【正文】 答辯委員會評語及建議成績： 答辯委員會主任簽字： 年 月 日 學院領導小組綜合評定成績： 學院領導小組負責人： 年 月 日 摘 要 不間斷電源（ UPS）在計算機、通信系統(tǒng)、醫(yī)院等一些重要用電系統(tǒng)中占有決定性地位，能在市電正常或故障情況下為負載提供可靠、干凈的電源。 1：系統(tǒng)的硬件設計，包括功率主電路和控制（ DSP2 系列）電路，以及檢測和保護電路。 編號： （ ）字 號 本科生畢業(yè)設計（論文） 題目： 姓名： 學號： 班級： 二〇一一年六月 全數(shù)字化 UPS 電源系統(tǒng)設計 中 國 礦 業(yè) 大 學 本科生畢業(yè)設計 姓 名： 學 號 ： 學 院： 專 業(yè)： 設計題目： 全數(shù)字化 UPS 電源系統(tǒng)設計 專 題： 指導教師： 職 稱： 2020 年 6 月 徐州 中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計任務書 畢業(yè)設計主要內(nèi)容和要求： UPS 主要向一些用戶的關(guān)鍵設備 (鐵路和民航的售票系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院的生命維護設備、銀行清算中心等 )提供工作頻率穩(wěn)定，穩(wěn)壓精度高、電壓失真度小的正弦波電源。要求： 設計在線式三進三出 10KVA 全數(shù)字化無人監(jiān)守 三相 UPS。（各部分選型） 2： 系統(tǒng)的軟件設計 3：逆變要求 SVPWM 技術(shù) 4：蓄電池管理 5： MATLAB 實驗結(jié)果。在各種 UPS 中，在線式 UPS 具有電源故障保護性能優(yōu)越、實時性能強、精度高等特點，故本文主要 設計了一臺容量為10KVA 的 在線式 UPS。隨著對 UPS 性能、精度等指標要 求的不斷提高，將 DSP 芯片應用到 UPS 中可將先進的SVPWM 控制 策略 引入 到控 制系統(tǒng) 中， 實現(xiàn) UPS 的全 數(shù)字 控制。根據(jù)在線式 UPS 電源的功能要求，設計各環(huán)節(jié)硬件電路，并給出電路中各參數(shù)的具體計算過程及結(jié)果；根據(jù)功能要求給出了系統(tǒng)軟件流程；對 SVPWM 的二電平逆變器的控制原理和算法進行了研究 ,該算法具有優(yōu)化輸出電壓波形、減少諧波含量、提高電壓利用率、易于數(shù)字實現(xiàn)等優(yōu)點 ,仿真結(jié)果證明該算法能夠很 好的實現(xiàn)全數(shù)字 UPS電源系統(tǒng)的技術(shù)要求。s main chip, ensuring the system highspeed, realtime and reliability requirements. According to the function of online UPS power requirements, design all aspects of hardware, and gives the specific parameters of the circuit and results of calculations 。 researched the control principle and algorithm of Twolevel SVPWM inverter, the algorithm has optimized the output voltage waveform, reduce the harmonic content, increase the voltage utilization ,easy to implement digital etc. simulation results show that the algorithm can be good for full digital UPS power system technical requirements. Keywords： Online UPS。 SVPWM control strategy。 UPS 最早的應用是在為醫(yī)院的手術(shù)室、電臺和電視臺的節(jié)目播出系統(tǒng)、軍事國防等特殊領域出現(xiàn)緊急情況時提供可靠的應急電力供應。