UPS 逆變器控制策略探討

董秋軍

（國網山東電力公司檢修公司，山東 濟南 250000）

0 引 言

隨著電力電子技術的不斷發展，電源產業伴隨著工業控制、軍事醫學以及通信交通等行業得到了空前發展。在實際用電過程中，以往的供電方式已經漸漸不能滿足供電需要。為了提高供電質量，不間斷電源UPS成為電力用戶的首選。為了確保UPS能夠進行安全穩定的工作，要結合電力用戶用電的實際需求，采取高效可行的逆變器控制方案，確保供電工作的順利實施。

1 UPS逆變器控制系統硬件設計

逆變器控制系統根據各部分功能的不同，可以進一步分為控制系統電路和逆變功率電路。其中，前者的主要功能是對系統電路進行有效調控，后者的主要功能是對逆變器進行有效控制。使用的控制芯片型號為TMS320F28335，生產廠商是德州儀器。該芯片具有強大的處理能力，運行速率高達150 MHz，能夠在較短時間內對控制算法進行編寫控制。

1.1 電壓電流采樣電路

對輸出電流檢測電路而言，由于采用的TMS320F28335主控芯片內部的ADC測量范圍為0～3 V，一旦測量信號超過主控芯片的電壓承受能力后，就會導致ADC燒毀，影響逆變器的正常工作。因此，要結合工作過程中電壓和電流的實際情況，對測量信號進行有效調整，并加入鉗位保護。電流調理電路如圖1所示。

圖1 電流調理電路示意圖

采樣電流信號經過低通濾波和縮放后轉換到ADC的測量范圍內，確保ADC的穩定運行，再經過二極管鉗位保護后接入到DSP的ADC引腳上。

在對控制系統的輸出電壓和母線電壓進行檢測的過程中，為了確保實驗的安全進行，采用低壓電源進行試驗。蓄電池經過DC/DC有效轉化后，能轉變為260 V的高壓并施加在母線上，再通過多個電阻進行有效串聯，進而有效獲取母線上的電壓信號。

1.2 驅動電路設計

實際的實驗過程中雖然采取了有效措施，但是逆變橋的臂上管仍舊存在浮地問題。為了對有效改善該情況，減少實際的電源投入成本，可以將自舉式驅動方式有效運用于逆變橋的驅動過程。

由于UPS逆變器控制單元中主電路的電壓和電流均較大，為了確保其能夠安全平穩運行，需結合實際情況采取有效的改善措施，不斷提高控制系統的整體穩定性。TLP250帶有光電隔離功能，能夠適應不同情況的要求，且具有強大的驅動能力，最高可達1.5 A，不僅能夠有效分離驅動點和脈寬調制電路，而且符合驅動功率開關管在實際工作中的要求，具體電路結構如圖2所示。

1.3 過壓和欠壓保護

在UPS逆變器實際的工作過程中，過壓和欠壓情況時有發生。為了避免UPS逆變器受到損壞，需要采取可靠的保護措施。當電路中出現過壓或欠壓情況時，保護電路能實時監測電路的異常情況，并進行科學、合理判斷，向DSP發送相應的指令信號，進而及時作出有效調整，確保逆變器安全工作。

2 UPS逆變器控制策略

2.1 數字PID控制

數字PID控制技術是當前比較成熟的控制技術之一，在UPS逆變器控制過程中得到了廣泛應用。它的控制方式主要包括電壓瞬時值反饋和雙閉環反饋[1]。相較于傳統的模擬PID控制器，數字PID控制過程中融合了比例、積分以及微分三種算法，能夠克服傳統模擬器存在的諸多問題。數字PID控制采取的控制理論算法比較簡單，工作過程中的參數易于設定，能夠適應不同的系統要求，同時有利于工作人員的理解和操作，有效提高了UPS逆變器工作過程中的穩定性。但是，數字PID控制算法也存在一定的局限性。例如，抽樣的量化誤差會對控制精度造成不利影響，且具有一定程度的時間滯后問題。因此，在實際工作過程中，為了盡可能將誤差控制在合理范圍，確保PID具有良好的控制性能，經常會將PID技術與其他類型的控制技術進行有機結合，進而起到協同控制的目的。

圖2 驅動電路原理示意圖

2.2 重復控制

重復控制技術是從實際生產中發展而來的控制理論，理論基礎建立在內模控制原理之上。通過將重復控制方式有效運用于UPS逆變器控制過程中，能夠有效消除逆變器工作過程中出現的非線性負載，進而確保UPS逆變器的安全平穩工作。重復控制對逆變器的靜態性能具有十分重要的現實意義。通過采取有效的重復控制措施，能夠將周期性干擾引起的穩態誤差控制在合理范圍內，確保輸出波形的精度符合要求[2]。實際工作過程中，延遲因子難以避免，導致重復控制器單獨工作時的控制效果非常有限。因此，它需要與其他的控制理論進行有效配合，為UPS逆變器控制系統的穩定運行提供可靠保障。

2.3 無差拍控制

相較于傳統的PID控制方式，無差拍控制的最大優勢在于所有的控制算法都是以指令化的語句實現的。無差拍控制對系統輸出的反饋信號進行系統推算，不需要借助模擬信號發生器，能夠計算出監控目標下一個周期的緊缺數學模型，為UPS逆變器控制過程向數字化轉換提供了良好基礎[3]。無差拍控制系統在工作過程中所輸出的電壓波形質量較高，畸形波較少，總諧波產生的畸變率較低。同時，由于無差拍控制算法能夠在一拍進行的過程中進行有效計算和輸出，因此該種類型的控制系統具有非常快的反應速度。但是，無差拍控制也存在一定的局限性，如直流電壓的利用率較低，當拍計算和當拍輸出會給系統造成不小的負荷，進而影響系統的穩定運行，導致輸出信號發生不同程度的震蕩[4]。

2.4 智能控制

隨著信息技術的不斷發展，智能控制技術也被有效運用到了UPS逆變器控制系統中。當前，應用廣泛的智能控制方式主要有神經網絡控制和模糊控制。神經網絡控制是由人腦中樞神經系統發展而來的一種先進控制方式，具有非常強的綜合處理能力，能夠對海量信息進行系統全面的有效分析。同時，對于比較復雜的問題，該系統還能通過不斷地更新、升級，提高系統的問題處理能力，能夠對更多的復雜問題進行有效控制和處理[5]。模糊控制主要是指通過對人腦的思維方式進行科學合理模擬，不建立非常精確的控制模型，能夠大大降低建模的難度，確保UPS逆變器始終處于良好的工作狀態，為電力用戶提供穩定的電源供應。雖然模糊控制器具有響應速度快的優勢，但是也存在穩態特性不理想的局限性，影響了模糊控制器在UPS逆變器控制系統中的應用。因此，在實際使用過程中，可以將這兩種智能控制技術進行有機結合，共同應用于UPS逆變器控制系統[6]。

3 結 論

隨著電力用戶對用電質量要求的不斷提高，需要進一步發展和改進UPS供電系統。實際的供電過程中，UPS會受到外界各種不良因素的影響[6]，因此需要結合電力用戶的實際需求，采取有針對性的逆變器控制策略，確保UPS的安全平穩工作，從而為電力用戶提供可靠的電能供應。