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摘要：本文提出了一种改进逆变器输出动态响应的方法，在逆变器控制器中断服务程序中，通过瞬态时刻电压电流的一些特性，判断出瞬投以及瞬卸時刻，并采取一些只在瞬态时刻有效的措施，从而达到改善瞬态时的动态响应速度，且不影响UPS稳态时的工作。经过在自制样机上试验，逆变器纯阻性负载瞬投和瞬卸时刻动态响应指标可做到6%以内。
关键词：UPS； 嵌入式操作系统 ；功率因数校正
中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
影响R满载动态响应的主要有直流母线电压、输出电压的有效值的计算、逆变电压外环和逆变电流内环。目前使用较多的方法是将直流母线电压的补偿系数分段线性化；提高前级功率因数校正[1]控制系统的电压环增益[2]，加快直流母线响应速度；提高逆变电流环增益增加系统的抗干扰能力；使用负虚拟内阻，使逆变器[3]电压环给定变大。经过实验验证，几种方法结合使用，可以使逆变器的动态响应勉强符合9%的规格，却远远达不到6%的规格要求。而且，前级功率因数校正控制系统电压环增益过大，会影响功率因数校正电路控制器的稳定性；逆变器负向虚拟电阻的加入，也导致逆变器在投RCD载时会出现输出电压电流偏头（正负不对称）的现象。
本文提出一种更加有效的改善逆变器输出动态响应的方法。该方法的基本思想是：利用瞬投瞬卸负载时电压电流的特性，判断出瞬投和瞬卸时刻。然后在瞬投时，加大BUS给定，加快前级功率因数校正控制系统的电压环增益，加大逆变电压环给定等以达到瞬投时电压快速恢复的目的；在瞬卸时则相反，减小逆变器电压环给定，将直流母线电压给定值限幅等都可以减小输出电压上冲的幅度，改善动态响应。
1 判断瞬投瞬卸时刻
实际上，我们一般不会直接用逆变器输出功率这个条件去判断瞬态时刻，而是会设定一个阈值。因为在稳态时刻，由于相位误差等原因，逆变器输出功率变化量并不为0。所以，这个阈值的选取就需要恰到好处。
2 根据电流变化判断瞬投/瞬卸
上面介绍了判断出瞬态时刻的方法，但是仍然未分别判断出瞬投和瞬卸状态。所以很难采取对于的措施去改善动态响应。下面就介绍，利用电流特性判断出瞬投和瞬卸状态，并在不同状态采取不同措施，以使动态响应达到最优。
与计算逆变器输出功率变化量的方法一样，求出输出逆变器输出电流变化量的绝对值。理论上分析：如果是瞬投时刻，假设上一拍正好为投载前，当前拍为投载后，那么，当前拍的电流采样累加后的绝对值将大于上一拍的电流采样累加值的绝对值；如果是瞬卸时刻，则相反，当前拍的电流采样累加值的绝对值反而小于上一拍的电流采样累加值的绝对值。但实际上稳态时，由于相位误差等一些原因，逆变器输出电流变化量的绝对值也并不为0。所以同样要选取恰当的阈值，才可以判断出此时逆变器是在瞬投时刻还是瞬卸时刻。
3 改善措施
至此，就可以判断出逆变器是否处在瞬投或瞬卸时刻。针对不同的状态，采取不同的措施，更好地改善动态响应。
对于瞬投R载时刻采取的措施有：1）加大前级功率因数校正控制系统的电压环增益，使得直流母线电压恢复更快；2）判断到瞬投时加大前级功率因数校正电路控制系统的直流母线电压给定值，母线电压上升更快；3）投载瞬间往逆变器控制系统中加入正向虚拟电阻，在非瞬态时刻慢慢恢复，这样相当于根据负载电流加大了逆变控制系统的给定值。措施1）和2）都是为了提高BUS电压动态响应速度，BUS动态响应速度上去了，输出电压的动态响应也会有很大的提高。而且，BUS电压动态响应速度足够快还有个好处，就是在瞬投时，输出电压削顶周期减少甚至在瞬投时可以做到输出电压不削顶。相应的，对于瞬卸R载时刻采取的措施有：1）减小INV电压环给定；2）减小BUS给定，实际当中，由于BUS上冲多少与负载量卸掉多少有关系，所以很难把握需减小多少BUS给定，可能会造成输出电压波形异常，此措施取消。
4 样机试验
根据以上介绍的改善逆变器瞬投和瞬卸R载时的动态响应的方法，往逆变器控制器的中断服务程序中加入了判断瞬态时刻、判断是瞬投还是瞬卸、针对瞬投时刻的改善措施、针对瞬卸时刻的措施等代码。并在容量为6KVA的样机上试验。试验设备有：1）横河示波器：DLM2024；2）横河差分探棒：700924；3）负载箱。瞬投时刻的动态响应如图2所示，示波器通道3为逆变器输出电压波形，经测量计算瞬投时刻的动态响应性能指标为2.4%；瞬卸时刻的动态响应如图3所示，示波器通道3为逆变器输出电压波形，经测量计算卸载时刻的动态响应性能指标为-2.4%。
5 结束语
通过判断出瞬投瞬卸状态，再采取对应措施改善瞬态响应，能很好地提高UPS的动态响应速度，提高逆变器的控制性能。
参考文献
