專利名稱：：一種ups電源自回饋老化的控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及UPS電源，更具體地說，涉及一種UPS電源自回饋老化的控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：高溫老化是不間斷電源(UninterruptablePowerSupply，簡(jiǎn)稱UPS)生產(chǎn)過程中必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，UPS在40度環(huán)境溫度下連續(xù)48小時(shí)滿載運(yùn)行過程中，系統(tǒng)的裝配錯(cuò)誤、器件缺陷可以提前暴露出來，有力保證出廠產(chǎn)品質(zhì)量。通常UPS容量較小時(shí)，高溫老化可以采用帶阻性滿載的方法。但隨著小容量UPS市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，企業(yè)面臨很大的成本壓力，48小時(shí)阻性滿載消耗的電費(fèi)、負(fù)載資產(chǎn)費(fèi)用對(duì)企業(yè)來說也是一筆不小的開支，自回饋老化技術(shù)也是在此背景下提出的。采用SPWM調(diào)制技術(shù)的逆變器，由于基準(zhǔn)正弦波的直流分量、采樣電路中運(yùn)放的零點(diǎn)漂移、開關(guān)器件不一致、驅(qū)動(dòng)脈沖分配和死區(qū)時(shí)間的不對(duì)稱以及電網(wǎng)電壓中的直流成分等原因，都會(huì)造成逆變電感電流中含有直流分量。而傳統(tǒng)的小容量UPS限于成本壓力，通常采用電流互感器(currenttransformer，簡(jiǎn)稱CT)等來檢測(cè)逆變電感電流，此類的電流檢測(cè)裝置不具備檢測(cè)直流分量的能力。直流分量的危害1、自老化系統(tǒng)中，逆變電感電流直流偏置的存在會(huì)導(dǎo)致正負(fù)母線電壓的不平衡，進(jìn)而促使自老化系統(tǒng)因單邊母線過壓故障而關(guān)機(jī)，導(dǎo)致自老化失??；2、逆變電感電流直流偏置的存在會(huì)導(dǎo)致老化功率分配不均衡，導(dǎo)致系統(tǒng)過流保護(hù)甚至損壞功率器件；3、導(dǎo)致逆變輸出的低功率因素和高諧波含量，給電網(wǎng)帶來污染。直流分量的成因采用SPWM調(diào)制技術(shù)的逆變器，由于基準(zhǔn)正弦波的直流分量、采樣電路中運(yùn)放的零點(diǎn)漂移、開關(guān)器件不一致、驅(qū)動(dòng)脈沖分配和死區(qū)時(shí)間的不對(duì)稱以及電網(wǎng)電壓中的直流成分等原因，都會(huì)造成逆變電感電流中含有直流分量。對(duì)于無直流檢測(cè)裝置的自回饋老化控制系統(tǒng)而言，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行需著手解決兩個(gè)方面的難題一是逆變電感電流的直流分量控制；二是逆變電感電流諧振的處理。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)自身不具備逆變器電感電流的直流分量的檢測(cè)和控制功能的UPS電源自回饋老化系統(tǒng)，需要使用外部專用檢測(cè)裝置，存在成本高等缺陷，提供一種UPS電源自回饋老化的控制方法及系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種UPS電源自回饋老化的控制方法，所述UPS電源包括控制電路，所述控制電路包括逆變器電感電壓檢測(cè)單元、逆變器電感電流直流分量計(jì)算單元、逆變器電感電流控制單元和發(fā)波單元；所述控制方法包括以下步驟Sl所述逆變器電感電壓檢測(cè)單元提取逆變器電感電壓的直流分量；S2:根據(jù)所述逆變器電感電壓的直流分量，所述逆變器電感電流直流分量計(jì)算單元計(jì)算出逆變器電感電流的直流分量；S3:根據(jù)所述逆變器電感電流的直流分量和檢測(cè)到的逆變器電感電流的交流分量，所述逆變器電感電流控制單元計(jì)算并輸出有限占空比；S4根據(jù)所述有限占空比，所述發(fā)波單元向所述逆變器輸出相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)，以控制和調(diào)解逆變器電感電流，使得所述逆變器電感電流的直流分量為0、相位與逆變器輸出濾波電容電壓的相位相同，且幅值可調(diào)。在本發(fā)明所述的UPS電源自回饋老化的控制方法中，所述步驟Sl包括以下步驟Sll所述逆變器電感電壓檢測(cè)單元檢測(cè)逆變器電感電壓；S12所述逆變器電感電壓檢測(cè)單元通過衰減逆變器電感電壓的交流分量，以得到所述逆變器電感電壓的直流分量。在本發(fā)明所述的UPS電源自回饋老化的控制方法中，在所述步驟S2中，所述逆變器電感電流直流分量計(jì)算單元通過對(duì)所述逆變器電感電壓的直流分量，執(zhí)行數(shù)字校正運(yùn)算以計(jì)算出逆變器電感電流的直流分量。在本發(fā)明所述的UPS電源自回饋老化的控制方法中，所述數(shù)字校正運(yùn)算是比例、積分和微分運(yùn)算的其中一種或一種以上的運(yùn)算組合。在本發(fā)明所述的UPS電源自回饋老化的控制方法中，所述步驟S3包括以下步驟S31將逆變器電感電流的控制目標(biāo)值與所述逆變器電感電流的直流分量相減，以得到修正的逆變電感電流的控制目標(biāo)值；S32將所述修正的逆變器電感電流的控制目標(biāo)值與檢測(cè)到的逆變器電感電流的交流分量相減，以得到逆變器電感電流的差值；S33將所述逆變器電感電流的差值進(jìn)行數(shù)字校正運(yùn)算，以得到期望的逆變器電感電壓；S34將所述期望的逆變器電感電壓與逆變器輸出濾波電容電壓相加，以得到逆變橋臂中點(diǎn)電壓；S35根據(jù)所述逆變橋臂中點(diǎn)電壓，計(jì)算并輸出有限占空比。在本發(fā)明所述的UPS電源自回饋老化的控制方法中，所述數(shù)字校正運(yùn)算是比例、積分和微分運(yùn)算的其中一種或一種以上的運(yùn)算組合。在本發(fā)明所述的UPS電源自回饋老化的控制方法中，所述步驟S34包括以下步驟S341模擬出所述逆變器輸出濾波電容電壓；S342:將所述期望的逆變器電感電壓與模擬出的逆變器輸出濾波電容電壓相加，以得到逆變橋臂中點(diǎn)電壓。在本發(fā)明所述的UPS電源自回饋老化的控制方法中，所述步驟S341包括以下步驟S3411采樣逆變器輸出濾波電容電壓；S3412計(jì)算出采樣到的逆變器輸出濾波電容電壓的實(shí)際幅值和實(shí)際相位；S3413生成與所述實(shí)際相位同步的模擬正弦波；S3414:根據(jù)所述實(shí)際幅值和模擬正弦波，模擬出所述逆變器輸出濾波電容電壓。在本發(fā)明所述的UPS電源自回饋老化的控制方法中，在所述步驟S35中，根據(jù)公式D=(V/Vdc+1)X0.5，計(jì)算出所述有限占空比，其中，D為有限占空比，V為逆變橋臂中點(diǎn)電壓，Vdc為直流母線電壓。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種UPS電源自回饋老化的控制系統(tǒng)，所述UPS電源包括控制電路，所述控制電路包括逆變器電感電壓檢測(cè)單元，用于提取逆變器電感電壓的直流分量；逆變器電感電流直流分量計(jì)算單元，用于根據(jù)所述逆變器電感電壓的直流分量，計(jì)算出逆變器電感電流的直流分量；逆變器電感電流控制單元，用于根據(jù)所述逆變器電感電流的直流分量和檢測(cè)到的逆變器電感電流的交流分量，計(jì)算并輸出有限占空比；發(fā)波單元，用于根據(jù)所述有限占空比，向所述逆變器輸出相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)，以控制和調(diào)解逆變器電感電流，使得所述逆變器電感電流的直流分量為0、相位與逆變器輸出濾波電容電壓的相位相同，且幅值可調(diào)。