在線式UPS電源的數(shù)字化控制技術(shù)研究

王雷

摘 要：當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在線UPS電源得以廣泛應(yīng)用，在此背景下，為了確保其能夠充分的發(fā)揮出自身的優(yōu)勢性能，就需要落實相應(yīng)的技術(shù)來實現(xiàn)對其輸出波形的有效控制。而將數(shù)字化控制技術(shù)應(yīng)用于其中，則能夠通過完善的設(shè)計來實現(xiàn)這一問題的有效解決。文章首先對在線式UPS電源進行了綜述，其次在分析當(dāng)前數(shù)字化控制技術(shù)應(yīng)用于在線式UPS電源中所需解決問題的基礎(chǔ)上，為如何實現(xiàn)完善的控制系統(tǒng)設(shè)計提出對策，以供參考。

關(guān)鍵詞：在線式UPS電源；數(shù)字化控制技術(shù)；研究

前言

隨著社會主義經(jīng)濟的不斷發(fā)展，社會生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ畹拈_展都對供電質(zhì)量提出了更高的要求，在此背景下，為了確保實現(xiàn)安全、穩(wěn)定的供電模式，以在滿足實際需求的基礎(chǔ)上，提高電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量與綜合效益，進而將在線UPS電源應(yīng)用在供電系統(tǒng)中，以試圖通過對供電電壓波形輸出的有效控制來提高供電的質(zhì)量。而要想充分的發(fā)揮出在線UPS電源的優(yōu)勢作用，就需要將數(shù)字化控制技術(shù)完善的應(yīng)用于其中，進而通過行之有效的設(shè)計來確保實現(xiàn)對逆變器部分的有效控制。

1 在線式UPS電源綜述

首先，這一電源運行的原理。根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)的運行需以濾波器為基來實現(xiàn)市電電源的傳輸，在此基礎(chǔ)上來實現(xiàn)對電磁與射頻干擾的抑制，然后以四路劃分形式來實現(xiàn)對后續(xù)電路運行的有效控制。具體來講：市電電源的電流通過供電通道到達轉(zhuǎn)換繼電器常閉觸點的位置上，而電流則要通過充電器來實現(xiàn)對電池組的充電工作，在此種條件下，能夠確保在供電中斷時實現(xiàn)電源的正常運作，同時，電流在傳輸?shù)秸鳛V波器輸入端時能夠?qū)崿F(xiàn)自動校正控制，而整個系統(tǒng)能夠?qū)⑾鄳?yīng)同步跟蹤信號傳送到UPS同步電路中。在此過程中，要想確保UPS電源能夠?qū)崿F(xiàn)安全、可靠且高效的運行，就需要確保逆變器與市電下的電源處于相應(yīng)的運行頻率、相位以及電壓下，而這就需要以相應(yīng)控制技術(shù)的融入來滿足這樣實際所需。

2 當(dāng)前這一電源數(shù)字化控制下所需解決的問題

在實際落實這一控制技術(shù)的過程中，一般情況下，能夠與DSP來實現(xiàn)對逆變器的控制，以解決數(shù)字PWM所產(chǎn)生的問題。而模擬PWM的產(chǎn)生則是由三角波與控制信號對比而生成的，在此過程中，定時器所產(chǎn)生的是鋸齒波以及三角波，數(shù)字比較器則決定了相應(yīng)輸出信號的穩(wěn)定程度，事實上，PWM的產(chǎn)生原理在理論上講并不存在差別，但是其中的數(shù)字PWM具備了自身的特點。在實際落實這一數(shù)字化控制問題的過程中，一般能夠采用DPS芯片，進而實現(xiàn)PWM發(fā)生模塊的集合，其中包括了對稱與非對稱兩種，文章研究的在線UPS電源系統(tǒng)則是以對稱式PWM來實現(xiàn)的。在實際運行的過程中，隨著計時器的增值與遞減，計數(shù)值就會隨之產(chǎn)生相應(yīng)的變化，進而分別實現(xiàn)高、低電平的控制與輸出，但是，其中會出現(xiàn)逆變橋共通的問題，所以需要實現(xiàn)相應(yīng)信號死區(qū)的設(shè)計。在實際落實的過程中，能夠通過對模擬電路的應(yīng)用來落實，或者是通過DSP內(nèi)部死區(qū)模塊來實現(xiàn)，而為了充分提高控制的精準(zhǔn)度，需要確保結(jié)合實際逆變器選擇的型號來確定相應(yīng)開關(guān)的控制頻率。當(dāng)PWM處于對稱狀態(tài)下，系統(tǒng)的分辨率能夠使相應(yīng)PWM的分辨率迎合UPS控制精度的實際需求。

3 在線UPS電源系統(tǒng)的實際設(shè)計與實驗分析

3.1 實際設(shè)計

在采用數(shù)字化控制技術(shù)來落實這一設(shè)計內(nèi)容的過程中，采用的控制芯片型號為TM320LF2406，與其配套的在線UPS電源的標(biāo)準(zhǔn)為：電壓為100伏、功率為50赫茲。采用這一芯片的原因為：其能夠?qū)崿F(xiàn)對信號的快速處理與控制功能，并能夠以相應(yīng)的技術(shù)軟件來落實復(fù)雜控制算法。具體設(shè)計的過程中，主要是從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)軟件應(yīng)用兩方面著手：