[1] 开关变换器的建模与控制[M]张卫平，陈亚爱，曹靖. 北京：中国电力出版社.2005
[2] 自动控制原理[M]胡寿松.北京.科学出版社.2005
[3] 电力电子技术[M]王兆安，刘进军.北京：机械工业出版社.2000
关键词：UPS； 嵌入式操作系统 ；功率因数校正
中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
影响R满载动态响应的主要有直流母线电压、输出电压的有效值的计算、逆变电压外环和逆变电流内环。目前使用较多的方法是将直流母线电压的补偿系数分段线性化；提高前级功率因数校正[1]控制系统的电压环增益[2]，加快直流母线响应速度；提高逆变电流环增益增加系统的抗干扰能力；使用负虚拟内阻，使逆变器[3]电压环给定变大。经过实验验证，几种方法结合使用，可以使逆变器的动态响应勉强符合9%的规格，却远远达不到6%的规格要求。而且，前级功率因数校正控制系统电压环增益过大，会影响功率因数校正电路控制器的稳定性；逆变器负向虚拟电阻的加入，也导致逆变器在投RCD载时会出现输出电压电流偏头（正负不对称）的现象。
本文提出一种更加有效的改善逆变器输出动态响应的方法。该方法的基本思想是：利用瞬投瞬卸负载时电压电流的特性，判断出瞬投和瞬卸时刻。然后在瞬投时，加大BUS给定，加快前级功率因数校正控制系统的电压环增益，加大逆变电压环给定等以达到瞬投时电压快速恢复的目的；在瞬卸时则相反，减小逆变器电压环给定，将直流母线电压给定值限幅等都可以减小输出电压上冲的幅度，改善动态响应。
1 判断瞬投瞬卸时刻
实际上，我们一般不会直接用逆变器输出功率这个条件去判断瞬态时刻，而是会设定一个阈值。因为在稳态时刻，由于相位误差等原因，逆变器输出功率变化量并不为0。所以，这个阈值的选取就需要恰到好处。
2 根据电流变化判断瞬投/瞬卸
上面介绍了判断出瞬态时刻的方法，但是仍然未分别判断出瞬投和瞬卸状态。所以很难采取对于的措施去改善动态响应。下面就介绍，利用电流特性判断出瞬投和瞬卸状态，并在不同状态采取不同措施，以使动态响应达到最优。
与计算逆变器输出功率变化量的方法一样，求出输出逆变器输出电流变化量的绝对值。理论上分析：如果是瞬投时刻，假设上一拍正好为投载前，当前拍为投载后，那么，当前拍的电流采样累加后的绝对值将大于上一拍的电流采样累加值的绝对值；如果是瞬卸时刻，则相反，当前拍的电流采样累加值的绝对值反而小于上一拍的电流采样累加值的绝对值。但实际上稳态时，由于相位误差等一些原因，逆变器输出电流变化量的绝对值也并不为0。所以同样要选取恰当的阈值，才可以判断出此时逆变器是在瞬投时刻还是瞬卸时刻。
3 改善措施
至此，就可以判断出逆变器是否处在瞬投或瞬卸时刻。针对不同的状态，采取不同的措施，更好地改善动态响应。
对于瞬投R载时刻采取的措施有：1）加大前级功率因数校正控制系统的电压环增益，使得直流母线电压恢复更快；2）判断到瞬投时加大前级功率因数校正电路控制系统的直流母线电压给定值，母线电压上升更快；3）投载瞬间往逆变器控制系统中加入正向虚拟电阻，在非瞬态时刻慢慢恢复，这样相当于根据负载电流加大了逆变控制系统的给定值。措施1）和2）都是为了提高BUS电压动态响应速度，BUS动态响应速度上去了，输出电压的动态响应也会有很大的提高。而且，BUS电压动态响应速度足够快还有个好处，就是在瞬投时，输出电压削顶周期减少甚至在瞬投时可以做到输出电压不削顶。相应的，对于瞬卸R载时刻采取的措施有：1）减小INV电压环给定；2）减小BUS给定，实际当中，由于BUS上冲多少与负载量卸掉多少有关系，所以很难把握需减小多少BUS给定，可能会造成输出电压波形异常，此措施取消。
4 样机试验
根据以上介绍的改善逆变器瞬投和瞬卸R载时的动态响应的方法，往逆变器控制器的中断服务程序中加入了判断瞬态时刻、判断是瞬投还是瞬卸、针对瞬投时刻的改善措施、针对瞬卸时刻的措施等代码。并在容量为6KVA的样机上试验。试验设备有：1）横河示波器：DLM2024；2）横河差分探棒：700924；3）负载箱。瞬投时刻的动态响应如图2所示，示波器通道3为逆变器输出电压波形，经测量计算瞬投时刻的动态响应性能指标为2.4%；瞬卸时刻的动态响应如图3所示，示波器通道3为逆变器输出电压波形，经测量计算卸载时刻的动态响应性能指标为-2.4%。
5 结束语
通过判断出瞬投瞬卸状态，再采取对应措施改善瞬态响应，能很好地提高UPS的动态响应速度，提高逆变器的控制性能。
参考文献
[1] 开关变换器的建模与控制[M]张卫平，陈亚爱，曹靖. 北京：中国电力出版社.2005
[2] 自动控制原理[M]胡寿松.北京.科学出版社.2005
[3] 电力电子技术[M]王兆安，刘进军.北京：机械工业出版社.2000