實(shí)施本發(fā)明的UPS電源自回饋老化的控制方法及系統(tǒng)，具有以下有益效果通過在控制電路中集成逆變器電感電壓檢測(cè)單元、逆變器電感電流直流分量計(jì)算單元和逆變器電感電流控制單元，使得該UPS電源自回饋老化系統(tǒng)自身可具備逆變器電感電流的直流分量的檢測(cè)和控制功能，無需借助外部專用檢測(cè)裝置，節(jié)省系統(tǒng)成本；有效地控制了逆變器電感電流的直流分量，保證了輸出電流的高功率因數(shù)；進(jìn)一步地，通過模擬逆變器輸出濾波電容電壓，避免了直接使用實(shí)際檢測(cè)到逆變器輸出濾波電容電壓時(shí)，混入相應(yīng)的噪聲信號(hào)例如高頻噪音，影響計(jì)算有限占空比的精確及產(chǎn)生的逆變器電感電流的諧振問題。下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是本發(fā)明UPS電源自回饋老化的控制系統(tǒng)的原理框圖；圖2是圖1所示的逆變器的一實(shí)施例的電路原理圖；圖3是圖1所示的逆變器電感電壓檢測(cè)單元一實(shí)施例的電路原理圖；圖4是圖1所示的逆變器電感電流直流分量計(jì)算單元和電感電流控制單元一實(shí)施例的控制框圖。具體實(shí)施例方式如圖1所示，UPS電源自回饋老化系統(tǒng)主要包括主功率電路、電池單元和控制電路，主功率電路中的主路與旁路接同源市電，而且逆變器不接任何負(fù)載，在運(yùn)行過程中，控制電路對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理，電池單元用于備用供電。在自回饋老化工作模式下，整流器如正常模式工作，進(jìn)行交流至直流的電壓變換，將電網(wǎng)能量提供給母線和逆變器使用。但逆變器工作模式與正常模式不同，其工作于電流源而非電壓源模式下。更具體的說，逆變器將輸出與旁路電壓(即市電)相位相同、幅值可調(diào)的正弦波電流，將母線能量通過逆變器經(jīng)旁路傳遞回給交流電網(wǎng)。如圖1所示，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于，在控制電路集成逆變器電感電壓檢測(cè)單元、逆變器電感電流直流計(jì)算單元和逆變器電感電流控制單元，從而使得該UPS電源自回饋老化系統(tǒng)自身可具備逆變器電感電流的直流分量的檢測(cè)和控制功能，由此，一方面可減小逆變器電感電流的直流分量的危害，另一方面也不會(huì)增加系統(tǒng)的成本。如圖2所示的逆變器的一實(shí)施例中，其主要包括開關(guān)管Si、S2、電感L、電容C，其中，開關(guān)管Sl和S2的控制端耦合到控制電路，控制電路通過向開關(guān)管Sl和S2的控制端發(fā)送開關(guān)信號(hào)，從而對(duì)逆變器進(jìn)行控制，同時(shí)，控制電路從電感L的兩端采集相應(yīng)的電壓信號(hào)，Vdc為直流母線電壓，另外，開關(guān)管Sl和S2以及電感L連接節(jié)點(diǎn)處的電壓V為逆變橋臂的中點(diǎn)電壓。如圖3所示的逆變器電感電壓檢測(cè)單元一實(shí)施例中，其主要包括濾波電路、加法電路和積分電路，逆變器電感L兩端的電壓信號(hào)輸入到該逆變器電感電壓檢測(cè)單元，并順次通過濾波電路、加法電路和積分電路處理后，輸出逆變器電感L電壓的直流分量ULdc。