隨著電子技術(shù)與信息科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)、多媒體、互聯(lián)網(wǎng)等各式各樣的信息應(yīng)用正快速地滲入社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展，分布式的信息發(fā)展模式已告確立，由于信息本身就是最高附加值的產(chǎn)物，為了確保信息安全與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，其對(duì)電源品質(zhì)的要求也就更加嚴(yán)格。 近年來UPS的需求不僅大幅度增長，使用者對(duì)于UPS的功能與品質(zhì)的要求也持續(xù)增加。傳統(tǒng)以模擬電路控制為主的UPS己無法達(dá)到智能化的需求，引進(jìn)微電腦數(shù)字控制技術(shù)乃大勢(shì)所趨。UPS的發(fā)展將進(jìn)入全數(shù)字化的時(shí)代，傳統(tǒng)的模擬控制UPS即將走進(jìn)歷史，取而代之的將是外型美觀、安全可靠、輕薄短小的微電腦數(shù)字控制式智能型UPS.

1 UPS的發(fā)展

UPS從最初的飛輪發(fā)電機(jī)到今天，已度過了40多個(gè)春秋，由單一旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)式發(fā)展到今天多功能的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)式、靜止變換式、旋轉(zhuǎn)靜止結(jié)合式等三大類。最早的UPS原本是用途廣泛的電力保障設(shè)備，它的雛形是帶有飛輪的發(fā)電機(jī)組，飛輪作為能量貯存裝置，其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率極低、維護(hù)困難。目前，這種旋轉(zhuǎn)發(fā)電式UPS還在某些特殊領(lǐng)域有它的特定用途，如用于工廠、礦山和大樓的集中供電，其容量高達(dá)1000kVA.

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用，誕生了比第一代旋轉(zhuǎn)式UPS先進(jìn)的靜止變換式UPS.最初的靜止變換式UPS如美國的Emerson、法國的Alpes4000等，其功率器件由晶閘管制成。接著功率晶體管在大、中容量的UPS中得到了廣泛應(yīng)用。功率管（MOS）普遍地應(yīng)用在中小容量的UPS中，但功率管（MOS）難以達(dá)到高電壓、大電流，其飽和壓降大于晶體管，于是兼具前兩者優(yōu)點(diǎn)的絕緣門限晶體管（IGBT）應(yīng)運(yùn)而生，促使UPS的逆變技術(shù)更趨成熟。但I(xiàn)GBT有寄生電流擎住效應(yīng)，在一定程度上限制了它的使用。

靜止式UPS分為在線式和后備式。這兩種UPS的結(jié)構(gòu)大致相同，其主體結(jié)構(gòu)都包括整流（充電）器、蓄電池、逆變器和轉(zhuǎn)換開關(guān)等4個(gè)部分。二者的區(qū)別在于工作方式不同：在線式UPS的逆變器自始至終都在工作，而后備式UPS只有在供電異常時(shí)才啟動(dòng)逆變器。后備式UPS供電質(zhì)量雖然差，但它效率高，價(jià)格低廉，多用于家庭及對(duì)電網(wǎng)要求不高的場所。在線式UPS供電質(zhì)量相對(duì)要高，但價(jià)格貴得多，因此多用于精密設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域及特殊供電要求的場所。

在線互動(dòng)式UPS兼顧了前兩者的某些優(yōu)點(diǎn)，效率高，轉(zhuǎn)換時(shí)間短，性能價(jià)格合理，正逐漸得到用戶的認(rèn)可。伴隨著市場競爭的日趨嚴(yán)峻，不同廠家根據(jù)用戶的特殊要求而設(shè)計(jì)了不同應(yīng)用場合的UPS，如郵電專用型、電站專用型、鐵路專用型、油田機(jī)專用型等。

UPS還發(fā)展了將上述兩種結(jié)合起來的旋轉(zhuǎn)靜止結(jié)合式UPS，即在靜止式UPS上配置柴油發(fā)電-直流充電電機(jī)，當(dāng)UPS用電池放電時(shí)，電機(jī)并不啟動(dòng)，只有當(dāng)電池容量消耗到限定值時(shí)才開始運(yùn)轉(zhuǎn)，給蓄電池充電，容量一般不大，一般在10kVA以下。多用在要求容量不大而又不怕吵鬧的地方，如農(nóng)村、邊防和一些偏遠(yuǎn)的山區(qū)。

