对数字化控制不间断电源系统的探讨 毕业论文.doc
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1、对数字化控制不间断电源系统的探讨摘 要如今,高性能、高效率、小型轻量化和智能监控越来越成为各类不间断电源追求的目标,而数字控制技术的应用使得这些目标的实现更为简单。因此,对数字化控制不间断电源系统的探讨是十分必要和有意义的。 首先探讨了不间断电源的硬件架构,重点讲述了功率因数校正的整流器和逆变器主电路结构。以均值电流型功率因数校正技术为例详细分析了功率因数校正电路的工作原理,并给出了设计思路和设计时应注意的问题。对不间断电源的核心逆变器在连续状态和离散状态下进行了模型分析,指出逆变器模型是一个双输入单输出的非线性模型,但是其非线性仅体现在负载扰动上。 在硬件架构的基础上还介绍了系统的软件功能。
2、对不间断电源和市电之间的整流问题进行了深入的探讨,分析了整流的理论基础。对逆变器的控制技术,采用工程中应用广泛的PID控制器提高其动态性能和稳定性,介绍了参数的设计,并通过仿真详细分析其稳态和动态性能,对参数加以修正。关键词:不间断电源、功率因数校正、均值电流控制、整流。 ABSTRACTToday, high-performance, high efficiency, small lightweight and intelligent monitoring various types of uninterrupted power supply has increasingly become
3、the goal, and digital control technology allows the realization of these objectives is more simple. Therefore, digital control system of uninterrupted power supply is necessary and meaningful.First, the uninterrupted power supply of the hardware architecture to highlight the power factor correction
4、rectifier and inverter main circuit structure. The average current mode power factor correction technology as an example a detailed analysis of power factor correction circuit works, and gives design ideas and should pay attention to the problem. The core of the uninterrupted power supply - inverter
5、 in continuous state and discrete state model under analysis, pointed out that the inverter model is a two-input single-output nonlinear model, but only reflected in the nonlinear disturbances on the load . Based on the hardware architecture of the system also introduced software features. For unint
6、errupted power supply and electricity issues between the tracking phase-locked-depth discussions, analysis of the theoretical basis of lock-in technique, summarizes the analysis of two phase locking algorithm and the process and their respective lock algorithm. The inverter control technology, engin
7、eering PID controller is widely used in improving the dynamic performance and stability, the design parameters are introduced, and through detailed analysis of the steady-state simulation and dynamic performance parameters to be modified.KEY WORDS:Uninterrupted power supply, power factor correction,
