在線式UPS電源的數(shù)字化控制技術(shù)的探討

【摘 要】智能化和網(wǎng)絡(luò)化是UPS的發(fā)展趨勢，數(shù)字化控制是其發(fā)展的基礎(chǔ)，而在線式UPS的數(shù)字化是當今UPS的主流。文章介紹了不間斷電源UPS 的分類， 特點及應用，重點探討在線式UPS 的特點及其數(shù)字化。發(fā)展，并對其動向進行探討。

【關(guān)鍵詞】UPS；數(shù)字化；逆變器；復合型控制

一、引言

為了解決正常交流供電中斷的問題，UPS應運而生，通過逆變器利用逆變電路，即用直流電驅(qū)動一個振蕩器，產(chǎn)生交流振蕩，經(jīng)過濾波得到交流電。UPS具有如下功能：（1）不間斷 （2）穩(wěn)壓（3）防電磁干擾及電壓浪涌 （4）濾波。當交流供電正常工作時，UPS減弱干擾，作為穩(wěn)壓器和濾波器來 保障設(shè)備正常工作。當交流供電中斷時，可通過逆變電路實現(xiàn)0時間切換，直接將直流電轉(zhuǎn)換為交流供負載正常不間斷運行。目前，UPS 電源已經(jīng)在我國國民經(jīng)濟的各行各業(yè)中得到廣泛的應用。常見的UPS有后備式、在線式、在線互動式三種類型。

二、在線式UPS

本文的研究對象是在線式UPS。在線式UPS是目前常見的UPS的三種類型中應用最為廣泛的一種。在交流電供電正常時，在線式UPS利用濾波器將輸入電壓高頻干擾過濾得到交流電壓，然后經(jīng)過整流轉(zhuǎn)換為較為直流電。得到的直流電分為兩個部分，一部分直接對UPS蓄電池充電，另一部分為逆變器提供，逆變器通過逆變電騾將得到的直流電轉(zhuǎn)換為負載設(shè)備需要的交流電。在交流電供電中斷時，UPS的交流輸入電壓被切斷，整流器停止工作，此時UPS的蓄電池將儲存的直流電輸送到逆變器，然后通過逆變電路轉(zhuǎn)換直流電為標準交流電保障設(shè)備正常運行。那么，對于設(shè)備來講，市電交流供電停止，但是，設(shè)備并不停止運行，保障了工作效率。

其主要特點有：負載供電均由UPS的逆變器提供，輸出失真系數(shù)小，優(yōu)良的輸出電壓瞬變特性，噪音小，可靠性高。

三、數(shù)字化控制技術(shù)

我們知道數(shù)字控制技術(shù)是UPS輸出性能的重要技術(shù)。過去的模擬控制已被先進的數(shù)字控制技術(shù)取代，更加準確快速的實現(xiàn)先進的控制算法。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展在兩個方面得到很好的體現(xiàn)。其一是控制策略，先進的控制策略在逆變器的應用越來越廣泛，其二是控制芯片，其中數(shù)字信號處理器是當今市場上的主流的高效的芯片中的代表。

近年來，數(shù)字控制技術(shù)得到長足發(fā)展，比如數(shù)字PID 控制、無差拍控制和重復控制等技術(shù)都在UPS的逆變控制中得到應用；在充電環(huán)節(jié)上，相關(guān)參數(shù)設(shè)置進行數(shù)字化的控制，可以量身定制對不同需求制定匹配的充電方案，可為不同配置的電池指定同時也延長了電池的使用時間。

數(shù)字控制器利用微處理機進行計算、判定，并對設(shè)備進行控制，將計算機、通信技術(shù)與自動化控制進行有機的結(jié)合，主要具有以下幾個特點：

（一）使用方便，靈活性強且精度高。

（二）UPS采用先進的數(shù)字化控制方法和策略，提高了UPS的性能，使UPS更加的穩(wěn)定和高效

（三）UPS利用數(shù)字控制器進行工作，操控更加方便，同時，有利于標準化的工作。

四、在線式UPS逆變器研究

UPS輸出性能的另一關(guān)鍵技術(shù)是逆變器的控制。我們知道逆變器是UPS的主要組成部分。什么是逆變器呢？逆變器是將UPS整流器得到的直流電壓通過逆變電路轉(zhuǎn)換為交流電壓供負載運行的裝置。逆變器作為UPS的輸出，把直流電轉(zhuǎn)換為設(shè)備需要的交流電，直接與設(shè)備相連，為負載供電，所以逆變器是UPS性能的關(guān)鍵。

（一）重復控制的基本原理

理論上，系統(tǒng)中的比例控制器Kp 跟跟蹤誤差成反比，但如果Kp 的值過大，就會產(chǎn)生振蕩。所以，我們?yōu)榱吮苊猱a(chǎn)生振蕩，保證設(shè)備的正常運行，Kp的值一般通過理論預計和實驗修正獲得。圖3 中，在控制系統(tǒng)中，嵌入式重復控制器和比例調(diào)節(jié)器采用并聯(lián)存在，共同控制輸出電壓。正常工作情況下，e 較小，比例調(diào)節(jié)器暫停工作，而系統(tǒng)運行是由嵌入式重復控制負責。當有強干擾出現(xiàn)時，e 突然變大，由于有一個參考周期的延時，重復控制器輸出穩(wěn)定，但比例控制器卻感受到e 的突變并立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。在這一個周期中，輸出電壓不會突變，但是不能保障輸出波形的質(zhì)量。運行一個周期后，重復控制器開始調(diào)節(jié)，e 減小，比例控制器的控制作用也逐漸減弱，直至系統(tǒng)達到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)。

五、結(jié)論

在科技迅猛發(fā)展的今天，數(shù)字化控制在UPS領(lǐng)域的得到廣泛的推廣應用，在線式UPS 電源逐步朝著合理結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定、精確、便利的網(wǎng)絡(luò)智能化和數(shù)字化方向發(fā)展，這種發(fā)展具有很好的市場前景，因其能夠提供更為準確、穩(wěn)定的電壓，為生產(chǎn)生活提供方便。我們可以看到隨著技術(shù)的進一步發(fā)展完善，將會開辟出一個更新的UPS技術(shù)領(lǐng)域。

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