双cpu控制电力专用ups

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1、双CPU控制电力专用UPS烟台东方电子玉麟电气有限公司何建军姜志强李立伟管善功（烟台）摘要：基于双CPU控制的电力专用UPS，其控制以Intel公司近期推出的16位单片机80C196MC为核心，充分利用其片内集成的三相波形发生器WFG，大大简化了产生SPWM波形的硬件和软件设计，同时采用Philips公司的8位单片机P89C51RD2构成外部接口单元，系统控制灵活，工作可靠。本文对此控制方法作了简要论述。关键词：UPS电力系统双CPU控制1．前言变电站、发电厂中的重要交流设备，如后台机、RTU、变送器、通讯设备、事

2、故照明等，以往一般采用不间断电源（UPS）供电，以备市电不稳和断电；但普通UPS设备存在价格贵、维护量大、故障率高等不足。因此，近年来电力专用UPS应运而生，其优势在于：电力专用UPS可与变电站、发电厂中的直流操作电源系统配套使用，直接利用直流操作电源系统中的长寿命、大容量蓄电池，比常规UPS供电方案节约投资费用，减少系统维护，降低运行成本。7电力专用UPS有两大特点：首先，它归属UPS范畴,因此其工作原理、输出特性与常规UPS完全相同；其次，由于它挂靠直流操作电源系统的直流母线，因此其输入特性必须满足电力工程系统

3、的设计要求。电力专用UPS的直流供电电压为220V或110V,但是直流供电电压为220V/110V的常规UPS其实并不能很好地适用于直流操作电源系统：其一，常规UPS工作所配的电池组是单独使用的，一般不考虑与其它电池组的并联使用，所以对于常规UPS而言，其直流输入端的反灌杂音较大，直接与直流操作电源系统共用时，会在直流母线上产生较大的电磁干扰，严重时会影响系统的正常运行，而电力专用UPS的直流输入端一般装有反灌杂音抑制器，对直流母线的影响极小；其二，电力专用UPS的直流输入端装有防反隔离二极管，而常规UPS没有，因

4、此其内部故障可能会危及直流操作电源系统的正常工作；其三，常规UPS仅有交流缓冲电路设计，这对直流操作电源系统而言是不够的。由于直流操作电源系统所用电池组的容量较大，当直流开关启动瞬间，电池组产生的浪涌不但容易损坏UPS内部元件，而且也会耗损电池寿命，因此必须在电池组及逆变器之间加上缓冲启动电路来解决上述问题，而电力专用UPS一般具有直流缓冲电路设计；其四，电力专用UPS关于直流输入7范围的设计，充分考虑了直流操作电源系统的工作特点，其下限设定不低于电池放电终了电压，上限设定远高于电池均充电压，因此在直流操作电源系统

5、的整个工作过程中电力专用UPS均能正常工作，不会误动，而常规UPS的直流输入范围通常需要重新设定。其五，直流操作电源系统的直流母线对地有绝缘要求，因此要求UPS的交直流输入相互隔离。常规UPS的交直流输入一般是不隔离的，而电力专用UPS的交流输入端装有隔离变压器，满足设计要求。   可见，电力专用UPS具有常规UPS不可替代的功能。为适应电力系统飞速发展的需要，我们有必要开发功能完善、工作可靠的电力专用UPS。2.主电路设计与常规UPS一样，电力专用UPS的主电路有高频方案、工频方案之分。3kVA及以下产品，通常要

6、考虑配屏，对体积、重量、外形尺寸有要求，因此采用高频方案来设计较为合理；3kVA以上产品，一般不再苛求配屏，从产品的性价比、工作可靠性来分析，工频方案优于高频方案。本文提出的双CPU控制电力专用UPS，额定输出容量为5kVA，故采用工频方案进行设计，结构框图如下：7图一主电路结构框图当电网供电正常时，整流电路将隔离的交流市电整流成平滑直流，然后逆变电路在主控单片机控制下将之变换成基频为50HZ的高频SPWM波形，再经输出隔离变压器升压及低通滤波器滤波后，输出我们所要求的220VAC/50Hz交流电；当电网供电异常时

7、，则由直流操作电源系统通过防反隔离二极管向本电源提供220V/110V的直流电，然后再逆变成220VAC/50Hz的交流电向负载供电。市电逆变供电与直流逆变供电具有零延时转换功能。此外，本电源为在线式设计，因此只有在其内部逆变器出现故障或发生输出过载等情况，它才会将负载快速切换到交流市电上，保证负载不间断工作。在本设计中，逆变部分采用了集功率管、驱动、保护（包括过载、短路、过热、控制电源异常等多种保护）于一体的日本原装智能IGBT功率模块IPM,大大简化了主电路设计,使得整机只有一个高频功率变换环节，可靠性大大提高

8、。73.控制系统设计控制系统的设计包括硬件、软件两方面，是整个电源的核心部分。为保证电源控制的实时性和工作可靠性，同时提高本电源与外部智能设备接口的灵活性，本设计采用双CPU控制技术。图二控制系统结构框图主控单片机采用Intel公司近期推出的16位单片机80C196MC，采用汇编语言编程，主要完成SPWM波形生成、闭环稳压控制、同步锁相、旁路切换逻辑控制、电