8、 average current control, rectifier目录摘要、关键词1英文翻译1绪论 4第一章UPS在社会上扮演的重要角色1.1 我国市电供电的现状与问题 41.1.1供电质量的危害性 51.1.2电源故障及产生的原因 51.1.3 UPS具备的基本功能 6第二章 2.1 UPS市场及产品发展概述 7 2.1.1市场发展概述 7 2.1.2 UPS具备的基本功能 7 2.1.3 UPS电源的分类 8 2.1.4 UPS的基本原理 9 2.1.5 UPS主要技术指标 10 2.2 UPS的分类及连接技术的发展 11 2.2.1 UPS的分类 11 2.2.2 UPS的发展 11
9、 2.2.3 UPS性能分类 12 2.2.4 UPS日常维护 14 2.2.5 UPS行业标准实施和现状 15第三章UPS电源的应用和工作原理 193.1中小企业购买UPS电源需要看四大标准 193.2正弦波输出的后备式UPS工作原理 20第四章 UPS电源的分类及性能特点 21 4.1 后备式UPS 21 4.2 在线互动式UPS 23 4.3 传统双变换在线式UPS 254.4 变换在线式UPS 274.5 双总线冗余供电系统 29结束语 32致谢 32参考文献 33第一章 绪论UPS电源的问题在很大程度上是电池的问题,只要正确使用电池,并经常对电池进行维护,就能使其保持良好的状态,也就
10、解决了UPS电源的关键问题,就能保证UPS电源随时处于正常工作状态,也就可以使设备在安全的环境中工作。 UPS电源的电池种类很多,有开口的铅酸电池、阀控式铅酸电池、镉镍开口式电池以及其他类型的电池。目前常用的主要是阀控式铅酸电池、镉镍开口式电池,以上介绍的主要是阀控式铅酸电池在使用中的注意事项,如果使用的是镉镍开口式电池,可以参考本文,并根据镉镍开口式电池的使用说明书进行使用维护。1.1 我国市电供电的现状与问题市电即指公共电网。在同一个区域性电网上,连接着成千上万个不同性质的负载,其中一些大容量感性、容性、冲击性、高频变换性的负载,不仅从电网获取电能,还会反过来对电网造成污染,恶化局部乃至整
11、个电网的供电质量,造成电网电压的幅度变化、波形畸变、频率漂移或高频干扰等。另外,意外的自然灾害或人为事故,如地震、雷击、输变电系统短路或断路等,都会危害电力的正常供应,从而影响负载设备的正常运行。影响供电质量的一个重要原因是一个国家或地区的发动机总装容量和配电水平。供电网络、配电设备以及维护水平落后是供电质量差、可靠性低的重要原因。供电网络结构落后和供电线路损耗大,必然会加大电网终端用电设备的相互影响,加剧电网电压的波动、浪涌、尖峰干扰等现象,增加电网电压净化的难度,再加上用电部门对负载设备的分配不合理,负载功率因数、负载电流谐波、设备启、停对电网的干扰,这些都使得电网终端的供电质量进一步下降
12、。近年来,我国加大了对电网工程的改造力度,大力进行城市电网和农村电网的的改造,发动机总容量已能满足用户的需要。但其在供电设施和供电质量方面与国际先进水平相比,以及与我国的国民经济与社会地位相比还存在着很大的差距,详见表1-1。1-1。配电网运行、管理 国内现状国际先进水平用户年平均停电时间9.77h纽约10min,东京20min配电线路架空线为主,少量电缆,存在大量低压配电线路城市主要用电缆,低压线路短,或局限在建筑物内网络结构简单辐射式,少数双回线,缺少规划主干线,自动化环网结构(N-1),网络式结构(N-2)配电设备少油,真空,少量SF6定期维护、检测完成“无油化“改造,全部为真空或SF6
13、免维护自动化程度手动、自动兼有,手动操作为主自动、远动,可实现自动故障识别,隔离,网络重构故障停电时间几个小时1min维护、管理按计划执行AM/FM/GIS技术线路损耗8.6%5%6%表1-1 供电质量的问题比较从表1-1可以看出,即使我国发电机总装机容量能满足用电量的需求,也很难保证用电终端的的供电质量。1.1.1 供电质量问题的危害性电源质量是指供电设备的进线电源与正常稳定的50Hz正弦波电源之间在电源、电流、频率、以及波形上的偏差频繁度和严重的程度。在工业生产过程中,因电源质量问题造成的电源事故,其损失是不可低估的。例如像一份报纸,如果延误了出版日期,它所刊登的新闻就变成了历史,这样的日
14、报也就卖不出去了。在电视卫星直播过程中如果突然出现电源事故,信号就会无法传输,用户端就会无法看到正常的电视节目,对企业造成的影响显而易见。在现代化的医院中,抢救监护病人离不开一些电子监护仪器,而电源或设备的故障会造成生命危险。在商业及金融业,数据处理的活动非常重要和敏感,尤其是股票交易和金融交易的过程,而电源质量事故会造成数据丢失,其后果是无法估量的。1.1.2 电源故障及产生的原因电源故障产生的原因是很复杂的,根据大量负载设备运行的案例和对电网进行的监测测控,市电电压中存在的问题主要有以下几种:a.电涌:指市电电压有效值高于额定值110%,并且持续时间为一个至数个周期的现象。它主要是由于在同
15、一电网上的大型设备突然关机时,电网因突然卸载而产生的高压冲击。电脑及类似的敏感设备对可接受的电压值都有一定的范围,任何超出其设定范围的的峰值或有效值都会对元器件的安全构成威胁,影响其可靠性和寿命。b.高压尖脉冲:指峰值达上千伏,持续时间从0.1毫秒至几毫秒的脉冲电压。这主要是由于电弧放电、改善功率因数的电容器切换、感性负载的切换、静态放电或大型电气设备开关操作而产生的。c.电压下陷:指市电电压有效值介于额定值80%85%的低压状态,并且持续时间为一个至数个周期的情况,大型设备开机或大型电力变压器接入都可能造成电压下陷。d.频率偏移:指市电频率的变化超过3Hz,通常市电的频率还是比较稳定的,变化
