数字控制UPS电源技术及应用[合集5篇]

第一篇：数字控制UPS电源技术及应用

数字控制UPS电源技术及应用

传统的UPS采用模拟电路控制，对于生产厂家和用户而言，无论是相控技术还是SPWM技术，模拟控制存在诸多局限性。随着信息技术的发展，高速数字信号处理芯片（Digital Signal Processor, DSP）的出现，使得数字化的控制在更广阔电气控制领域中应用有了可能性，也成为主要发展趋势之一。

一、数字控制UPS的应用优势

有了高速数字信号处理芯片的支持，采用数字化的控制策略不仅可以较好的解决UPS电源模拟控制里的有关问题，而且还增加了UPS电源模拟控制中很难实现的一些控制功能，其主要应用优势有：

（1）数字化控制可采用先进的控制方法和智能控制策略，使得UPS的智能化程度更高，性能更加完美。智能化控制代表了自动控制的最新发展阶段，继承了人脑的定性、变结构、自适应等思维模式，也给电力电子控制带来了新的活力。在高频开关工作状态下，逆变电源的模型更加复杂化，这是模拟控制或经典控制理论难以有良好控制效果的，而采用先进、智能化的数字控制策略，就可以从根本上提高系统的性能指标。

（2）控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必对硬件电路做改动。数字控制系统的控制方案体现在控制程序上，一旦相关硬件资源得到合理的配置，只需要通过修改控制软件，就可以提高原有系统的控制性能，或者根据不同的控制对象实时、在线更换不同控制策略的控制软件。

（3）控制系统可靠性提高，易于标准化。由于数字控制的高可靠性，必然使得整个控制系统可靠性的提高，而且可以针对不同的系统（或不同型号的产品），采用统一的控制板，而只需要对控制软件做一些修改即可，这对生产厂家而言是有着巨大的吸引力的。

（4）系统维护方便，系统一旦出现故障，可以很方便地通过RS-232或RS-485接口或USB接口进行调试，故障查询，历史记录查询，软件修复，甚至控制参数的在线修改、调试。这样就可以以较低的成本完成自我校正及远程服务，给厂家的售后服务带来了极大的方便。

（5）系统一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不会像模拟器件那样存在差异，所以对于同一控制程序的控制板，其一致性是很好的，也没有模拟系统中模拟器件调试带来的差异问题，那么同一控制板的一致性就会比模拟系统高很多。采用了软件控制，就实现了硬件软件化，使控制板的体积大大减小，生产成本下降。

（6）易于组成并联运行系统。由于单位UPS系统均是数字控制，有相应的控制变量代表系统中的状态量，那么就可以较方便地获得均流所需要的信息，利用相应的均流算法实现UPS的并联运行系统。

二、DSP控制的UPS工作流程

DSP控制的数字式UPS电源的工作流程是：当市电正常，输入电压、频率在允许的范围时，PFC部分对输入进行功率因数校正，使得该系统的输入功率因数为0.98左右，同时避免对电网产生污染，输入的市电经PFC环节变换得到400V直流输出电压，为后面的逆变电路提供能量。同时DC/DC部分仍然在正常工作，只是由于电池电压经过DC/DC电路变换得到360V输出电压，略小于市电经PFC变换得到的直流母线电压，这样通过二极管就将它和直流母线隔离，DC/DC部分空载运行，处于热备用状态。当市电不正常时，市电掉电或者输入电压、频率不在允许的范围时，市电经PFC得到直流母线电压迅速降低，当低于360V时，二极管导通，使得直流母线电压维持在360V,此时逆变器得到的能量是由电池电压经由DC/DC电路变化得到的直流母线电压。无论市电是否正常逆变部分均可以正常的工作。一般蓄电池可提供几分钟到几十分钟的后备供电时间，大容量的电池组的后备供电时间可以达几个到几十个小时，对于备有柴油发电机的用户，可以在市电停电5~10秒之内把柴油发电机投入到UPS电源的输入端，可以在长时间停电的情况下向用户提供高质量的正弦波电源。经处理以后的市电同时还送给市电电压/流相位测量电路，产生市电电压信号和相位信号，供微处理器电压/流测量和同步锁相之用。这样就实现了对负载的不间断供电功能。

