UPS控制策略对比分析

摘 要 随着电子技术的不断发展，使不同高级应对措施的应用即ups电源的全数字化控制逐渐成为可能。为使系统控制性能增强，引入全数字化策略控制逆变电源。当前，UPS得到了很大的发展，趋向于全数字化、模块化、智能化等方向不断前进。对于UPS来说，其控制策略基本上涉及到逆变器与整流器两个方面的内容，在这里，前者涉及到直流供电电源等，按照电路结构的差异大体上涉及到单相半桥和全桥、三相桥式、变压器中心抽头推挽式逆变器等。另一方面，后者因桥臂输出电压有零电压续流这一种情况，能够达到倍频，在相对偏小的开关频率下能够实现非常理想的谐波控制。长期以来，波形控制技术始终属于逆变器行业的一个重要的方向，经过长期的探讨形成诸多类型的控制策略，中PID控制算法属于业界最为普及的一种技术方法。

关键词 UPS电源；数字化；控制策略；逆变器；整流器

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）09-0175-01

尽管通过诸多交流净化或稳压电源能够有效应对交流电压不稳等诸多方面的困境，然而却无法解决交流供电中断这一问题。引入不间断电源UPS是有效应对供电电源的手段。对于UPS来说，其自刚开始的机械飞轮式优化升级至现在高级的产品，性能日益提高，特别是基于PWM方法的UPS，已在诸多行业得到普及推广，例如医疗、电信等[1]。

随着电子技术的不断发展，使不同高级应对措施的应用即UPS电源的全数字化控制逐渐成为可能。为使系统控制性能增强，引入全数字化策略控制逆变电源。当前，UPS得到了很大的发展，趋向于全数字化、模块化、智能化等方向不断前进[2-3]。

1 UPS控制策略

对于UPS来说，其基本上涉及到逆变器与整流器两个方面的内容，在这里，前者涉及到直流供电电源等，按照电路结构的差异大体上涉及到单相半桥和全桥、三相桥式、变压器中心抽头推挽式逆变器等。在这里单相逆变器主要涉及到半桥、全桥结构，其中前者相对较为简单，然而其具有相对较低的输出电压，对于中小容量环境较为合适场合；而对于后者较为繁琐，然而其能够非常方便的控制，同时其输出电压为上一种的2倍，其对许多偏大容量环境较为合适。另一方面，后者因桥臂输出电压有零电压续流这一种情况，能够达到倍频，在相对偏小的开关频率下能够实现非常理想的谐波控制。

对于逆变器来说，其实践过程中基本上是自方波一直发展至SPWM逆变器。其中，对于方波逆变器来说，其电路具有相对简易的拓扑，并且具有相对较少的功率器件数，以及其输出电压能够适当调节等诸多方面的优点，然而其存在很大的谐波，同时其滤波器占用空间以及负担较大。而对于阶梯波合成逆变器来说，其电路具有非常繁琐的拓扑，具有相对较多的功率器件数，同时其输出电压是不能够进行调整的等诸多方面的不足之处，然而其滤波器输出与电压谐波等具有非常明显的优势，一般是是通过两组完成移相控制，从而达到控制输出电压基波分量的目的。

SPWM技术，因存在开关频率保持不变、滤波器较为简易等诸多方面的长处，使其发展成现阶段业界非常普及的一种逆变用PWM方法。

2 策略对比

长期以来，波形控制技术始终属于逆变器行业的一个重要的方向，经过长期的探讨形成诸多类型的控制策略，大体上涉及到下面几类，接下来笔者将对进行阐述。

1）PID控制。对于PID控制器来说，其具有非常高的适用程度，从发现至今已近走过了五十多年的风雨历程，当前依旧属于业界最为普及的一种控制器。其具有非常简单明了的特点，在引入过程中无须较为准确的模型等诸多方面的优势，所以发展成业界最普及的技术手段。在这里，其控制主要涉及到电压、流双闭环与电压单闭环两种基本方式。

