UPS 逆变器控制策略探讨

董秋军

（国网山东电力公司检修公司，山东 济南 250000）

0 引 言

随着电力电子技术的不断发展，电源产业伴随着工业控制、军事医学以及通信交通等行业得到了空前发展。在实际用电过程中，以往的供电方式已经渐渐不能满足供电需要。为了提高供电质量，不间断电源UPS成为电力用户的首选。为了确保UPS能够进行安全稳定的工作，要结合电力用户用电的实际需求，采取高效可行的逆变器控制方案，确保供电工作的顺利实施。

1 UPS逆变器控制系统硬件设计

逆变器控制系统根据各部分功能的不同，可以进一步分为控制系统电路和逆变功率电路。其中，前者的主要功能是对系统电路进行有效调控，后者的主要功能是对逆变器进行有效控制。使用的控制芯片型号为TMS320F28335，生产厂商是德州仪器。该芯片具有强大的处理能力，运行速率高达150 MHz，能够在较短时间内对控制算法进行编写控制。

1.1 电压电流采样电路

对输出电流检测电路而言，由于采用的TMS320F28335主控芯片内部的ADC测量范围为0～3 V，一旦测量信号超过主控芯片的电压承受能力后，就会导致ADC烧毁，影响逆变器的正常工作。因此，要结合工作过程中电压和电流的实际情况，对测量信号进行有效调整，并加入钳位保护。电流调理电路如图1所示。

图1 电流调理电路示意图

采样电流信号经过低通滤波和缩放后转换到ADC的测量范围内，确保ADC的稳定运行，再经过二极管钳位保护后接入到DSP的ADC引脚上。

在对控制系统的输出电压和母线电压进行检测的过程中，为了确保实验的安全进行，采用低压电源进行试验。蓄电池经过DC/DC有效转化后，能转变为260 V的高压并施加在母线上，再通过多个电阻进行有效串联，进而有效获取母线上的电压信号。

1.2 驱动电路设计

实际的实验过程中虽然采取了有效措施，但是逆变桥的臂上管仍旧存在浮地问题。为了对有效改善该情况，减少实际的电源投入成本，可以将自举式驱动方式有效运用于逆变桥的驱动过程。

由于UPS逆变器控制单元中主电路的电压和电流均较大，为了确保其能够安全平稳运行，需结合实际情况采取有效的改善措施，不断提高控制系统的整体稳定性。TLP250带有光电隔离功能，能够适应不同情况的要求，且具有强大的驱动能力，最高可达1.5 A，不仅能够有效分离驱动点和脉宽调制电路，而且符合驱动功率开关管在实际工作中的要求，具体电路结构如图2所示。

1.3 过压和欠压保护

在UPS逆变器实际的工作过程中，过压和欠压情况时有发生。为了避免UPS逆变器受到损坏，需要采取可靠的保护措施。当电路中出现过压或欠压情况时，保护电路能实时监测电路的异常情况，并进行科学、合理判断，向DSP发送相应的指令信号，进而及时作出有效调整，确保逆变器安全工作。

2 UPS逆变器控制策略

2.1 数字PID控制

数字PID控制技术是当前比较成熟的控制技术之一，在UPS逆变器控制过程中得到了广泛应用。它的控制方式主要包括电压瞬时值反馈和双闭环反馈[1]。相较于传统的模拟PID控制器，数字PID控制过程中融合了比例、积分以及微分三种算法，能够克服传统模拟器存在的诸多问题。数字PID控制采取的控制理论算法比较简单，工作过程中的参数易于设定，能够适应不同的系统要求，同时有利于工作人员的理解和操作，有效提高了UPS逆变器工作过程中的稳定性。但是，数字PID控制算法也存在一定的局限性。例如，抽样的量化误差会对控制精度造成不利影响，且具有一定程度的时间滞后问题。因此，在实际工作过程中，为了尽可能将误差控制在合理范围，确保PID具有良好的控制性能，经常会将PID技术与其他类型的控制技术进行有机结合，进而起到协同控制的目的。

图2 驱动电路原理示意图

2.2 重复控制

重复控制技术是从实际生产中发展而来的控制理论，理论基础建立在内模控制原理之上。通过将重复控制方式有效运用于UPS逆变器控制过程中，能够有效消除逆变器工作过程中出现的非线性负载，进而确保UPS逆变器的安全平稳工作。重复控制对逆变器的静态性能具有十分重要的现实意义。通过采取有效的重复控制措施，能够将周期性干扰引起的稳态误差控制在合理范围内，确保输出波形的精度符合要求[2]。实际工作过程中，延迟因子难以避免，导致重复控制器单独工作时的控制效果非常有限。因此，它需要与其他的控制理论进行有效配合，为UPS逆变器控制系统的稳定运行提供可靠保障。

2.3 无差拍控制

相较于传统的PID控制方式，无差拍控制的最大优势在于所有的控制算法都是以指令化的语句实现的。无差拍控制对系统输出的反馈信号进行系统推算，不需要借助模拟信号发生器，能够计算出监控目标下一个周期的紧缺数学模型，为UPS逆变器控制过程向数字化转换提供了良好基础[3]。无差拍控制系统在工作过程中所输出的电压波形质量较高，畸形波较少，总谐波产生的畸变率较低。同时，由于无差拍控制算法能够在一拍进行的过程中进行有效计算和输出，因此该种类型的控制系统具有非常快的反应速度。但是，无差拍控制也存在一定的局限性，如直流电压的利用率较低，当拍计算和当拍输出会给系统造成不小的负荷，进而影响系统的稳定运行，导致输出信号发生不同程度的震荡[4]。

2.4 智能控制

随着信息技术的不断发展，智能控制技术也被有效运用到了UPS逆变器控制系统中。当前，应用广泛的智能控制方式主要有神经网络控制和模糊控制。神经网络控制是由人脑中枢神经系统发展而来的一种先进控制方式，具有非常强的综合处理能力，能够对海量信息进行系统全面的有效分析。同时，对于比较复杂的问题，该系统还能通过不断地更新、升级，提高系统的问题处理能力，能够对更多的复杂问题进行有效控制和处理[5]。模糊控制主要是指通过对人脑的思维方式进行科学合理模拟，不建立非常精确的控制模型，能够大大降低建模的难度，确保UPS逆变器始终处于良好的工作状态，为电力用户提供稳定的电源供应。虽然模糊控制器具有响应速度快的优势，但是也存在稳态特性不理想的局限性，影响了模糊控制器在UPS逆变器控制系统中的应用。因此，在实际使用过程中，可以将这两种智能控制技术进行有机结合，共同应用于UPS逆变器控制系统[6]。

3 结 论

随着电力用户对用电质量要求的不断提高，需要进一步发展和改进UPS供电系统。实际的供电过程中，UPS会受到外界各种不良因素的影响[6]，因此需要结合电力用户的实际需求，采取有针对性的逆变器控制策略，确保UPS的安全平稳工作，从而为电力用户提供可靠的电能供应。