雙cpu控制電力專用ups

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1、雙CPU控制電力專用UPS煙臺(tái)東方電子玉麟電氣有限公司何建軍姜志強(qiáng)李立偉管善功（煙臺(tái)）摘要：基于雙CPU控制的電力專用UPS，其控制以Intel公司近期推出的16位單片機(jī)80C196MC為核心，充分利用其片內(nèi)集成的三相波形發(fā)生器WFG，大大簡(jiǎn)化了產(chǎn)生SPWM波形的硬件和軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)采用Philips公司的8位單片機(jī)P89C51RD2構(gòu)成外部接口單元，系統(tǒng)控制靈活，工作可靠。本文對(duì)此控制方法作了簡(jiǎn)要論述。關(guān)鍵詞：UPS電力系統(tǒng)雙CPU控制1．前言變電站、發(fā)電廠中的重要交流設(shè)備，如后臺(tái)機(jī)、RTU、變送器、通訊設(shè)備、事

2、故照明等，以往一般采用不間斷電源（UPS）供電，以備市電不穩(wěn)和斷電；但普通UPS設(shè)備存在價(jià)格貴、維護(hù)量大、故障率高等不足。因此，近年來(lái)電力專用UPS應(yīng)運(yùn)而生，其優(yōu)勢(shì)在于：電力專用UPS可與變電站、發(fā)電廠中的直流操作電源系統(tǒng)配套使用，直接利用直流操作電源系統(tǒng)中的長(zhǎng)壽命、大容量蓄電池，比常規(guī)UPS供電方案節(jié)約投資費(fèi)用，減少系統(tǒng)維護(hù)，降低運(yùn)行成本。7電力專用UPS有兩大特點(diǎn)：首先，它歸屬UPS范疇,因此其工作原理、輸出特性與常規(guī)UPS完全相同；其次，由于它掛靠直流操作電源系統(tǒng)的直流母線，因此其輸入特性必須滿足電力工程系統(tǒng)

3、的設(shè)計(jì)要求。電力專用UPS的直流供電電壓為220V或110V,但是直流供電電壓為220V/110V的常規(guī)UPS其實(shí)并不能很好地適用于直流操作電源系統(tǒng)：其一，常規(guī)UPS工作所配的電池組是單獨(dú)使用的，一般不考慮與其它電池組的并聯(lián)使用，所以對(duì)于常規(guī)UPS而言，其直流輸入端的反灌雜音較大，直接與直流操作電源系統(tǒng)共用時(shí)，會(huì)在直流母線上產(chǎn)生較大的電磁干擾，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而電力專用UPS的直流輸入端一般裝有反灌雜音抑制器，對(duì)直流母線的影響極?。黄涠?，電力專用UPS的直流輸入端裝有防反隔離二極管，而常規(guī)UPS沒(méi)有，因

4、此其內(nèi)部故障可能會(huì)危及直流操作電源系統(tǒng)的正常工作；其三，常規(guī)UPS僅有交流緩沖電路設(shè)計(jì)，這對(duì)直流操作電源系統(tǒng)而言是不夠的。由于直流操作電源系統(tǒng)所用電池組的容量較大，當(dāng)直流開(kāi)關(guān)啟動(dòng)瞬間，電池組產(chǎn)生的浪涌不但容易損壞UPS內(nèi)部元件，而且也會(huì)耗損電池壽命，因此必須在電池組及逆變器之間加上緩沖啟動(dòng)電路來(lái)解決上述問(wèn)題，而電力專用UPS一般具有直流緩沖電路設(shè)計(jì)；其四，電力專用UPS關(guān)于直流輸入7范圍的設(shè)計(jì)，充分考慮了直流操作電源系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，其下限設(shè)定不低于電池放電終了電壓，上限設(shè)定遠(yuǎn)高于電池均充電壓，因此在直流操作電源系統(tǒng)

5、的整個(gè)工作過(guò)程中電力專用UPS均能正常工作，不會(huì)誤動(dòng)，而常規(guī)UPS的直流輸入范圍通常需要重新設(shè)定。其五，直流操作電源系統(tǒng)的直流母線對(duì)地有絕緣要求，因此要求UPS的交直流輸入相互隔離。常規(guī)UPS的交直流輸入一般是不隔離的，而電力專用UPS的交流輸入端裝有隔離變壓器，滿足設(shè)計(jì)要求。???可見(jiàn)，電力專用UPS具有常規(guī)UPS不可替代的功能。為適應(yīng)電力系統(tǒng)飛速發(fā)展的需要，我們有必要開(kāi)發(fā)功能完善、工作可靠的電力專用UPS。2.主電路設(shè)計(jì)與常規(guī)UPS一樣，電力專用UPS的主電路有高頻方案、工頻方案之分。3kVA及以下產(chǎn)品，通常要

6、考慮配屏，對(duì)體積、重量、外形尺寸有要求，因此采用高頻方案來(lái)設(shè)計(jì)較為合理；3kVA以上產(chǎn)品，一般不再苛求配屏，從產(chǎn)品的性價(jià)比、工作可靠性來(lái)分析，工頻方案優(yōu)于高頻方案。本文提出的雙CPU控制電力專用UPS，額定輸出容量為5kVA，故采用工頻方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)框圖如下：7圖一主電路結(jié)構(gòu)框圖當(dāng)電網(wǎng)供電正常時(shí)，整流電路將隔離的交流市電整流成平滑直流，然后逆變電路在主控單片機(jī)控制下將之變換成基頻為50HZ的高頻SPWM波形，再經(jīng)輸出隔離變壓器升壓及低通濾波器濾波后，輸出我們所要求的220VAC/50Hz交流電；當(dāng)電網(wǎng)供電異常時(shí)

7、，則由直流操作電源系統(tǒng)通過(guò)防反隔離二極管向本電源提供220V/110V的直流電，然后再逆變成220VAC/50Hz的交流電向負(fù)載供電。市電逆變供電與直流逆變供電具有零延時(shí)轉(zhuǎn)換功能。此外，本電源為在線式設(shè)計(jì)，因此只有在其內(nèi)部逆變器出現(xiàn)故障或發(fā)生輸出過(guò)載等情況，它才會(huì)將負(fù)載快速切換到交流市電上，保證負(fù)載不間斷工作。在本設(shè)計(jì)中，逆變部分采用了集功率管、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)（包括過(guò)載、短路、過(guò)熱、控制電源異常等多種保護(hù)）于一體的日本原裝智能IGBT功率模塊IPM,大大簡(jiǎn)化了主電路設(shè)計(jì),使得整機(jī)只有一個(gè)高頻功率變換環(huán)節(jié)，可靠性大大提高

8、。73.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件、軟件兩方面，是整個(gè)電源的核心部分。為保證電源控制的實(shí)時(shí)性和工作可靠性，同時(shí)提高本電源與外部智能設(shè)備接口的靈活性，本設(shè)計(jì)采用雙CPU控制技術(shù)。圖二控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖主控單片機(jī)采用Intel公司近期推出的16位單片機(jī)80C196MC，采用匯編語(yǔ)言編程，主要完成SPWM波形生成、閉環(huán)穩(wěn)壓控制、同步鎖相、旁路切換邏輯控制、電