三、DSP控制的UPS组成结构

UPS要实现数字化控制，那么用更多的模拟器件才能实现的控制功能和算法就可以通过DSP的软件的编程来实现，所以整个UPS的结构就相比较用模拟器件的实现的UPS的整体结构要简单得多。如图1所示下面就是数字化的UPS的整体框图。主要由输入功率因数校正、逆变部分、DC/DC等组成。

四、DSP控制的UPS关键电路结构

（1）UPS的功率校正电路

输入功率因数校正电路如图2所示主要由功率管T5、电感L1、二极管D1、电容C1组成。它为输入部分提供功率因数校正功能，并且提升电压至400V.（2）正弦逆变电路结构

正弦逆变电路如图3所示主要是由电容C1,功率管T1、T2、T3、T4组成的逆变桥，电感L2,电容C2等组成。PFC模块的输出经由逆变部分能够产生负载所需的纯正弦波交流电压。

数字UPS的正弦逆变器是时刻处于工作过程中，其工作原理是通过采样电路对逆变电路输出电压和电流进行采样，得到的采样信号输入到DSP中，对采样信号进行处理，依照一定的算法和程式来实现正弦逆变电路控制的功能。

（3）DC/DC电路结构

DC/DC电路的构成如图4所示，主要是由高频变压器、功率管T6、T7,整流二极管D33、D34、D35、D36,电容C31等组成。该部分采用直流电压环反馈控制，变换后的电压通过二极管D6与PFC的输出端相连。

由于电池电压比较低，逆变器对直流电压的利用率又不高，所以需要DC/DC电路来转换电池的电压。DC/DC的电路结构有很多，但是各有优缺点，最常用的就是推挽式直流变换电路这种电路的优点就是驱动电路简单，输出功率大。一般被功率要求比较高的负载选作直流变换电路。

（4）UPS其他结构功能

同时通过SCI和SPI来实现整台UPS的监控程序，通过SCI口和微机进行通信，实现远程监控是全数化UPS的重要结构功能。

一方面，在UPS运行时出现市电故障或停电时，UPS会利用上述通讯通道向由它供电的计算机网络传送因市电故障产生的报警信号。当长时间停电，而电池组的供电电压要低于临界放电电压时，计算机网络会在UPS电源发出自动关闭命令的驱动下，完成数据的保存和设备的保护。

另一方面，提供一个友好的人机界面，可实时监视UPS的运行参数，方便用户的参数修改，同时便于用户查询UPS运行的历史记录。还可在计算机网络上对UPS进行定时的开机/自动关机操作。为实现上述控制功能，还可以提供RS-232和RS-485通信接口，用户可根据实际情况任选一种。对于要求执行网络管理功能的UPS,应配置有简单的网络管理协议（SNMP）适配器或适配卡。

随着数字化技术的发展，DSP技术已经被许多UPS厂商在产品中使用。DSP技术的使用提高了UPS产品输出电压的稳定性和纯净程度，同时也提高了UPS产品自身的可靠性。而IGBT技术和高频技术的应用，大大提高了电源效率，降低了系统噪音和电源自身的电力损耗，也提高了系统的可靠性。UPS的数字化并不是简单的指在系统中应用了数字器件，如单片机及FPGA等，而是指整个系统的控制应用数字器件的计算能力和离散控制方法来完成。随着数字处理硬件技术的发展，计算速度的提高，必然促使UPS向数字化方向发展。

输入功率因数校正因数电路的工作原理，UPS市电通过功率因数校正模块，来进一步减少来自电网上的干扰，也同时使整个UPS系统的功率因和转换效率得到提高。功率校正模块是一个AC/DC变换器，它完成输入的整流，同时控制输入电流为正弦波，从而达到很高的输入功率因数。功率因数校正部分还必须保持直流电压恒定，不随输入的变化而改变。直流电压又在逆变部分变换成幅值、频率合适的交流电源。当UPS工作在蓄电池方式时，该直流电源经过DC/DC变换隔离后得到逆变部分所需的直流电压。

