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1、雙CPU控制電力專用UPS煙臺東方電子玉麟電氣有限公司何建軍姜志強李立偉管善功（煙臺）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，大大簡化了產(chǎn)生SPWM波形的硬件和軟件設計，同時采用Philips公司的8位單片機P89C51RD2構成外部接口單元，系統(tǒng)控制靈活，工作可靠。本文對此控制方法作了簡要論述。關鍵詞：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備，如后臺機、RTU、變送器、通訊設備、事故照明等，以往一般采用不間斷電源（UPS）供電，以備市
2、電不穩(wěn)和斷電；但普通UPS設備存在價格貴、維護量大、故障率高等不足。因此，近年來電力專用UPS應運而生，其優(yōu)勢在于：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)中的長壽命、大容量蓄電池，比常規(guī)UPS供電方案節(jié)約投資費用，減少系統(tǒng)維護，降低運行成本。7電力專用UPS有兩大特點：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)的設計要求。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)UP
3、S其實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使用的，一般不考慮與其它電池組的并聯(lián)使用，所以對于常規(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，會在直流母線上產(chǎn)生較大的電磁干擾，嚴重時會影響系統(tǒng)的正常運行，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沒有，因此其內(nèi)部故障可能會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計，這對直流操作電源系統(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
4、，當直流開關啟動瞬間，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電路來解決上述問題，而電力專用UPS一般具有直流緩沖電路設計；其四，電力專用UPS關于直流輸入7范圍的設計，充分考慮了直流操作電源系統(tǒng)的工作特點，其下限設定不低于電池放電終了電壓，上限設定遠高于電池均充電壓，因此在直流操作電源系統(tǒng)的整個工作過程中電力專用UPS均能正常工作，不會誤動，而常規(guī)UPS的直流輸入范圍通常需要重新設定。其五，直流操作電源系統(tǒng)的直流母線對地有絕緣要求，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
5、的，而電力專用UPS的交流輸入端裝有隔離變壓器，滿足設計要求。???可見，電力專用UPS具有常規(guī)UPS不可替代的功能。為適應電力系統(tǒng)飛速發(fā)展的需要，我們有必要開發(fā)功能完善、工作可靠的電力專用UPS。2.主電路設計與常規(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，通常要考慮配屏，對體積、重量、外形尺寸有要求，因此采用高頻方案來設計較為合理；3kVA以上產(chǎn)品，一般不再苛求配屏，從產(chǎn)品的性價比、工作可靠性來分析，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，故采用工頻方案進行設計，結構框圖如下：7圖一
6、主電路結構框圖當電網(wǎng)供電正常時，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；當電網(wǎng)供電異常時，則由直流操作電源系統(tǒng)通過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的交流電向負載供電。市電逆變供電與直流逆變供電具有零延時轉(zhuǎn)換功能。此外，本電源為在線式設計，因此只有在其內(nèi)部逆變器出現(xiàn)故障或發(fā)生輸出過載等情況，它才會將負載快速切換到交流市電上，保證負載不間斷工作。在本設計中，
7、逆變部分采用了集功率管、驅(qū)動、保護（包括過載、短路、過熱、控制電源異常等多種保護）于一體的日本原裝智能IGBT功率模塊IPM,大大簡化了主電路設計,使得整機只有一個高頻功率變換環(huán)節(jié)，可靠性大大提高。73.控制系統(tǒng)設計控制系統(tǒng)的設計包括硬件、軟件兩方面，是整個電源的核心部分。為保證電源控制的實時性和工作可靠性，同時提高本電源與外部智能設備接口的靈活性，本設計采用雙CPU控制技術。圖二控制系統(tǒng)結構框圖主控單片機采用Intel公司近期推出的16位單片機80C196MC，采用匯編語言編程，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