UPS的控制電路也發(fā)展很快，由開始的分立元件簡單控制發(fā)展到今天的微處理器控制，由硬件控制發(fā)展成軟件控制。意大利西力UPS的并聯(lián)甚至采用了光纖通信。微處理器成了現(xiàn)代UPS必不可少的一部分，如美國的APC公司在每個(gè)小電池箱中都安裝了微處理器，以監(jiān)視這些電池的工作狀態(tài)。

2 新一代智能型UPS

目前，UPS已由初期的單純供電發(fā)展到目前的多功能應(yīng)用，UPS不再僅僅是供電電源，向用戶提供高質(zhì)量的穩(wěn)壓、穩(wěn)頻，無任何*存在的，波形失真度極小的 全天候 電源。且作為負(fù)載的計(jì)算機(jī)在無人值守時(shí)，要求UPS能自動(dòng)地定時(shí)關(guān)機(jī)、定時(shí)開機(jī)，當(dāng)供電發(fā)生故障后，UPS能通知計(jì)算機(jī)。對(duì)用戶數(shù)據(jù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)存和有序地關(guān)機(jī)。如APC公司的UPS，除聯(lián)網(wǎng)功能外還有對(duì)環(huán)境溫度、濕度進(jìn)行監(jiān)視，使UPS具有了智能。

智能化UPS電源，是指在UPS主機(jī)的輸出端增設(shè)DB9、RS232、RS485接口，SNMP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）卡或AS400通信接口。利用這些接口，經(jīng)過專用的通信電纜或經(jīng)調(diào)制解調(diào)器同服務(wù)器、路由器、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備上相對(duì)應(yīng)的通信接口相連。加上安裝在微機(jī)或微機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上能適應(yīng)各種操作系統(tǒng)遠(yuǎn)行環(huán)境的、具有電源監(jiān)控功能的UPS供電系統(tǒng)。

監(jiān)控己成為當(dāng)今UPS的一個(gè)必不可少的功能，如IM的Argus，軟件可同時(shí)監(jiān)控250個(gè)點(diǎn)（機(jī)器），它的Power Flag網(wǎng)絡(luò)軟件可同時(shí)和幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)。其它如梅蘭日蘭、EXJDE、LEIBERT、IPM、FENT0N等都有自己的相應(yīng)軟件。

3智能化UPS的功能

3.1實(shí)時(shí)監(jiān)控功能

監(jiān)視電路中各部分的狀態(tài)，隨時(shí)獲取主機(jī)工作時(shí)的有關(guān)參數(shù)。應(yīng)用戶的要求提供電源品質(zhì)的歷史記錄，包括輸入、輸出電壓、頻率、負(fù)載、電池質(zhì)量及環(huán)境溫度等關(guān)鍵信息。

3.2人機(jī)交互功能

雙向通信是未來UPS的發(fā)展趨勢(shì)。用戶可按實(shí)際情況，自行沒定各種參數(shù)。如可設(shè)定備用電池倒計(jì)時(shí)的時(shí)間長短，重新設(shè)置UPS內(nèi)部的各種臨界工作點(diǎn)閥值，自由選定要顯示的內(nèi)容，是否進(jìn)行故障調(diào)試等。

3.3自動(dòng)傳呼功能

UPS軟件或附件診測到UPS系統(tǒng)故障時(shí)，可通過E-mail，尋呼，彈出窗口信息等方式實(shí)時(shí)通知系統(tǒng)管理員，以最快的速度解決問題。

3.4故障檢測功能

發(fā)生故障時(shí)，在各個(gè)用戶報(bào)警的同時(shí)，給出參數(shù)且及時(shí)分析，追蹤引發(fā)電源故障的重要信息，必要時(shí)給出處理方法。

3.5自動(dòng)保存功能

UPS的電力快要耗盡時(shí)，執(zhí)行此項(xiàng)功能，從而保證數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的完整性和可恢復(fù)性。用戶可根據(jù)實(shí)際需要定制其特定程序的自動(dòng)保存功能。

3.6UPS的自檢及定時(shí)開，關(guān)機(jī)功能

通過軟件檢查UPS的狀態(tài)，查詢UPS的預(yù)警信息，作電池矯正試驗(yàn)等。這些預(yù)防性功能都可在UPS系統(tǒng)故障發(fā)生之前采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

3.7遠(yuǎn)程監(jiān)控功能

提供1個(gè)計(jì)算機(jī)接口，通過RS232或RS485，經(jīng)調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)與異地計(jì)算機(jī)的終端通信，實(shí)現(xiàn)上述的所有功能，一臺(tái)主機(jī)可以同時(shí)監(jiān)控多臺(tái)UPS.

