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数字控制UPS电源技术及应用

来源:    作者:    发布时间:2015-03-25 10:48:18    浏览量:

传统的UPS采用模拟电路控制,对于生产厂家和用户而言,无论是相控技术还是SPWM技术,模拟控制存在诸多局限性。随着信息技术的发展,高速数字信号处理电感器生产厂家芯片(Digital Signal Processor, DSP)的出现,使得数字化的控制在更广阔电气控制领域中应用有了可能性,也成为主要发展趋势之一。

  一、数字控制UPS的应用优势

  有了高速数字信号处理芯片的支持,采用数字化的控制策略不仅可以较好的解决UPS电源模拟控制里的有关问题,而且还增加了UPS电源模拟控制中很难实现的一些控制功能,其主要应用优势有:

  (1)数字化控制可采用先进的控制方法和智能控制策略,使得UPS的智能化程度更高,性能更加完美。智能化控制代表了自动控制的最新发展阶段,继承了人脑的定性、变结构、自适应等思维模式,也给电力电子控制带来了新的活力。在高频开关工作状态下,逆变电源的模型更加复杂化,这是模拟控制或经典控制理论难以有良好控制效果的,而采用先进、智能化的数字控制策略,就可以从根本上提高系统的性能指标。

  (2)控制灵活,系统升级方便,甚至可以在线修改控制算法,而不必对硬件电路做改动。数字控制系统的控制方案体现在控制程序上,一旦相关硬件资源得到合理的配置,只需要通过修改控制软件,就可以提高原有系统的控制性能,或者根据不同的控制对象实时、在线更换不同控制策略的控制软件。

  (3)控制系统可靠性提高,易于标准化。由于数字控制的高可靠性,必然使得整个控制系统可靠性的提高,而且可以针对不同的系统(或不同型号的产品),采用统一的控制板,而只需要对控制软件做一些修改即可,这对生产厂家而言是有着巨大的吸引力的。

  (4)系统维护方便,系统一旦出现故障,可以很方便地通过RS-232或RS-485接口或USB接口电感厂家进行调试,故障查询,历史记录查询,软件修复,甚至控制参数的在线修改、调试。这样就可以以较低的成本完成自我校正及远程服务,给厂家的售后服务带来了极大的方便。

  (5)系统一致性好,成本低,生产制造方便。由于控制软件不会像模拟器件那样存在差异,所以对于同一控制程序的控制板,其一致性是很好的,也没有模拟系统中模拟器件调试带来的差异问题,那么同一控制板的一致性就会比模拟系统高很多。采用了软件控制,就实现了硬件软件化,使控制板的体积大大减小,生产成本下降。

  (6)易于组固定电感器价格成并联运行系统。由于单位UPS系统均是数字控制,有相应的控制变量代表系统中的状态量,那么就可以较方便地获得均流所需要的信息,利用相应的均流算法实现UPS的并联运行系统。

  二、DSP控制的UPS工作流程

  DSP控制的数字式UPS电源的工作流程是:当市电正常,输入电压、频率在允许的范围时,PFC部分对输入进行功率因数校正,使得该系统的输入功率因数为0.98左右,同时避免对电网产生污染,输入的市电经PFC环节变换得到400V直流输出电压,为后面的逆变电路提供能量。同时DC/DC部分仍然在正常工作,只是由于电池电压经过DC/DC电路变换得到360V输出电压,略小于市电经PFC变换得到的直流母线电压,这样通过二极管就将它和直流母线隔离,DC/DC部分空载运行,处于热备用状态。当市电不正常时,市电掉电或者输入电压、频率不在允许的范围时,市电经PFC得到直流母线电压迅速降低,当低于360V时,二极管导通,使得直流母线电压维持在360V,此时逆变器得到的能量是由电池电压经由DC/DC电路变化得到的直流母线电压。无论市电是否正常逆变部分均可以正常的工作。一般蓄电池可提供几分钟到几十分钟的后备供电时间,大容量的电池组的后备供电时间可以达几个到几十个小时,对于备有柴油发电机的用户,可以在市电停电5~10秒之内把柴油发电机投入到UPS电源的输入端,功率电感器可以在长时间停电的情况下向用户提供高质量的正弦波电源。经处理以后的市电同时还送给市电电压/流相位测量电路,产生市电电压信号和相位信号,供微处理器电压/流测量和同步锁相之用。这样就实现了对负载的不间断供电功能。

  三、DSP控制的UPS组成结构

  UPS要实现数字化控制,那么用更多的模拟器件才能实现的控制功能和算法就可以通过DSP的软件的编程来实现,所以整个UPS的结构就相比较用模拟器件的实现的UPS的整体结构要简单得多。如图1所示下面就是数字化的UPS的整体框图。主要由输入功率因数校正、逆变部分、DC/DC等组成。

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