16、范围在0.5Hz以内。f.电压不平衡:指三相电源各相的电压不对称。他是由于三相负载不平衡所致,他会使变压器内部产生环流或过热,并使三相电机的效率降低,对单相负载设备造成过(欠)电压。g.谐波畸变:指电压波形畸变,主要是非线性负载造成的。例如输入端有整流环节的大型设备,如UPS、稳压器、逆变器、变频器、电子镇流器等。h.持续欠电压或过电压:是市电长时间低于或高于额定的电压值。欠电压会造成设备运行不正常,如计算机系统故障,继电器线圈断开、鼠笼电动机过热;过电压会使电气电子设备永久损坏。以上各种电源故障产生的原因是很复杂的,有发电设备的原因,有电力传输不良的原因,有自然环境的原因,也有负载的原因。各
17、种现象也不是孤立出现的,由于某种原因影响供电质量时,往往是几种现象同时伴生出现。1.1.3 UPS具备的基本功能为负载设备提供连续的不间断的交流电能供给。具体采用的技术方法是:平时由电网系统供电,在电网出现异常而突然停电的时候,能够迅速地切换到UPS内部电源供电。由于负载设备对供电稳定性的要求不同,对选用的UPS的切换速度要求也有所不同。比如,计算机内部的滤波电容放电只能维持计算机工作810ms 的时间,如果超过这个时间,机器就进入自检重启状态。为了避免出现这些情况,必须要求UPS能在停电后10ms以内恢复对负载的正常供电,提供电压、频率稳定的,准确的交流电能供给。电网中的一些强脉冲尖峰、高能
18、浪涌等干扰也会引起计算机等一些电器设备的误操作而带来不必要的损失;市电供应在一些特殊情况下电压也会发生较大的波动,对精确设备的工作也会造成不量的影响。因此,UPS供电系统,实际上还需要起到稳定电压、频率,过滤洁净电源环境等功能。一些UPS系统,还具备过电压,过电流安全报警,或自动保护功能2.1 UPS市场及产品发展概述首先,就整体增长而言,在最近二三年内,中国UPS市场增长非常平稳,大约在 8%10%之间,而且这个状态将持续稳定,不太会出现大起大落的现象。其次,就客户需求而言,性能要求越来越高,而价格要求越来越低。这其实也是厂商之间竞争的结果,由于竞争加剧,使得客户的胃口越来越高,而给厂商成本
19、和利润都带来更大的压力。第三,由于现在多数行业都是公开招标,因此透明度还是比较高,市场秩序也相对更加规范,因此以前国内厂商倚重的本土化优势不再具有。第四,行业需求还是集中在政府、金融、电信三大领域,在新的需求放缓的情况下,主要是设备更新换代拉动需求。第五,中低端市场的上升势头会更为明显。这主要是由中小功率UPS产品广阔的应用前景决定的。中小功率UPS虽然在单价、利润率等方面与大功率产品无法相比,但由于其基数庞大,并且增长迅速,所以还将继续成为市场热点。2.1.1市场发展概述今天计算机技术、信息技术及其相关产业飞速发展,计算机在各行各业得到了广泛应用,于是UPS似乎也成了计算机系统设备的一个部分
20、。越来越多的重要数据、图象、文字由计算机处理和存贮,如果在工作中间突然停电,必然导致随机存贮器中的数据和程序丢失或损坏;更严重的是,如果此时计算机的读写磁头正在工作的话,极易造成磁头或磁盘的损坏;假如这些数据是在银行清算系统或是证券交易等系统中丢失的话,后果更将不堪设想。2.1.2 UPS具备的基本功能为负载设备提供连续的不间断的交流电能供给。具体采用的技术方法是:平时由电网系统供电,在电网出现异常而突然停电的时候,能够迅速地切换到UPS内部电源供电。由于负载设备对供电稳定性的要求不同,对选用的UPS的切换速度要求也有所不同。比如,计算机内部的滤波电容放电只能维持计算机工作810ms 的时间,
21、如果超过这个时间,机器就进入自检重启状态。为了避免出现这些情况,必须要求UPS能在停电后10ms以内恢复对负载的正常供电,提供电压、频率稳定的,准确的交流电能供给。电网中的一些强脉冲尖峰、高能浪涌等干扰也会引起计算机等一些电器设备的误操作而带来不必要的损失;市电供应在一些特殊情况下电压也会发生较大的波动,对精确设备的工作也会造成不量的影响。因此,UPS供电系统,实际上还需要起到稳定电压、频率,过滤洁净电源环境等功能。一些UPS系统,还具备过电压,过电流安全报警,或自动保护功能。2.1.3 UPS电源的分类在线式(online)UPS供电系统 其单机功率:0.7kVA1500kVA。该系统的主备
22、供电通路都是通过逆变器向负载供电的,由于市电经过了完善的滤波及逆变转换,所以它能为负载提供高质量的、纯净的正弦波电源。并且它的抗雷击能力也是一流的。 准在线式UPS 单机功率0.7kVA20kVA。这种UPS的逆变器只有当市电电压低于150V或高于264V时才投入工作,向负载提供高质量的正弦波电源;而当电压在150264V之间时,逆变器停止工作,UPS 向用户负载提供经铁磁谐振稳压器或经变压器抽头调压处理的一般市电电源。 后备(offline)正弦波输出式UPS电源单机输出功率:0.25kVA2kVA左右。当市电在170264V范围内时,它向负载提供经变压器抽头调压处理过的一般市电电源,仅当市
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