首先，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上。以所選取的芯片型號來明確這一電路所輸出電壓功率的有效變換，主要包括了輸入、輸出、充電以及升壓四個環(huán)節(jié)，由于在實際操作的過程中，每一個環(huán)節(jié)間并不存在聯(lián)系，而是作為獨立個體而呈現(xiàn)出來的，因此，便能夠?qū)崿F(xiàn)對每一環(huán)節(jié)獨立控制操作?；贒SP在輸送指令過程中所需要時間較短，因此可以應(yīng)用其作為對電流與電壓環(huán)的控制，而由于UPS電源下四個不同變化功率需要以6路信號來實現(xiàn)相應(yīng)的信號反饋。在實現(xiàn)對信號采集的過程中，需要以DSP芯片的運用來實現(xiàn)，對應(yīng)功能部分為A/D轉(zhuǎn)換模式，其是由兩個模塊組建而成的，并分別承擔(dān)著各自的職能。

其次，在內(nèi)部軟件設(shè)計上。在實際落實這一設(shè)計內(nèi)容的過程中，需要為實現(xiàn)電壓以及穩(wěn)壓值的輸出，而這就需實現(xiàn)對正弦波幅值的校正，進而才能夠為實現(xiàn)對輸出電壓的有效控制、并發(fā)揮出在線UPS的優(yōu)勢性能奠定基礎(chǔ)。在落實這一內(nèi)容的過程中，需要以恰當(dāng)?shù)挠嬎惴椒ㄈ绫壤刂扑惴ǖ葋韺崿F(xiàn)，進而在解決內(nèi)部所存在問題的基礎(chǔ)上，提高系統(tǒng)的運行與響應(yīng)速度，實現(xiàn)電源的穩(wěn)定、可靠供電。

3.2 實驗分析

在如上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計分析的基礎(chǔ)上，為了能夠確保數(shù)字化控制技術(shù)的應(yīng)用能夠切實發(fā)揮出自身的功能，進而為確保實現(xiàn)可靠且穩(wěn)定的供電奠定基礎(chǔ)，就需要實現(xiàn)對這一系統(tǒng)的實驗分析，以通過實驗?zāi)M來證明這一技術(shù)的應(yīng)用價值與完善程度。在實際落實實驗的過程中，所輸入的市電電壓標(biāo)準(zhǔn)為：電壓為110伏、功率為50赫茲，而BUS的電壓則為170伏，而相應(yīng)輸出的電容與電壓分別4.7uF以及2mH，相應(yīng)負載為七百瓦的白熾燈；閉環(huán)控制器下，前饋控制系數(shù)以及比例控制系數(shù)均為1、增益系數(shù)為0.25，將死區(qū)時間設(shè)置為2us，頻率為8kHz。以上條件下進行實驗的結(jié)果表明：當(dāng)整體加載量在一瞬間迅速升高時，那么要想使系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)之下，則需要的時間相對較長，且穩(wěn)態(tài)誤差也相對較大；而即使系統(tǒng)在瞬間的加載量并不高，且能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定的狀態(tài)，但是其所呈現(xiàn)出的穩(wěn)態(tài)誤差也還是相對較大。因此，為了全面提升系統(tǒng)的實際反應(yīng)速度，實現(xiàn)電壓的迅速調(diào)節(jié)以確保供電的穩(wěn)定性，則需要以比例調(diào)節(jié)器的加入來實現(xiàn)。

而為了實現(xiàn)對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差這一問題的有效處理，則要在加入比例調(diào)節(jié)器的同時，加入積分調(diào)節(jié)器。在整個實驗的過程中，BUS電壓是處于恒定狀態(tài)下的，但是，在實際運行的過程中，這一電壓并不能夠處于仿真試驗中的理想狀態(tài)之下，因此，這就會在實際運行的過程中，因重載的突然性施加或者減少而致使電壓受到影響，進而無法確保實現(xiàn)穩(wěn)定的供電。所以，為了充分的發(fā)揮出數(shù)字化控制技術(shù)在在線UPS電源中的完善且高效應(yīng)用，就需要根實際情況所需來實現(xiàn)有針對性的解決，進而才能夠滿足實際使用需求。

4 結(jié)束語

綜上所述，在信息技術(shù)迅速發(fā)展的背景之下，在線UPS電源的普及性應(yīng)用為提高供電的可靠性與安全性提供了技術(shù)基礎(chǔ)，進而為提高供電質(zhì)量、提升電力企業(yè)的綜合效益奠定了基礎(chǔ)。而在實際應(yīng)用這一電源的過程中，需要結(jié)合所需解決的問題，針對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及軟件進行完善設(shè)計，并要結(jié)合實際情況所需，確保這一控制技術(shù)的融入能夠從根本上提高這一電源的性能，進而充分的發(fā)揮出自身的技術(shù)優(yōu)勢，為促進電力企業(yè)實現(xiàn)穩(wěn)健發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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