隨著電子技術與信息科技的發(fā)展，計算機、多媒體、互聯(lián)網(wǎng)等各式各樣的信息應用正快速地滲入社會的各個領域。網(wǎng)絡技術與應用的發(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物，為了確保信息安全與計算機系統(tǒng)的正常運行，其對電源品質的要求也就更加嚴格。 近年來UPS的需求不僅大幅度增長，使用者對于UPS的功能與品質的要求也持續(xù)增加。傳統(tǒng)以模擬電路控制為主的UPS己無法達到智能化的需求，引進微電腦數(shù)字控制技術乃大勢所趨。UPS的發(fā)展將進入全數(shù)字化的時代，傳統(tǒng)的模擬控制UPS即將走進歷史，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)電機到今天，已度過了40多個春秋，由單一旋轉發(fā)電機式發(fā)展到今天多功能的旋轉發(fā)電機式、靜止變換式、旋轉靜止結合式等三大類。最早的UPS原本是用途廣泛的電力保障設備，它的雛形是帶有飛輪的發(fā)電機組，飛輪作為能量貯存裝置，其缺點是轉換效率極低、維護困難。目前，這種旋轉發(fā)電式UPS還在某些特殊領域有它的特定用途，如用于工廠、礦山和大樓的集中供電，其容量高達1000kVA.

隨著半導體技術的應用，誕生了比第一代旋轉式UPS先進的靜止變換式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中得到了廣泛應用。功率管（MOS）普遍地應用在中小容量的UPS中，但功率管（MOS）難以達到高電壓、大電流，其飽和壓降大于晶體管，于是兼具前兩者優(yōu)點的絕緣門限晶體管（IGBT）應運而生，促使UPS的逆變技術更趨成熟。但IGBT有寄生電流擎住效應，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的結構大致相同，其主體結構都包括整流（充電）器、蓄電池、逆變器和轉換開關等4個部分。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只有在供電異常時才啟動逆變器。后備式UPS供電質量雖然差，但它效率高，價格低廉，多用于家庭及對電網(wǎng)要求不高的場所。在線式UPS供電質量相對要高，但價格貴得多，因此多用于精密設備，網(wǎng)絡領域及特殊供電要求的場所。

在線互動式UPS兼顧了前兩者的某些優(yōu)點，效率高，轉換時間短，性能價格合理，正逐漸得到用戶的認可。伴隨著市場競爭的日趨嚴峻，不同廠家根據(jù)用戶的特殊要求而設計了不同應用場合的UPS，如郵電專用型、電站專用型、鐵路專用型、油田機專用型等。

UPS還發(fā)展了將上述兩種結合起來的旋轉靜止結合式UPS，即在靜止式UPS上配置柴油發(fā)電-直流充電電機，當UPS用電池放電時，電機并不啟動，只有當電池容量消耗到限定值時才開始運轉，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，如農村、邊防和一些偏遠的山區(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用，UPS不再僅僅是供電電源，向用戶提供高質量的穩(wěn)壓、穩(wěn)頻，無任何*存在的，波形失真度極小的 全天候 電源。且作為負載的計算機在無人值守時，要求UPS能自動地定時關機、定時開機，當供電發(fā)生故障后，UPS能通知計算機。對用戶數(shù)據(jù)的自動轉存和有序地關機。如APC公司的UPS，除聯(lián)網(wǎng)功能外還有對環(huán)境溫度、濕度進行監(jiān)視，使UPS具有了智能。

智能化UPS電源，是指在UPS主機的輸出端增設DB9、RS232、RS485接口，SNMP（簡單網(wǎng)絡管理協(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)調制解調器同服務器、路由器、網(wǎng)關等設備上相對應的通信接口相連。加上安裝在微機或微機網(wǎng)絡平臺上能適應各種操作系統(tǒng)遠行環(huán)境的、具有電源監(jiān)控功能的UPS供電系統(tǒng)。

監(jiān)控己成為當今UPS的一個必不可少的功能，如IM的Argus，軟件可同時監(jiān)控250個點（機器），它的Power Flag網(wǎng)絡軟件可同時和幾個網(wǎng)絡聯(lián)結。其它如梅蘭日蘭、EXJDE、LEIBERT、IPM、FENT0N等都有自己的相應軟件。

3智能化UPS的功能

3.1實時監(jiān)控功能

監(jiān)視電路中各部分的狀態(tài)，隨時獲取主機工作時的有關參數(shù)。應用戶的要求提供電源品質的歷史記錄，包括輸入、輸出電壓、頻率、負載、電池質量及環(huán)境溫度等關鍵信息。

3.2人機交互功能

雙向通信是未來UPS的發(fā)展趨勢。用戶可按實際情況，自行沒定各種參數(shù)。如可設定備用電池倒計時的時間長短，重新設置UPS內部的各種臨界工作點閥值，自由選定要顯示的內容，是否進行故障調試等。

3.3自動傳呼功能

UPS軟件或附件診測到UPS系統(tǒng)故障時，可通過E-mail，尋呼，彈出窗口信息等方式實時通知系統(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，在各個用戶報警的同時，給出參數(shù)且及時分析，追蹤引發(fā)電源故障的重要信息，必要時給出處理方法。

3.5自動保存功能

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

3.6UPS的自檢及定時開，關機功能

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

3.7遠程監(jiān)控功能

提供1個計算機接口，通過RS232或RS485，經(jīng)調制解調器實現(xiàn)與異地計算機的終端通信，實現(xiàn)上述的所有功能，一臺主機可以同時監(jiān)控多臺UPS.

