數(shù)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(xiàn)，UPS 的數(shù)字化控制成為發(fā)展的趨勢(shì)與方向。從技術(shù)角度來說，DSP 技術(shù)的應(yīng)用可以提高UPS 產(chǎn)品輸出電壓的穩(wěn)定性、純凈程度和自身的可靠性，同時(shí)能改善系統(tǒng)的動(dòng)穩(wěn)態(tài)等性能，產(chǎn)品生產(chǎn)便于標(biāo)準(zhǔn)化和優(yōu)化升級(jí)。 本文順應(yīng)UPS 當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)，采用TMS320LF2407A 做為系統(tǒng)的核心控制芯片，研究和開發(fā)數(shù)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?fù)浣Y(jié)

2、構(gòu)為基礎(chǔ)，首先簡(jiǎn)要地分析了系統(tǒng)主電路三個(gè)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(shù)學(xué)模型。然后根據(jù)不同的研究需要，利用Matlab 軟件和Synopsys 公司的SaberDesigner軟件，構(gòu)建了系統(tǒng)主電路的仿真研究平臺(tái)。其中，在SaberDesigner 平臺(tái)建模時(shí)考慮了PWM 信號(hào)的產(chǎn)生、封鎖、死區(qū)效應(yīng)及控制，為UPS 系統(tǒng)的控制研究奠定了理論與仿真的基礎(chǔ)。 設(shè)計(jì)了主電路重要的元器件參數(shù)

3、，其中輸入側(cè)的升壓濾波電感一直是UPS 電路設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)，本文根據(jù)系統(tǒng)所能提供的最大功率和運(yùn)行中的最大電流脈動(dòng)量，分析了單位開關(guān)周期內(nèi)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(dòng)的新的輸入電感設(shè)計(jì)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(dòng)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(yù)測(cè)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(shù)自調(diào)整的模糊PI 邏輯控制與重復(fù)控制相結(jié)合的復(fù)合智能控制引入到逆變環(huán)節(jié)的控制。 在SaberDesigner 中已構(gòu)建的UPS 主電路仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)上，結(jié)合UPS 各環(huán)節(jié)的控制方案，構(gòu)建了系統(tǒng)完整的控制仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分別從單個(gè)環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的角度驗(yàn)證各普通和優(yōu)化控制算法，對(duì)系統(tǒng)的輸入/輸出特性進(jìn)行了詳細(xì)的波形、頻譜分析和比較。系統(tǒng)控制仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中所有的控制器均采用

5、MAST 語言編寫數(shù)字離散程序后封裝成獨(dú)立的控制模塊，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的UPS 數(shù)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(dǎo)了一種輸入電流和直流側(cè)電壓重構(gòu)，僅需檢測(cè)輸入電壓實(shí)現(xiàn)UPS 輸入APFC 環(huán)節(jié)控制的新方案。此新方法不需要改變現(xiàn)有主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不涉及繁瑣的積分與微分計(jì)算，經(jīng)過調(diào)節(jié)，即使在電路參數(shù)變化的情況下，最終仍能實(shí)現(xiàn)UPS 各個(gè)環(huán)節(jié)的控制，系統(tǒng)的動(dòng)穩(wěn)態(tài)特性良好。 根據(jù)UPS 主電路的拓

6、撲結(jié)構(gòu)，結(jié)合TMS320LF2407A 的DSP 芯片特點(diǎn)，從系統(tǒng)控制的角度，給出了數(shù)字化UPS 控制電路的硬件結(jié)構(gòu)、軟件時(shí)序安排與軟件流程，討論了系統(tǒng)的死區(qū)效應(yīng)、死區(qū)控制與補(bǔ)償技術(shù)。 針對(duì)改善數(shù)字化UPS 的控制性能，從應(yīng)用的角度討論和分析了若干在研究過程中容易出現(xiàn)的問題，并給出了相應(yīng)的解決方法。其中，UPS 輸入電壓的狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)并完成瞬時(shí)切換是UPS 能否真正實(shí)現(xiàn)不間斷運(yùn)行的前提和關(guān)鍵，本文在現(xiàn)有的檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了有