4 UPS先進(jìn)控制技術(shù)

由于微電腦技術(shù)的快速發(fā)展，使復(fù)雜的控制方法以微處理器軟件的方式實(shí)現(xiàn)，數(shù)字控制也成為應(yīng)用控制理論的必然途徑，各式各樣的回授控制方法也相繼被應(yīng)用于改善UPS交流穩(wěn)壓的瞬時(shí)與穩(wěn)定響應(yīng)。這些理論與應(yīng)用的發(fā)展，大大地提高了UPS的穩(wěn)定性及系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)，以下介紹一些先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用于UPS穩(wěn)壓控制的發(fā)展。

4.l遲滯控制

遲滯控制是一種以誤差比較為基礎(chǔ)的邊邊控制系統(tǒng)，根據(jù)誤差的正負(fù)產(chǎn)生最大的正負(fù)修正信號(hào)，遲滯邊界的設(shè)定是為了降低當(dāng)誤差很小時(shí)產(chǎn)生的不必要切換。

由于這種方法的設(shè)計(jì)不需要了解過于復(fù)雜的數(shù)字控制理論，對(duì)于傳統(tǒng)UPS的轉(zhuǎn)型設(shè)計(jì)是一種較為可行的方法，研發(fā)成本較低，風(fēng)險(xiǎn)較小。但由于需兼顧模擬與微處理器的軟、硬件設(shè)計(jì)，因此制造成本較高，需要整體的評(píng)估。

4.2死擊控制

數(shù)字控制系統(tǒng)也可以說是取樣數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)，也就是說每隔一段固定的時(shí)間，控制系統(tǒng)就根據(jù)命令與回授計(jì)算出適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)。死擊控制是一種降低誤差最快的數(shù)字控制器設(shè)計(jì)方法。這種方法由于設(shè)計(jì)過程明確方法簡單，在早期UPS采用微電腦數(shù)字控制的發(fā)展過程中，就率先被應(yīng)用于穩(wěn)壓控制器的設(shè)計(jì)。在UPS應(yīng)用的實(shí)際狀況中，由于負(fù)載的多變與電流電壓的限制，這兩個(gè)前提都是難以達(dá)成的。在現(xiàn)有的文獻(xiàn)中，死擊控制多直接應(yīng)用于電壓回路的穩(wěn)壓控制，這種方法應(yīng)能更有效的應(yīng)用于以多回路控制為主的電流控制器設(shè)計(jì)，因?yàn)殡娏骰芈返膭?dòng)態(tài)特性與能量限制均更能掌握，因此也較能發(fā)揮死擊控制的效果。

4.3狀態(tài)回授控制

現(xiàn)在，大多數(shù)的控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件都是以狀態(tài)空間法來描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。傳統(tǒng)的傳遞函數(shù)只能描述系統(tǒng)輸入端與輸出端之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)特性則運(yùn)用自如。狀態(tài)空間法則能展現(xiàn)控制系統(tǒng)所有的狀態(tài)，使設(shè)計(jì)者得以掌握完整的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。

在眾多的近代控制理論中，狀態(tài)回授控制以其架構(gòu)簡單、易于數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)而普遍受到系統(tǒng)工程師的青睞。由于狀態(tài)回授控制法以發(fā)展出系統(tǒng)化的參數(shù)判別、極點(diǎn)安置、計(jì)算機(jī)輔助最佳化設(shè)計(jì)等方法，隨著DSP應(yīng)用的普及，這種方法可進(jìn)一步發(fā)展為具有自調(diào)功能的適應(yīng)控制技術(shù)，是未來極有潛力的實(shí)用方法。