如圖3所示，電阻Rl、R2、R3、R4，電容Cl、C2、C3、C4，構(gòu)成一個(gè)RC濾波電路；1.5V基準(zhǔn)電壓、電阻R5、R6、R7，電容C4、C5、C6，以及運(yùn)算放大器構(gòu)成RC濾波和加法電路，運(yùn)算放大器、電阻R8、R9、電容C7構(gòu)成積分電路。圖4所示的逆變器電感電流直流分量計(jì)算單元和電感電流控制單元，其主要由兩個(gè)PI(比例積分)控制器組成，在實(shí)際工作中，其接收逆變器電感L電壓的直流分量ULdc。該UPS電源自回饋老化的控制系統(tǒng)的工作原理為Sl逆變器電感電壓檢測(cè)單元提取逆變器電感電壓的直流分量ULdc，具體包括Sll逆變器電感電壓檢測(cè)單元檢測(cè)逆變器電感電壓(INV_L+，INV_L_)；S12逆變器電感電壓檢測(cè)單元通過衰減逆變器電感電壓的交流分量，以得到逆變器電感電壓的直流分量ULdc。S2根據(jù)逆變器電感電壓的直流分量ULdc，逆變器電感電流直流分量計(jì)算單元計(jì)算出逆變器電感電流的直流分量，如圖4所示的實(shí)施例中，首先將逆變器電感電壓的直流分量ULdc反向，再通過PI控制器進(jìn)行比例積分計(jì)算，從而得到負(fù)的逆變器電感電流的直流分量；S3根據(jù)逆變器電感電流的直流分量和檢測(cè)到的逆變器電感電流的交流分量IL，逆變器電感電流控制單元計(jì)算并輸出有限占空比，具體為S31將逆變器電感電流的控制目標(biāo)值Iref與逆變器電感電流的直流分量相減，以得到修正的逆變電感電流的控制目標(biāo)值；S32將修正的逆變器電感電流的控制目標(biāo)值與檢測(cè)到的逆變器電感電流的交流分量IL相減，以得到逆變器電感電流的差值；S33將逆變器電感電流的差值進(jìn)行數(shù)字校正，以得到期望的逆變器電感電壓VLinv；如圖4所示的實(shí)施例中，通過PI控制器對(duì)逆變器電感電流的差值進(jìn)行比例積分計(jì)算，從而得到期望的逆變器電感電壓VLinv;該數(shù)字校正運(yùn)算是比例、積分和微分運(yùn)算的其中一種或一種以上的運(yùn)算組合；S34將期望的逆變器電感電壓VLinv與逆變器輸出濾波電容電壓Vinv相力卩，以得到逆變橋臂中點(diǎn)電壓V;在本發(fā)明的技術(shù)方案中，為了避免直接使用實(shí)際檢測(cè)到得逆變器輸出濾波電容電壓時(shí)，可能引入噪聲信號(hào)例如高頻噪聲，影響有限占空比的計(jì)算精確及產(chǎn)生諧振問題，特別使用模擬的逆變器輸出濾波電容電壓Vinv，具體為S3411采樣逆變器輸出濾波電容電壓；S3412計(jì)算出采樣到的逆變器輸出濾波電容電壓的實(shí)際幅值和實(shí)際相位；S3413生成與實(shí)際相位同步的模擬正弦波；S3414根據(jù)實(shí)際幅值和模擬正弦波，模擬出逆變器輸出濾波電容電壓Vinv；即通過控制電路直接生成同市電相位同步、幅值相等的正弦波，替代實(shí)際的輸入源的電壓瞬時(shí)采樣值充當(dāng)整流器和逆變器的電壓前饋，從實(shí)際的控制效果來看，能夠很好的抑制系統(tǒng)的諧振，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。S35根據(jù)所述逆變橋臂中點(diǎn)電壓，計(jì)算并輸出有限占空比。例如，根據(jù)公式D=(V/Vdc+1)X0.5，計(jì)算出所述有限占空比D。S4:根據(jù)有限占空比D，控制電路的發(fā)波單元向逆變器輸出相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)，控制逆變器的工作狀態(tài)，調(diào)解逆變橋臂中點(diǎn)電壓，以控制和調(diào)解逆變器電感電流，使得所述逆變器電感電流的直流分量為0、相位與逆變器輸出濾波電容電壓的相位相同，且幅值可調(diào)。