第二篇：UPS电源机房管理制度

中心机房UPS电源管理维护制度、UPS电源应按照学校大型设备管理办法实行专人管理。管理员应认真，如实，详细填写设备运行管理日志，以备后查。、UPS电源是保证机房内计算机设备及其他设备正常运行和数据安全的重要设备，除管理员外，未经许可其他人员不得随意触碰控制面板和开、关机。、管理员要定期检查UPS电源的运行情况，停电时，要随时监控UPS电源放电情况。、管理员要对UPS电源的运行情况作好记录，包括UPS电源的充，放电时间，故障及排除情况等，以方便维护和维修。、管理员要了解UPS电源的工作原理，正确区分使用UPS电源供电插座和市电供电插座，UPS电源供电插座不得使用电动工具。、定期对UPS电源充放电。当市电不停时，应每3个月对UPS电源的电池组进行一次维护性放电。、管理员要与UPS电源设备供应商的维护人员保持联系，出现故障能及时联系排除。、管理员有责任提供必要的技术支持，帮助指导以及应急处理措施，以便其他岗位能够有效地检查、监控和及时处理UPS电源异常情况。9、在值班期间，值班人员发现UPS电源有异常情况要及时报告管理员，并采取适当应急处理措施。

二O一O年十二月

第三篇：智能网络UPS电源监控技术的研究（定稿）

智能网络UPS电源监控技术的研究

UPS(UninterruptiblePowerSystem)即不间断电源，是一种以逆变器为主要元件、稳压稳频输出的计算机电源保护设备。UPS是伴随着计算机的诞生而出现的。特别是微型计算机的飞速发展，客观上促进了UPS电源的发展[1]。UPS的基本功能就是停电时能够接替市电持续地供应电力，由于电子元器件反应速度快，停电的瞬间在4-8ms内继续供应电力，解决现有电力的断电、低电压、高电压、突波、杂讯等现象，使我们的计算机系统和网络运行更加稳定安全。

随着计算机技术的发展，计算机及其网络对相应的电力保障提出了更高的要求，在这样的前提下，智能网络UPS电源应运而生。智能网络UPS电源系统，主要是以网络为管理对象，在UPS主机的输出端增设RS232，485接El，SNMP(简单网络管理协议)卡等类型的通信接13，利用接口经过专用的通信电缆同服务器、路由器、网关等设备上相对应的通信接口相连，把UPS电源与计算机网络构成一个具有监控功能的智能网络供电系统。目前UPS网络智能化技术主要有2个方面：一是与服务器上的软件协调工作，使UPS除了完成不问断供电外，还能实现网络故障报警、事件、数据日志记录、UPS参数自动测试分折、调节功能等；二是将传统UPS通过硬件接口与计算机相连，结合特殊设计的软件，提供完整的电源管理方案，以加强UPS节能功能。

UPS的监控技术主要有三种[2]：(1)基于串行通信方式的监控技术；(2)基于Web的监控技术；(3)基于SNMP的监控技术。

基于串行通信方式的监控技术受通信距离的限制，主要用于局域网中UPS的监控；基于web的监控技术将UPS与一台主机相连，通过主机上的Web浏览器对分布在WAN范围内的UPS进行监控，定期产生UPS的状态报告(包括UPS状态和电池状态)并转换成一定的格式文件，以便于UPS的管理、诊断、事件处理，保证电力或UPS故障时计算机系统的安全关闭，使UPS处于健康的运行状态，提高电力故障时计算机网络的可用性。它的便利在于无需对现有的电源系统作任何改造。但是通过主机上网，通信监控软件安装在系统主机上，它工作时需要占用大量主机资源，如果UPS的信息量很大，势必会影响到主机的稳定运行和性能。基于SNMP的监控技术主要用于UPS数量多、分布广的企业级网络中。给UPS配个网卡或直接将SNMP适配器集成到UPS里，把UPS作为网络中的独立节点进行控制和诊断，通过网络访问自己的计算机和网站，或通过串口与网络访问监控系统对电源系统进行远程监控或网络关机，实时提供UPS的电流、电压、电池后备时间和负载量的状态分析，出现故障时及时通知用户，以便系统管理员可以迅速简便地判断出电源故障的发生处并迅速得以解决，使对网络性能的影响减至最小，并能定时开关UPS和系统实现UPS的自检等。这种方式的UPS系统反映灵敏，可操控性强，应用范围十分广泛。下面主要论述基于SN—MP监控技术的智能网络UPS系统。