4.4可變結(jié)構(gòu)控制

可變結(jié)構(gòu)控制早期萌芽于前蘇聯(lián)，主要應(yīng)用于武器系統(tǒng)的導(dǎo)向控制。這種方案特別適用于先天不穩(wěn)定或具有極大參數(shù)不確定的控制系統(tǒng)。這種方法已有多年的發(fā)展歷史，也有許多應(yīng)用于馬達(dá)控制的相關(guān)研究，此法隨著控制技術(shù)的進(jìn)展也應(yīng)用于直流轉(zhuǎn)換器與UPS的穩(wěn)壓控制。這種方法實(shí)際應(yīng)用于UPS的微電腦控制時(shí)，有些問題仍難以克服，如可變結(jié)構(gòu)控制數(shù)字化的問題、顫動(dòng)的消除、控制能量對(duì)可變結(jié)構(gòu)控制滑動(dòng)平面所造成的限制、滑動(dòng)平面的選擇、如何降低撞擊時(shí)間、如何追蹤周期性信號(hào)等。

4.5Fuzzy/Neural控制

模糊集合的觀念于1965年首先由美國加州柏克萊大學(xué)的Prof.Zadeh提出，至于模糊理論的具體應(yīng)用則是由英國倫敦大學(xué)Queen Merry分校的Prof.Mamdani來實(shí)現(xiàn)的。此后，模糊控制即成為模糊理論應(yīng)用最成功的一個(gè)領(lǐng)域。

一個(gè)交流穩(wěn)壓系統(tǒng)，由于負(fù)載的多變性、多樣性與不確定性，使設(shè)計(jì)者難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。因此，交流穩(wěn)壓系統(tǒng)先天上就是個(gè)適合模糊控制理論揮灑的空間。近年來，F(xiàn)uzzy/Neural控制雖名噪一時(shí)，但Fuzzy/Neural控制的實(shí)際應(yīng)用仍有其限制。其中關(guān)健之一，即在于應(yīng)用問題的本身。簡單來說，并不是所有的控制問題都適合采用Fuzzy/Neural的控制方法。未來的發(fā)展，將朝向結(jié)合傳統(tǒng)控制與Fuzzy/Neural控制的方向發(fā)展，在這一發(fā)展過程中，以應(yīng)用導(dǎo)向?yàn)橹鞯目刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)方法將成為主要的發(fā)展趨勢(shì)。

4.6反復(fù)控制

反復(fù)控制器利用長時(shí)間累積的誤差信息消除系統(tǒng)因外界*所產(chǎn)生的周期性誤差。這一控制架構(gòu)將回授控制的立足點(diǎn)由瞬間變化量的抑制延伸到長時(shí)間的穩(wěn)態(tài)誤差消除，對(duì)于控制精度的提升有很大的幫助。周期性誤差在工業(yè)控制的領(lǐng)域中是相當(dāng)常見的問題，如機(jī)械臂的振蕩、交流電源供應(yīng)器的輸出電壓失真及交、直流馬達(dá)的轉(zhuǎn)速漣波等，因而引起了學(xué)術(shù)界與工業(yè)界對(duì)反復(fù)控制理論的高度興趣。但是，在UPS穩(wěn)壓控制的應(yīng)用卻仍處于起步階段。

在UPS中輸出電壓需要追隨同期性的弦波命令，而系統(tǒng)的相位延遲則使得輸出端產(chǎn)生周期性的追隨誤差。如果輸出端受到整流性負(fù)載的*，也會(huì)使輸出電壓產(chǎn)生的周期性誤差。在UPS中，上述兩種誤差信號(hào)的頻率皆為其供電頻率。從領(lǐng)域的角度來看、反復(fù)控制器能降低與基波及其諧波同頻率的*對(duì)系統(tǒng)的影響，這就是反復(fù)控制器能消除周期性誤差的原因。這種反復(fù)控制方法，雖然具有消除周期性誤差的優(yōu)點(diǎn)，但也會(huì)將低系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定度。尤其是面臨劇烈的負(fù)載變化狀況。為了保障系統(tǒng)的穩(wěn)定度，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別考慮系統(tǒng)的最差狀況。為了適用UPS的多變型負(fù)載，也發(fā)展出具有適應(yīng)能力的反復(fù)控制器設(shè)計(jì)方法。

文章編輯：CobiNet(寧波)  
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