本發(fā)明的技術(shù)方案，不直接采用含直流檢測(cè)功能的電流檢測(cè)裝置，而是通過采集與電流直流分量相關(guān)的電壓量來間接達(dá)到修正輸出電流直流偏置的方法。其應(yīng)用于包含但不限于單相半橋逆變電感電流控制系統(tǒng)，通過采樣電感電壓直流分量，通過相應(yīng)的數(shù)字控制手段，達(dá)到控制電感電流直流分量。對(duì)于無直流檢測(cè)裝置的小型UPS自回饋老化控制系統(tǒng)，通過控制電路直接生成同市電相位同步、幅值相等的正弦波，替代實(shí)際的輸入源的電壓瞬時(shí)采樣值充當(dāng)整流器和逆變器的電壓前饋，和采樣逆變電感電壓直流分量，間接控制逆變電感電流直流偏置，保證自回饋老化系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。8權(quán)利要求一種UPS電源自回饋老化的控制方法，所述UPS電源包括控制電路，其特征在于，所述控制電路包括逆變器電感電壓檢測(cè)單元、逆變器電感電流直流分量計(jì)算單元、逆變器電感電流控制單元和發(fā)波單元；所述控制方法包括以下步驟S1所述逆變器電感電壓檢測(cè)單元提取逆變器電感電壓的直流分量；S2根據(jù)所述逆變器電感電壓的直流分量，所述逆變器電感電流直流分量計(jì)算單元計(jì)算出逆變器電感電流的直流分量；S3根據(jù)所述逆變器電感電流的直流分量和檢測(cè)到的逆變器電感電流的交流分量，所述逆變器電感電流控制單元計(jì)算并輸出有限占空比；S4根據(jù)所述有限占空比，所述發(fā)波單元向所述逆變器輸出相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)，以控制和調(diào)解逆變器電感電流，使得所述逆變器電感電流的直流分量為0、相位與逆變器輸出濾波電容電壓的相位相同，且幅值可調(diào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UPS電源自回饋老化的控制方法，其特征在于，所述步驟Sl包括以下步驟511所述逆變器電感電壓檢測(cè)單元檢測(cè)逆變器電感電壓；512所述逆變器電感電壓檢測(cè)單元通過衰減逆變器電感電壓的交流分量，以得到所述逆變器電感電壓的直流分量。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UPS電源自回饋老化的控制方法，其特征在于，在所述步驟S2中，所述逆變器電感電流直流分量計(jì)算單元通過對(duì)所述逆變器電感電壓的直流分量，執(zhí)行數(shù)字校正運(yùn)算以計(jì)算出逆變器電感電流的直流分量。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的UPS電源自回饋老化的控制方法，其特征在于，所述數(shù)字校正運(yùn)算是比例、積分和微分運(yùn)算的其中一種或一種以上的運(yùn)算組合。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UPS電源自回饋老化的控制方法，其特征在于，所述步驟S3包括以下步驟S31將逆變器電感電流的控制目標(biāo)值與所述逆變器電感電流的直流分量相減，以得到修正的逆變電感電流的控制目標(biāo)值；S32:將所述修正的逆變器電感電流的控制目標(biāo)值與檢測(cè)到的逆變器電感電流的交流分量相減，以得到逆變器電感電流的差值；533將所述逆變器電感電流的差值進(jìn)行數(shù)字校正運(yùn)算，以得到期望的逆變器電感電壓；534將所述期望的逆變器電感電壓與逆變器輸出濾波電容電壓相加，以得到逆變橋臂中點(diǎn)電壓；S35根據(jù)所述逆變橋臂中點(diǎn)電壓，計(jì)算并輸出有限占空比。