一个完整的智能网络UPS系统硬件部分应当至少包含整流滤波部分、逆变部分、蓄电池系统以及其他的辅助部分，各部分协调一致才能形成一个良好的UPS运行环境，它的系统结构如图l所示，该系统通过R8232电源发生电路与UPS适配器相连，而UPS适配器代替相应的计算机作为网络的一个节点接入网络，也就是说每一个UPS都有其独市的口地由}，网络上的其他用户和网络管理员只要输人IP地址，就可看到UPS的任何信息Ⅲ。管理员可以使用网络内的任何一台计算机对相应的UPS进行监挎。有特殊情况时，软件可以通过传呼、E—mail等方式通知维护人员作出相应的反映，当UPS遇到特殊情况时，也町从网络内的任何一台计算机观察UPS的基本情况，并实施有效的措施。它的基本设计原理如图2所示。

高度智能的UPS监控技术不仅仅需要硬件系统的支持，更要有相应的电源监控软件、SNMP管理器的支持，用户可执行UPS与网络平台之间的远程监控和数据的网络通信操作，使UPS具有远程管理能力，成为网络系统中的重要组成部分。智能化UPS监控系统的软件部分主要由智能网络UPS通迅显示模块、与计算机的通讯部分和看门狗电路三部分组成。

通迅显示模块的主要功能是把UPS使用过程中的各种信息显示到控制面板上的液晶屏上，主要的硬件连接方式是利用单片机(例如AT89C51)与液晶显示屏以模接口方式连接；开关机键直接与89C51的INTO相连接，以中断的方式实现系统的开关机功能，同时设计相府的菜单结构以简化操作。

通讯部分主要负责UPS与计算机之间的通讯，一般采用双路驱动器／接收器Max232来实现相应的功能。软件设计中，其接I：l程序主要由发送子程序和通讯口中断处理接收子程序组成，发送时，先发送一个起始位(低电平)，接着按低位在先的顺序发送8位数据，最后发送停止位。接收时，先判断RXU接收端口是否有起始低电平出现，如有则按低位在先的顺序接收8位数，最后判断RXD是否有高电平出现，如有则完成一个数据接收，否则继续等待。程序流程图如下图所示。其中图3为发送过程流程图，图4为接收过程流程图。

结论：UPS系统与Internet技术的紧密结合，使得UPS系统比以往任何时候都更易用，也更安全。随着网络的广泛化和全球化。用户对网络可用性的要求会越来越高，使UPS从对网络关键设备的保护延伸至对整个网络路径的保护，这也对UPS电源的进一步发展提出了更高的要求。

第四篇：UPS电源货架报告新

UPS电源柜支架分析报告

山东大学CAD/CAM研究所

2010年 7月

1.概述

UPS电池柜支架结构及其尺寸如图

1、图2所示，架子材料均为10#槽钢，焊接制作。

图1 UPS电池柜支架1

图2 UPS电池柜支架2

2.有限元模型

2.1建模过程

根据CAD图纸尺寸，在ANSYS软件中建立支架几何模型，如图3、4所示。

图3 支架1几何模型

图4 支架2几何模型

2.2材料属性

10#槽钢材料为Q235，弹性模量取2.1105MP，泊松比取0.3，屈服强度为235MPa。

2.3单元划分

模型采用beam188单元划分，共有3种截面形状，截面形状及其参数如图5、6、7所示。

图5 单元截面形状1

图6 单元截面形状2

图7 单元截面形状3

图

5、图7所示的截面形状用于模拟两根槽钢焊接的情况，总体支架单元划分结果如图8、9所示。

图8 支架1网格划分结果

图9 支架2网格划分结果

2.4约束及载荷

支架1的约束及载荷条件如图10所示，架子使用时放在楼板上，因此将架子两端全约束，中段施加竖向位移约束。载荷施加在支架顶部，大小如下： 支架1承受2吨的重量，每边支架承受1吨。因此顶部支架的线载荷为：