4 UPS先進控制技術

由于微電腦技術的快速發(fā)展，使復雜的控制方法以微處理器軟件的方式實現(xiàn)，數(shù)字控制也成為應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用于改善UPS交流穩(wěn)壓的瞬時與穩(wěn)定響應。這些理論與應用的發(fā)展，大大地提高了UPS的穩(wěn)定性及系統(tǒng)的瞬時響應，以下介紹一些先進控制技術應用于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的邊邊控制系統(tǒng)，根據(jù)誤差的正負產生最大的正負修正信號，遲滯邊界的設定是為了降低當誤差很小時產生的不必要切換。

由于這種方法的設計不需要了解過于復雜的數(shù)字控制理論，對于傳統(tǒng)UPS的轉型設計是一種較為可行的方法，研發(fā)成本較低，風險較小。但由于需兼顧模擬與微處理器的軟、硬件設計，因此制造成本較高，需要整體的評估。

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間，控制系統(tǒng)就根據(jù)命令與回授計算出適當?shù)目刂菩盘?。死擊控制是一種降低誤差最快的數(shù)字控制器設計方法。這種方法由于設計過程明確方法簡單，在早期UPS采用微電腦數(shù)字控制的發(fā)展過程中，就率先被應用于穩(wěn)壓控制器的設計。在UPS應用的實際狀況中，由于負載的多變與電流電壓的限制，這兩個前提都是難以達成的。在現(xiàn)有的文獻中，死擊控制多直接應用于電壓回路的穩(wěn)壓控制，這種方法應能更有效的應用于以多回路控制為主的電流控制器設計，因為電流回路的動態(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)計算機輔助設計軟件都是以狀態(tài)空間法來描述系統(tǒng)的動態(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)學關系，對于系統(tǒng)內部的動態(tài)特性則運用自如。狀態(tài)空間法則能展現(xiàn)控制系統(tǒng)所有的狀態(tài)，使設計者得以掌握完整的系統(tǒng)動態(tài)特性。

在眾多的近代控制理論中，狀態(tài)回授控制以其架構簡單、易于數(shù)字化的優(yōu)點而普遍受到系統(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、極點安置、計算機輔助最佳化設計等方法，隨著DSP應用的普及，這種方法可進一步發(fā)展為具有自調功能的適應控制技術，是未來極有潛力的實用方法。

4.4可變結構控制

可變結構控制早期萌芽于前蘇聯(lián)，主要應用于武器系統(tǒng)的導向控制。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，也有許多應用于馬達控制的相關研究，此法隨著控制技術的進展也應用于直流轉換器與UPS的穩(wěn)壓控制。這種方法實際應用于UPS的微電腦控制時，有些問題仍難以克服，如可變結構控制數(shù)字化的問題、顫動的消除、控制能量對可變結構控制滑動平面所造成的限制、滑動平面的選擇、如何降低撞擊時間、如何追蹤周期性信號等。

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的Prof.Zadeh提出，至于模糊理論的具體應用則是由英國倫敦大學Queen Merry分校的Prof.Mamdani來實現(xiàn)的。此后，模糊控制即成為模糊理論應用最成功的一個領域。

一個交流穩(wěn)壓系統(tǒng)，由于負載的多變性、多樣性與不確定性，使設計者難以建立精確的數(shù)學模型。因此，交流穩(wěn)壓系統(tǒng)先天上就是個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，但Fuzzy/Neural控制的實際應用仍有其限制。其中關健之一，即在于應用問題的本身。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，以應用導向為主的控制系統(tǒng)設計方法將成為主要的發(fā)展趨勢。

4.6反復控制

反復控制器利用長時間累積的誤差信息消除系統(tǒng)因外界*所產生的周期性誤差。這一控制架構將回授控制的立足點由瞬間變化量的抑制延伸到長時間的穩(wěn)態(tài)誤差消除，對于控制精度的提升有很大的幫助。周期性誤差在工業(yè)控制的領域中是相當常見的問題，如機械臂的振蕩、交流電源供應器的輸出電壓失真及交、直流馬達的轉速漣波等，因而引起了學術界與工業(yè)界對反復控制理論的高度興趣。但是，在UPS穩(wěn)壓控制的應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生周期性的追隨誤差。如果輸出端受到整流性負載的*，也會使輸出電壓產生的周期性誤差。在UPS中，上述兩種誤差信號的頻率皆為其供電頻率。從領域的角度來看、反復控制器能降低與基波及其諧波同頻率的*對系統(tǒng)的影響，這就是反復控制器能消除周期性誤差的原因。這種反復控制方法，雖然具有消除周期性誤差的優(yōu)點，但也會將低系統(tǒng)的相對穩(wěn)定度。尤其是面臨劇烈的負載變化狀況。為了保障系統(tǒng)的穩(wěn)定度，設計時應特別考慮系統(tǒng)的最差狀況。為了適用UPS的多變型負載，也發(fā)展出具有適應能力的反復控制器設計方法。

文章編輯：CobiNet(寧波)  
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