单环PID控制，它的定义非常清楚，非常易于开展，成为实践过程中最为普及的一种。其还能够在逆变器波形控制中引入。尽管PID控制与均值反馈进行对比来说其快速性明显提升，然而依旧非常有限，其无法有效抑制非线性负载扰动。单环使单环PI控制的动态优势有所提升，然而它和PID控制相同，都不能完成无静差跟踪正弦指令，具体操作系统一般是基于PID控制新添均值反馈，利用这一种方式提高其稳态精度。

关于双闭环控制方面。单闭环控制在应对负载影响上具有非常明显的不足之处，由于仅仅在负载扰动能够反映于输出电压波形上，在这种情况下，控制器才会出现一定的响应，因此它具有相对较差的其抗负载扰动性能。鉴于这一个原因，应当基于SPWM逆变器的电压单环新添加电流内环，通过其所具备的优良的、高效的防止干扰能力尽可能的缓解这一方面的不利作用。另一方面，因新添加的内环能够改造控制对象，鉴于这一个方面的原因，则能够在很大程度上简化外环的设计工作流程。

2）滞环控制。其大致原理即把给定信号和检测的输出信号进行对比分析，按照具体误差状况将逆变器进行改变，使得具体输出随着给定波形产生相应的改变，通过这种方式使得偏差保持在某区域之中。该种控制方式存在诸多方面的长处，例如反应迅速、准确控制、非常易于实现、无须弄清楚负载特征等，然而其存在一定的不足之处，传统滞环开关频率始终变化在很大程度上增加了开发输出滤波器这一个工作的难度，根据它存在的不足提出若干应对措施，例如调整滞环环宽等方式降低开关频率改变幅度。

3）无差拍控制。无差拍即基于控制对象离散数学模型，利用施加科学合理的控制量的方式实现被调量的偏差能够于某采样周期中有所优化完善。其非常突出的优势即存在非常明显的动态特，另一方面其存在的突出不足之处是高度依赖于被控对象的精确数学模型，在这里后者在实践中往往无法实现，同时各个UPS的数学模型具有一定的差异，因此导致控制程序不具备通用性。同时，对于控制器来说，其为实现在一采样周期时间之中将偏差有纠正的目的，通过会利用十分强烈的控制，当设计过程中引入的数学模型和具体对象存在一定的不同，在这种情况下，一方面无法实现无差拍目的，另一方面却能够造成输出电压产生一定的振荡，这样对逆变器的有效运行非常不利。

除去上文中笔者所提出的几种控制算法，同时业界还提出神经网络控制等技术手段。均能够有效缓解各种波形畸变。其中PID控制算法属于业界最为普及的一种技术方法。

3 总结

尽管通过诸多交流净化或稳压电源能够有效应对交流电压不稳等诸多方面的困境，然而却无法解决交流供电中断这一问题。引入不间断电源UPS是有效应对供电电源的手段。对于UPS 来说，已在诸多行业得到普及推广，例如医疗、电信等。对于UPS的逆变器来说，其实践过程中基本上是自方波一直发展至SPWM逆变器。其中，对于方波逆变器来说，其电路具有相对简易的拓扑，并且具有相对较少的功率器件数，以及其输出电压能够适当调节等诸多方面的优点，然而其存在很大的谐波，同时其滤波器占用空间以及负担较大。业界内目前方法众多，例如PID控制、滞环算法、无差拍控制、神经网络控制算法等，其中PID控制算法属于业界最为普及的一种技术方法。

参考文献

[1]陈坚.电力电子学 电力电子变换和控制技术[M].北京：高等教育出版社，2002：137-142.

[2]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2000：163-165.

作者简介

谭兰平（1982-），男，汉族，昆明理工大学，生物医学工程专业，现云南禹科实业有限公司工作，主要从事强弱电工程设计工作。