不间断电源控制策略的思考

不间断电源控制策略的思考

于光辉何伟伟

（兰州石化设备维修公司甘肃省730000）

摘要：随着电气设备应用范围的扩大，人们的生产生活对其更加依赖，因此电气设备的运行是否稳定、可靠，与人们的生产、生活紧密相关。但因为电气设备多在精密仪器中使用，由此，不间断电源的出现与使用虽会带来便利，但也需要严密的控制，故本文是通过不间断电源种类的阐述，分析了它的控制策略与发展。

关键词：不间断电源；控制策略；逆变器控制；PI控制

引言

不间断电源应用后，市场对其提出了更高的要求，即提高其性能与运行的效率，这给不间断电源的发展带来了新的机遇，但也对它的控制提出了更高的要求，所以，基于现有不间断电源的控制技术，分析技术未来的发展方向，可加快不间断电源的发展，提升其性能。

一、不间断电源的种类

1.1后备式不间断电源

后背式不间断电源主要用于交流电路，在电路上安装稳压器与滤波装置，过滤输出的电流，改善电流的输出。如果电路出现异常，它可以用开关转化为电池，向其他设备输出电流，电流的波形有正弦波、方波两种。电池转化的时间最短为5毫秒，最多为10毫秒，停止供电的时间较短，不会对设备产生较大的影响。

1.2在线互动式不间断电源

这类电源融合了在线式与后备式电源的优势，在线路中不间断的工作，向两个方向传递能量。如果主电池供电正常，电池处于充电的状态，一旦供电异常，电池内的电流会转化为正弦电，向外输出。它主要在家庭、小型办公中使用。

1.3在线式不间断电源

它是两级变换结构。供电正常的情况下，电源的电会从交流电变为直流电，并把直流电输出到逆变器中，最终输出的电流是正弦交流电，但如果电流异常，其会切换到电流状态，前级电路变为DC/DC电路，增加电压，后级电路仍进行逆变输出的操作。其可在对电流供应有较高要求的场所中使用[1]。

二、不间断电源的控制策略与发展

2.1控制策略

三相整流器的控制：首先，滞环比较控制，它是把输出与输入电压的误差传输到PI条件器，和输入电压的信号相乘，计算输入电流的既定值，随后，选择比较的区间，让电流在这个区间内移动；其次，直流电流控制，该方法多用于单项整流器中，具体使用时已经得到电路输入后的给定值，并让其与输出电压保持一致，而这一电流经过PI调节器后并完成比较后，可得到PWM信号。它与上一种方法的不同是，PWM信号频不变，产生的EMI较小，可广泛使用；最后，无静差控制，该方法应用时，是基于不同的坐标系，采用相应的方法控制，即在静止坐标系中，使用的是PR的控制方法，而在旋转坐标系中，运用的是PI（比例积分）控制方法。

逆变器控制：

其一，重复控制，它实际操作时是运用重复控制器，并使用控制器中的内模，它可以为系统提供稳定的信号，而内模操作的同时，也会形成内模表达式，并设置周期延时环节，这样做的目的是对信号进行超前处理，优化相位补偿的操作，但它的劣势是，延长了系统响应的时间，避免其出现滞后操作。

其二，PI控制，它是用PI控制器操作，处理的环节有比例环节、积分环节与微分环节等，其具体应用时必须注意的一点是，控制器的运行速度需适中，不可以过快或过慢，如果速度失衡，必然会影响系统的稳定。

其三，无差拍控制，该方法最早出现于60年代，并在长期发展中丰富了理论，它包括三种方法，分别是阻性负载型、使用干扰预测性观测器与参数识别，其中，第二种方式是计算脉冲，并在脉冲计算的基础上加入负载电流，把负能量带来的干扰抵消，因此系统或电流基本不会感应到负载量的变化，让系统更具动态性。同时，这一方式可实时跟踪正弦电压，可以适应不同的负载变化，符合系统动态变化提出的要求[2]。

其四，状态反馈控制。状态反馈控制需使用相应的系数，并设计反馈增益的矩阵，以此分析出系统动态变化的特征。其中，状态反馈系数可以用以下两种方式得到，第一种是依照系统提出的极点，算出增益矩阵，第二种是选择最佳的控制原理，增加系统输出的理想电流，确定反馈益增。这一方法的优势是，增加逆变器的抗干扰性，让系统快速响应突变，把系统的电压控制到最小，但它的不足是引发波形失真。

其五，滑模控制。它包括两部分，其一是个前馈控制，其二是是滑模控制，前者是用电压跟踪信号，后者使用开关控制，通过开关的开闭，选择控制的时间。这一方式与其他方式相比，可有效预防外部环境对它的干扰，保持系统的稳定，但它的不足是，系统稳定的效果较差，产生的波形质量不稳。

最后，智能控制。智能控制技术的运用，是在控制策略中加入模糊控制、网络控制的操作，这两种技术与原有的技术比较后，可以得出，它不会依赖数学模式，而是根据人的思维，处理信息，并用网络技术传播、储存。

前后级变换器的协调控制：该控制有两种方式，其一是分析PFC整流器的电压环参数，而其使用的是电压环控制器，这个控制器操作后，Bus电压不会产生稳态误差，并让系统快速响应，而为进一步加快系统响应的速度，可适当调高控制环的频率，并预防相应问题的出现；其二是对输出功率进行前馈控制，它的控制是针对后级负载量的突变提出的，快速用动态电流处理，调直流线路一侧的电压，保持电压的稳定。

2.2发展

上述技术虽然有丰富的功能，也基本实现数字控制，但为进一步优化控制的操作，其需向数字化与高频化的方向发展，优化计算机网络的设计。

实现多机并联，完成冗余化操作。实现UPS并联带来的积极影响是，根据实际需求，增加电源系统的容量；建立并联的冗余系统，保证运行的高效；提升系统的可维修性，如果某个单一的设备出现故障，可采用的相应的方式快速维修，更换运行的设备。

向数字化、高频化进一步发展。传统的控制策略有很多局限性，但随着数字技术的使用，让UPS的整体设计更加灵活，缩短了系统设计的周期，提高整体性能。同时，高频化的操作，是缩小装置的大小，检测音频产生的噪音，加快系统的响应。

向智能化、网络化进一步发展。为适应信息技术的发展，UPS已经设计了多个接口，并加入了在线监控、系统自我保护等操作，但这些设计还具有局限性，故其可在系统中加入人机互动的操作，并设置远程控制的功能，即人机交互是显示屏上可以显示分析后的结果，反馈各个参数的结果，出现故障后，使用者可以根据给出的方案修复故障，避免错误操作的出现。而远程控制的操作是，在系统中加入电源监控软件，使用SNMP管理器，在平台与远程终端上建立数据连接，如此，管理人员可以根据系统的显示，查看多个设备的操作，优化对UPS的管理。

三、结语

本文通过对不间断电源的种类，以及控制策略与发展的分析，总结了多个控制策略的优势与不足，提出其需要向智能化、数字化等方向进一步发展，完善系统的构建，提升不间断电源的的性能，提高其运行效率，从而优化电力设备的运行，保持系统的稳定。

参考文献

[1]许彬慈,胡长生,张文平,徐德鸿.双能源不间断电源的能源切换控制[J].电力电子技术,2015,49(11):66-69.

[2]姚建红,高原,张秋月,杨敏建.不间断电源逆变器控制技术的研究[J].电力电子技术,2012,46(11):76-78.