pF/L(1000kg9.8N/kg)/(4820mm)3N/mm

图10 支架1约束及载荷施加

支架2的约束及载荷条件如图11所示，同样将架子两端全约束，中段施加竖向位移约束。载荷施加在支架顶部，大小如下：

支架2承受1.35吨的重量，一边承受0.35吨，另一边承受1吨。因此顶部支架的线载荷分别为：

p1F/L(350kg9.8N/kg)/(2820mm)2.1N/mmp2F/L(1000kg9.8N/kg)/(4820mm)3N/mm

图11 支架2约束及载荷施加

2.5支反力结果验证

支架1的支反力结果如图12所示，支反力在x和z方向都很小，分别为 0.27e-10N和0.45e-12N，可以忽略。Y方向的支反力大小为19680N，由于支架所受载荷为2000kg*9.8 =19600N, 二者误差仅为0.41%，因此说明支架1所施加的载荷是正确的。

图12 支架1支反力结果验证

支架2的支反力结果如图13所示，支反力在x和z方向都很小，分别为0.31e-14N和0.15e-11N，可以忽略。Y方向的支反力大小为13284N，由于支架所受载荷为1350kg*9.8 =13230N,二者误差仅为0.4%，因此证明支架2所施加的载荷是正确的。

图13

支架2支反力结果验证

3.结果分析

3.1支架1结果分析 支架1的分析结果如图14、15所示，图15为支架最大应力局部放大图。从图14可以看出支架的最大应力为38.642MP，发生在顶部支架上，远小于材料的屈服强度235MP。最大变形量为0.35mm，变形量很小，符合要求。

图14 支架1分析结果

图15 支架1最大应力局部放大图

3.2支架2分析结果

支架2的分析结果如图16、17所示，图17为支架最大应力局部放大图。从图16可以看出支架的最大应力为36.79MP，发生在顶部支架上，远小于材料的屈服强度235MP。最大变形量为0.33mm，变形量很小，符合要求。

图16 支架2分析结果

图17 支架2最大应力局部放大图

4.结果分析

根据以上分析可以看出，支架1和支架2在承重的情况下变形量很小，最大变形量分别为0.35mm和0.33mm；最大应力值分别为38.6MP和36.8MP,远远小于材料的屈服强度235MP，安全系数为6。因此该种支架满足设计要求。5.梁上作用力

梁上作用力分布如图18所示：

图18

梁上作用力分布

第五篇：UPS电源的使用及注意事项

UPS电源的使用及注意事项

UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压、恒频的不间断电源。当市电正常时，UPS将市电稳压或稳压、稳频后供负载使用，同时向机内电池充电;当市电中断时(异常时)，UPS立即在4-10毫秒内或“零”中断时间内将蓄电池的电源通过逆变转换的方式向负载继续供应电力，使负载维持正常的工作，以便保存资料并保护负载的软硬件不受损坏。

1、准型UPS的使用

标准型UPS一般在市电状态下无负载检测功能，靠其中的保险丝进行保护。在进行市电供电的情况下，如果带载过大，UPS可能继续工作，但当市电异常转为UPS逆变工作时，UPS就会因过载保护而关机，严重时会造成UPS损坏，以上情况都会造成输出中断，给用户带来一定的损失。因此在使用标准型UPS前应确认负载总量。

