數字化在線式UPS的研究和開發(fā).pdf

1、隨著高性能DSP 控制器的出現，UPS 的數字化控制成為發(fā)展的趨勢與方向。從技術角度來說，DSP 技術的應用可以提高UPS 產品輸出電壓的穩(wěn)定性、純凈程度和自身的可靠性，同時能改善系統(tǒng)的動穩(wěn)態(tài)等性能，產品生產便于標準化和優(yōu)化升級。 本文順應UPS 當前的發(fā)展趨勢，采用TMS320LF2407A 做為系統(tǒng)的核心控制芯片，研究和開發(fā)數字化的在線式單相不間斷電源UPS，主要完成了以下工作： 以單相在線式UPS 功率電路的拓撲結

2、構為基礎，首先簡要地分析了系統(tǒng)主電路三個組成部分（輸入APFC 環(huán)節(jié)、電池DC/DC 升壓環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)）的功能和數學模型。然后根據不同的研究需要，利用Matlab 軟件和Synopsys 公司的SaberDesigner軟件，構建了系統(tǒng)主電路的仿真研究平臺。其中，在SaberDesigner 平臺建模時考慮了PWM 信號的產生、封鎖、死區(qū)效應及控制，為UPS 系統(tǒng)的控制研究奠定了理論與仿真的基礎。 設計了主電路重要的元器件參數

3、，其中輸入側的升壓濾波電感一直是UPS 電路設計的一個難點，本文根據系統(tǒng)所能提供的最大功率和運行中的最大電流脈動量，分析了單位開關周期內電流變化與電感之間的規(guī)律，提出了一種基于系統(tǒng)額定功率和抑制電流脈動的新的輸入電感設計方法。 分析了UPS 系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的普通PI 雙閉環(huán)控制方法，為了改善系統(tǒng)的動穩(wěn)態(tài)特性，本文提出了多種智能控制算法，將之分別引入到UPS 各環(huán)節(jié)的控制：（1）帶死區(qū)的變速PID 控制引入到輸入APFC 環(huán)節(jié)的電壓環(huán)

4、控制；（2）將預測控制引入到電池升壓環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制；（3）將帶參數自調整的模糊PI 邏輯控制與重復控制相結合的復合智能控制引入到逆變環(huán)節(jié)的控制。 在SaberDesigner 中已構建的UPS 主電路仿真平臺的基礎上，結合UPS 各環(huán)節(jié)的控制方案，構建了系統(tǒng)完整的控制仿真實驗平臺，分別從單個環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的角度驗證各普通和優(yōu)化控制算法，對系統(tǒng)的輸入/輸出特性進行了詳細的波形、頻譜分析和比較。系統(tǒng)控制仿真實驗平臺中所有的控制器均采用

5、MAST 語言編寫數字離散程序后封裝成獨立的控制模塊，實現了真正意義上的UPS 數字離散化系統(tǒng)仿真。 基于系統(tǒng)功率守恒定律，分析和推導了一種輸入電流和直流側電壓重構，僅需檢測輸入電壓實現UPS 輸入APFC 環(huán)節(jié)控制的新方案。此新方法不需要改變現有主電路的拓撲結構，實現簡單，不涉及繁瑣的積分與微分計算，經過調節(jié)，即使在電路參數變化的情況下，最終仍能實現UPS 各個環(huán)節(jié)的控制，系統(tǒng)的動穩(wěn)態(tài)特性良好。 根據UPS 主電路的拓

6、撲結構，結合TMS320LF2407A 的DSP 芯片特點，從系統(tǒng)控制的角度，給出了數字化UPS 控制電路的硬件結構、軟件時序安排與軟件流程，討論了系統(tǒng)的死區(qū)效應、死區(qū)控制與補償技術。 針對改善數字化UPS 的控制性能，從應用的角度討論和分析了若干在研究過程中容易出現的問題，并給出了相應的解決方法。其中，UPS 輸入電壓的狀態(tài)實時檢測并完成瞬時切換是UPS 能否真正實現不間斷運行的前提和關鍵，本文在現有的檢測方法的基礎上進行了有