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的UPS電源自回饋老化的控制方法，其特征在于，所述數(shù)字校正運(yùn)算是比例、積分和微分運(yùn)算的其中一種或一種以上的運(yùn)算組合。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的UPS電源自回饋老化的控制方法，其特征在于，所述步驟S34包括以下步驟5341模擬出所述逆變器輸出濾波電容電壓；5342將所述期望的逆變器電感電壓與模擬出的逆變器輸出濾波電容電壓相加，以得到逆變橋臂中點(diǎn)電壓。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的UPS電源自回饋老化的控制方法，其特征在于，所述步驟S341包括以下步驟53411采樣逆變器輸出濾波電容電壓；53412計(jì)算出采樣到的逆變器輸出濾波電容電壓的實(shí)際幅值和實(shí)際相位；53413生成與所述實(shí)際相位同步的模擬正弦波；S3414:根據(jù)所述實(shí)際幅值和模擬正弦波，模擬出所述逆變器輸出濾波電容電壓。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的UPS電源自回饋老化的控制方法，其特征在于，在所述步驟S35中，根據(jù)公式D=(V/Vdc+1)X0.5，計(jì)算出所述有限占空比，其中，D為有限占空比，V為逆變橋臂中點(diǎn)電壓，Vdc為直流母線電壓。10.一種UPS電源自回饋老化的控制系統(tǒng)，所述UPS電源包括控制電路，其特征在于，所述控制電路包括逆變器電感電壓檢測(cè)單元，用于提取逆變器電感電壓的直流分量；逆變器電感電流直流分量計(jì)算單元，用于根據(jù)所述逆變器電感電壓的直流分量，計(jì)算出逆變器電感電流的直流分量；逆變器電感電流控制單元，用于根據(jù)所述逆變器電感電流的直流分量和檢測(cè)到的逆變器電感電流的交流分量，計(jì)算并輸出有限占空比；發(fā)波單元，用于根據(jù)所述有限占空比，向所述逆變器輸出相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)，以控制和調(diào)解逆變器電感電流，使得所述逆變器電感電流的直流分量為0、相位與逆變器輸出濾波電容電壓的相位相同，且幅值可調(diào)。全文摘要本發(fā)明涉及UPS電源自回饋老化的控制方法及系統(tǒng)，該控制方法包括以下步驟S1提取逆變器電感電壓的直流分量；S2計(jì)算出逆變器電感電流的直流分量；S3計(jì)算并輸出有限占空比；S4向逆變器輸出相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)，以控制和調(diào)解逆變器電感電流，使得所述逆變器電感電流的直流分量為0、相位與逆變器輸出濾波電容電壓的相位相同，且幅值可調(diào)。該UPS電源自回饋老化系統(tǒng)自身可具備逆變器電感電流的直流分量的檢測(cè)和控制功能，大大降低了系統(tǒng)成本；有效地控制了逆變器電感電流的直流分量，保證了輸出電流的高功率因數(shù)；避免了直接使用實(shí)際檢測(cè)到逆變器輸出濾波電容電壓時(shí)，混入相應(yīng)的噪聲信號(hào)，影響計(jì)算有限占空比的精確及產(chǎn)生的逆變器電感電流的諧振問題。文檔編號(hào)H02J7/00GK101938147SQ20091015865公開日2011年1月5日申請(qǐng)日期2009年6月29日優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日發(fā)明者吳遜兵申請(qǐng)人:力博特公司