正常使用时，若无市电中断情况发生，电池应每隔3-6月带载充、放电一次，放电完毕后，标准型UPS充电时间应不少于10小时。

2、效型UPS的使用

长效型UPS由于采用外接电池组来延长供电时间，外接电池的好坏直接影响到UPS的放电时间，所以在使用长效型UPS时一定要注意电池的质量和保养。

由于长效型UPS外置电池与UPS主机是分开的，相互间由电池连线连接，一般正常使用时不会有什么问题，但是当用户在装机或移机时，就会需要进行重新连线，在连线时应注意以下几个问题：

1)电池连接时电压极性要正确;

2)先向UPS中输入市电产生充电电压，然后将电池与主机进行连接。

3、所有UPS在使用时应注意以下事：

1)UPS接地处理：由于UPS内有超过人体承受能力的高电压，当发生故障时候，若未接地，可能会导致其金属壳带电，危害到人体安全;另外，某些设备对零、地线之间电压有较高的要求，若未接地，会使得零、地线之间电压过高而使设备无法工作甚至发生损坏;

2)正常使用时，若无市电中断情况发生，电池应每隔3月带载放、充电一次，放电完毕后，UPS充电时间应不少于10小时;

3)如果UPS长期处于闲置状态，应每隔3月空载冲、放电一次;

4)电池的外部环境要求以22-28℃为宜，避免阳光直射并做好防尘处理;

5)室温条件下，长期处于浮充状态运行时的密封铅酸电池寿命为3-5年，应根据实际情况及早做好备用蓄电池的购置与预使用状态调试。

UPS电源操作规程讲解

UPS是不间断电源(uninterruptiblepowersystem)的英文简称,是能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要外部设备。

UPS电源的使用须有一套严格科学的操作规程：

(1)UPS电源的场所摆放应避免阳光直射，并留有足够的通风空间，同时，禁止在UPS输出端口接带有感性的负载。

(2)使用UPS电源时，应务必遵守厂家的产品说明书有关规定，保证所接的火线、零线、地线符合要求，用户不得随意改变其相互的顺序。比如，美国某品牌UPS电源的交流输入接线与我国的交流电输入插座的连接方式正好相反。还有例如EAST〈东方〉的三相UPS需要注意相序问题，否则会出现相序错误报警，其他品牌也是如此。

3)严格按照正确的开机、关机顺序进行作，避免因负载突然加上或突然减载时，UPS电源的电压输出波动大，而使UPS电源无法正常工作。

(4)禁止频繁地关闭和开启UPS电源，一般要求在关闭UPS电源后，至少等待6秒钟后才能开启UPS电源，否则，UPS电源可能进入“启动失败”的状态，即UPS电源进入既无市电输出，又无逆变输出的状态。

(5)禁止超负载使用，厂家建议：UPS电源的最大启动负载最好控制在80%之内，如果超载使用，在逆变状态下，时常会击穿逆变三极管。实践证明：对于绝大多数UPS电源而言，将其负载控制在30%～60%额定输出功率范围内是最佳工作方式。

(6)定期对UPS电源进行维护工作：清除机内的积尘，测量蓄电池组的电压，更换不合格的电池，检查风扇运转情况及检测调节UPS的系统参数等。

使用时注意并检查设备部件

1)现场观察UPS显示控制操作面板，确认山特UPS电源液晶显示面板上的各项图形显示单元都处于正常运行状态，所有电源的运行参 数都处于正常值范围内，在显示的记录内没有出现任何故障和报警信息。

2)检查是否有明显的过热痕迹。

3)观察UPS所带负载量，和电池后备时间是否有变化，如有变化检查有无增加负载、负载现在的运行情况和负载是否有不明故障。

4)注意音响噪音是否有可疑的变化，特别注意听UPS的输入、输出隔离变压器的响声，当出现异常的“吱吱声”时，则可能存在接触不良或匝间绕组绝缘不良。当出现有低频的“钹钹声”可能变压器有偏磁现象。

5)确保位于机柜上的风扇的排空气的过滤网没有任何堵塞物。

6)当发现UPS的输出电压异常升高时，应检查UPS的滤波电容是否完好

如有可能，记录上述巡检结果，分析是否有任何明显的偏离正常运行状态的事情发生。