隨著信息化社會的發(fā)展， UPS 應用于更加廣泛的領域，如 :金融證券、航空航夭、電信電視、辦公自動化等，因此對 UPS 提出了更新 、更高的要求 .當今的 UPS不僅僅是起不間斷電源的作用， UPS 的應用將呈現(xiàn)出從單機向冗余結(jié)構(gòu)變化 。從單純供電系統(tǒng)向保證整個 IT運行環(huán)境變化等趨勢。 圖 1－ 1 UPS控制技術(shù)的發(fā)展 為了克服電網(wǎng)干擾對用電設備的破壞，目前廣泛采用 UPS 為敏感的用電設備供電。一套功能完善的 UPS 可以最大限度地消除來自電網(wǎng)上的各類干擾。而且，隨著高智能芯片以及先進的 IGBT 驅(qū)動型脈寬調(diào)制技術(shù)的出現(xiàn)， UPS 電源的可靠性達到極高的水平。從輸出功率來看，大到幾十 KVA 甚至更高，一般在電信、金融、運輸、公共事業(yè)單位中得到使用；小至 10W，一般在網(wǎng)絡線路的有源部件中使用，以保障網(wǎng)絡的正常運行。大功率的 UPS一般負擔重要系統(tǒng)的供電，其研制技術(shù)難度大，因此研究三相大功率 UPS 具有廣泛的應用前景和普遍的現(xiàn)實意義。逆變電源的輸出波形控制技術(shù)是建立在工業(yè)電子技術(shù)、半導體技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、磁性材料等學科基礎上的一門實用技術(shù)。 以上污染或者干擾對計算機或者其他的敏感先進儀器設備造成的危害不盡相同。電壓跌落，可能導致硬件提前老化，文件資料的丟失 。噪聲電壓和電壓瞬變可能損壞邏輯電路和文件資料。 電源的分類 現(xiàn)在的電源工業(yè)，可以向用戶提供一下 4 種類型的 UPS： 一、 在線式 UPS 電源 在線式 UPS 電源的逆變器串聯(lián)連接在交流輸入與負載之間，電源通過逆變器連續(xù)向負載供電，其結(jié)構(gòu)決定了其輸出與市電輸入無關(guān)。它的輸入、輸出環(huán)節(jié)都是彼此獨立控制的，因此對市電輸入的適應能力很強，尤其是表現(xiàn)在對頻率變化的適應能力上。另外，由于在線式 UPS 電源有輸入濾波器，市電的交流輸入經(jīng)整流濾波器變成直流，再由逆變器逆變經(jīng)過輸出濾波器輸出正弦波，這樣輸出的電源品質(zhì)最高，保護性能最好，對抑制市電噪音和浪涌的能力很強。對于這樣的機型，當用戶在采用多機“冗余’并機配置方案時，可將若干臺具有相同輸出功率和相同型號的 UPS 電源直接并機而形成 7000－ 8000kVA 的大型 UPS 供電系統(tǒng)。典型的“ 1 十 l”直接并機系統(tǒng)的平均無故障工作時間可達 200 萬小時。其不足之處是當容量少于 10kVA時，其整機效率不高，一般在 85％左右。在線式 UPS 正是本文研究的對象。 二、 在線互動式 UPS 電源 在線互動式 (interactive)UPS 電源單機輸出功率為 － 20kVA。當市電電壓在 150～ l80V 或 240～ 276V 范圍內(nèi)時，它經(jīng)位于交流旁路供電通道上的變壓器抽頭調(diào)壓處理電路所組成的交流調(diào)壓器向用戶提供經(jīng)過簡單調(diào)壓處理的市電電源。僅僅當市電電源的電壓低于150V 或高于 276V 時，它才有可能向用戶提供真正的 UPS 逆變器正弦波電源。通過逆變器的可逆運行方式，與市電相互作用，因此被稱為互動式。在線互動式 UPS 結(jié)構(gòu)較簡單、實施方便、且易于并聯(lián)、便于維護和維修、效率高、運行費用低、整機可靠性高，性能滿足某些負載要求，特別適用于網(wǎng)絡中某些計算機設備采用分布式供電的系統(tǒng)。 在線互動式結(jié)構(gòu)框圖如圖 1－ 3 所示 濾波器 FILTER 負載載 市電正常 市電異常 機器故障 整流濾波器 RECTIFIER/FILTERR 逆變器 INVERTER 蓄電池 BATTERY 市電 旁路 Bypass 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁 圖 1－ 3 在線互動式結(jié)構(gòu)框圖 此架構(gòu)主要特點如下： 1．控制結(jié)構(gòu)復雜，電路設計適合 5KVA 以下容量，成本較高； 2．市電經(jīng)智能調(diào)節(jié)后直接提供給負載，逆變器此時給電池充電，充當充電器的角色，系統(tǒng)損耗小，效率高； 3．