基于全數(shù)字化控制的UPS并機(jī)均流方法分析

【摘要】當(dāng)單臺UPS的輸出功率達(dá)不到負(fù)載功率要求而需要擴(kuò)容時，可以用兩臺輸出功率容量低于負(fù)載功率容量的UPS并機(jī)供電，這兩臺UPS并機(jī)后輸出的總功率容量要大于（或等于）負(fù)載功率總?cè)萘?。本文首先分析全?shù)字化控制應(yīng)用普及的顯著優(yōu)勢與產(chǎn)業(yè)效益，在此基礎(chǔ)上對大功率UPS并機(jī)均流的實踐以及可行性進(jìn)行分析探索。

【關(guān)鍵詞】全數(shù)字化控制大功率UPS并機(jī)均流

1全數(shù)字化控制應(yīng)用普及的顯著優(yōu)勢與產(chǎn)業(yè)效益

1.1全數(shù)字化控制的基本原理概述

電力電子電路的控制已經(jīng)由模擬控制、模數(shù)混合控制，進(jìn)入到全數(shù)字控制階段。DSP控制使得某些依賴于高速數(shù)值運算的復(fù)雜控制策略的實現(xiàn)成為可能。全數(shù)字控制是一個新的發(fā)展趨勢，已經(jīng)在許多功率變換設(shè)備中得到應(yīng)用。

1.2全數(shù)字化控制的產(chǎn)業(yè)效益與應(yīng)用前景

過去數(shù)字控制在UPS控制中用較少。原因是，對于高頻率的開關(guān)變換器來說，數(shù)字帶寬不夠高，但是全數(shù)字控制的費用又太貴，阻礙了電源控制的全數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，近兩年來，已經(jīng)開發(fā)出電源的高性能全數(shù)字控制芯片(IC)，費用也已降到比較合理的水平。實時數(shù)字控制可以減小UPS外觀體積，實現(xiàn)快速、靈活的控制設(shè)計，使UPS控制的性能更好，改善電路的瞬態(tài)響應(yīng)，使之速度更快，更精確。數(shù)字控制可以實現(xiàn)精細(xì)的非線性算法，監(jiān)控多部件的分布電源系統(tǒng)，減少產(chǎn)品測試和調(diào)整時間，使產(chǎn)品生產(chǎn)率更高。

1.3數(shù)字化大功率UPS并機(jī)的市場應(yīng)用效益

由于微處理器監(jiān)控技術(shù)和先進(jìn)的IGBT驅(qū)動型SPWM等高技術(shù)的應(yīng)用，目前的UPS已經(jīng)達(dá)到了極高的可靠性水平，對于大型UPS來講，使用數(shù)字化的控制，在實現(xiàn)精密控制的同時，也提高了設(shè)備運行的可靠性，其單機(jī)的年均無故障工作時間（MTBF）已經(jīng)超過20萬小時，如果采用雙總線輸出的多機(jī)冗余型UPS供電系統(tǒng)，其MTBF甚至可達(dá)1 000萬小時數(shù)量級。體積小，精度高，可靠強(qiáng)，是數(shù)字化大功率UPS并機(jī)的優(yōu)點，其市場效益不言而喻。

2大功率UPS并機(jī)均流的實踐探索以及可行性分析

2.1硬件設(shè)備的選取與軟件程序的適配

UPS并機(jī)均流的關(guān)鍵是逆變器的均流。逆變器一般由功率主電路、控制電路等組成。目前，較先進(jìn)的逆變器的功率電路已采用功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET）、絕緣門極晶體管（IGBT）等高頻化全控功率器件取代了只能控制其開通，且工作頻率低的晶閘管（SCR）?？刂齐娐飞?，采用了數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)和具有主機(jī)自診斷系統(tǒng)及同步信號跟蹤系統(tǒng)。主機(jī)的結(jié)構(gòu)上，采用冗余設(shè)計，當(dāng)其中一個或多個元器件出現(xiàn)故障時仍能正常工作，由LED液晶顯示屏記錄主要參數(shù)，及信號報警功能。

2.2通信與信號系統(tǒng)構(gòu)造分析

兩臺UPS輸出電壓的幅值差及相位偏差，會產(chǎn)生兩臺并機(jī)的輸出環(huán)流，直接影響兩臺UPS的輸出有功功率差和無功功率，且輸出有功功率偏差與電壓相位差成正比，輸出無功功率偏差與電壓幅值差成正比。只有使得兩臺UPS的輸出電壓幅值與相位無限接近，才能確保實現(xiàn)兩臺UPS的并機(jī)均流。

在并機(jī)信號中，通訊總線中需要有兩組信號進(jìn)行交互。一組為電壓基準(zhǔn)相位線，各UPS模塊正弦電壓基準(zhǔn)的頻率、相位與電壓基準(zhǔn)相位上方波的頻率、相位保持一致，從而實現(xiàn)輸出電壓的同步；另一組為平均輸出電流線，為用實現(xiàn)均流提供電流的基準(zhǔn)信息。當(dāng)兩臺UPS在執(zhí)行并機(jī)操作時，均執(zhí)行總線上的控制信號，不需要互相獲取對方的實時的輸出頻率、相位、電壓、電流等參數(shù)信息，就能達(dá)到相互鎖相同步并機(jī)，均勻分擔(dān)負(fù)載電流的目的。

3結(jié)語

大功率UPS系統(tǒng)是一個多路電源輸入的低壓多端網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備是逆變器和靜態(tài)開關(guān)等，是一套電子元件自動控制的電力裝置。本文通過基于全數(shù)字化控制的大功率UPS并機(jī)均流分析，可以向用戶提供更加穩(wěn)定、精確、高質(zhì)量的電壓波形。同時數(shù)字化的控制與模擬控制比較，更加柔化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，更易于更新和升級，有更可觀的市場前景。