，其输出互不影响，实际上三个单相逆变器并联，只是相位不同。这样可以允许三相负载100％不平衡，三相严重不平衡也不会对任一逆变器输入产生影响。
本设计中选用图3所示电路，三相各有一套独立的SPWM波形产生电路，三相共用同一个来自市电的时钟基准信号AC50Hz，各相波形产生电路的EPROM中存放的正弦波数据相位上互差120°，从而保证得到三相同步正弦波控制信号。
图3中各相逆变器结构相同，为全桥逆变电路。采用高频SPWM技术，功率开关管选用IGBT,开关频率为30kHz。通过正弦波控制信号与三角波比较的方法，得到基波为50Hz的SPWM波，再经滤波器滤除高频，可输出低失真的50Hz正弦波。
2.2静态开关切换电路
静态开关的作用是：当市电正常时，将市电直接送到输出端给负载供电；当电网电压异常时，转由逆变器向负载供电。静态开关是保证不间断供电的关键，要求它工作可靠，不会在切换过程中造成逆变器和市电之间出现短路的现象。目前常用交流固态继电器(SSR)作为静态开关进行切换。它具有切换速度快、便于控制、可直接与计算机接口的优点。本文所设计的电力系统用三相UPS，选用固态继电器通过逻辑控制实现切换，可满足UPS快速、可靠切换的要求。
市电旁路通过固态继电器与负载相连,逆变器输出通过固态继电器与交流接触器的并联接到负载。市电中线、逆变器中线和负载中线直接连接在一起。
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