對市電 通 訊、 抗 衰減能力差，逆變輸出為正弦波； 4．市電到逆變的轉(zhuǎn)換時間一般為 4~6ms； 5．保護性能比后備式 UPS 好。被動后備式 UPS 電源的逆變器并聯(lián)連接在市電與負載之間，僅簡單地作為備用電源使用。被動后備式 UPS 具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉等優(yōu)點，可應用于某些非重要的負載，如家用計算機等。 被動 后備式 UPS 結(jié)構(gòu)框圖如圖 1－ 4 所示 圖 1－ 4 被動后備式 UPS結(jié)構(gòu)框圖 此架構(gòu)主要特點如下： 充電器 CHARGER 蓄電池 BATTERY 逆變器 INVERTER 濾波器 FILTER 市電 負載 市電正常 市電異常 濾波器 FILTER 智能調(diào)節(jié)器 AVR 蓄電池 BATTERY 充電器 CHARGER 逆變器 INVERTER 市電正常 市電異常 市電 負載 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 1．電路設計架構(gòu)簡單，適合 2KVA 容量以下，體積小，重量輕，控制容易，成本低； 2．市電正常時逆變器不工作，系統(tǒng)損耗小，設備使用效率高； 3．逆變器僅僅在市電異常時動作，零件失效及設備故障率低； 4． UPS 對市電幾乎不作處理而直接輸出至負載，對市電雜訊、 抗 衰減能力差，逆變輸出一般為方波； 5．市電轉(zhuǎn)逆變工作時會有較長的轉(zhuǎn)換時間，一般為 8~16ms； 6．保護性能差。當輸入電源滿足電壓波動小于 ?15％，頻率波動小于 1％時，由比 Delta 變換器所提供的幅度不超過 ?15％的逆變電壓補償輸出電壓。當輸入電源越過上述電壓和頻率范圍時，由主變換器 (不帶逆變器輸出隔離變壓器 )向用戶提供正弦波的逆變器電源。 (2)頻率變換功能，可以將輸入電壓的頻率變成需要的頻率。 (4)隔離功能，將瞬間間斷、諧波、電壓波動、頻率波動以及電壓噪聲等電網(wǎng)干擾阻擋在負載之前，既可使負載對電網(wǎng)不產(chǎn)生干擾，又可使電網(wǎng)中的干擾不影響負載。另一方面在 UPS 的整流器發(fā)生故障時可使用戶有時間 來保護負載。 電源配置方法 一、 UPS 電源容量數(shù)配置方法 通常情況下，負載設備提供標稱電壓和標稱電流，負載容量數(shù)如下： 負載容量數(shù) =電壓數(shù)電流數(shù) 特殊情況下，負載設備只給出了功率 W 數(shù)的信息，容量數(shù)如下： 負載容量數(shù) =功率 應配 UPS 電源容量數(shù) =負載容量數(shù) / 二 、 后備延時蓄電池配置方法 （ 1） UPS 蓄電池的主要技術(shù)指標。額定容量是指充足電的蓄電池放電到終止電壓時輸出的電量。 UPS 蓄電池組額定電壓≥ UPS 電源啟動直流電壓（各 UPS 電源出廠時標明啟動直流電壓） 。80 年代初期 ，為了提高逆變電源的通信功能及顯示功能，逆變電源的設計中采用了微處理器，但是，由于微處理器的速度問題，逆變電源的控制仍然采用模擬電路進行。 二、 高性能的逆變電源必須滿足以下特點： （ 1）較高的輸入功率因數(shù)（ ），較低的輸出阻抗； （ 2）快速的動態(tài)響應，穩(wěn)態(tài)精度高； （ 3）穩(wěn)定性高，效率高，可靠性高； （ 4）盡量低的電磁干擾； （ 5）完善的智能化與網(wǎng)絡化 功能； 顯然這些要求的實現(xiàn)都離不開數(shù)字化控制技術(shù)。 （ 2） 控制方式靈活，系統(tǒng)升級方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動硬件線路?？梢葬槍Σ煌南到y(tǒng)，采用統(tǒng)一的控制板，而只是對控制軟件做一些調(diào)整即可。監(jiān)控系統(tǒng)可以查詢歷史記錄，自動進行故障診 斷，軟件修復，甚至進行參數(shù)的在線修改與調(diào)試。 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 課題的主要內(nèi)容及其意義 雖然目前 UPS 技術(shù)已經(jīng) 相對比較 成熟，但是其逆變器部分輸出波形的控制大多還是采用模擬