1、基于DSP的全數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計        本文致力于可并聯(lián)逆變器中的鎖相控制技術(shù)及其實現(xiàn)方法。在分析了鎖相的重要性之后，提出了搶占與并發(fā)相結(jié)合的鎖相控制策略及其實現(xiàn)方法，并在實踐中證明了其具有很高的控制精度。1  引言    對電子設(shè)備而言，電源是電子設(shè)備的心臟，因而它必須具有高可*性。隨著科技的發(fā)展，在實際應(yīng)用中兼顧可*性與設(shè)備成本，在電源系統(tǒng)中引入了模塊化和標準化的設(shè)計方法，可根據(jù)負載功率的要求由多個標準化電源模塊并聯(lián)起來構(gòu)成分布式電源系統(tǒng)。實現(xiàn)逆變模塊的并聯(lián)運行是進一

2、步提高分布式電源系統(tǒng)運行可*性和擴大容量而需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。然而逆變電源的并聯(lián)不同于直流電源的并聯(lián)，逆變電源輸出的是時變的、交變的正弦波，并聯(lián)時需要同時控制輸出正弦波的幅值和相角，即同頻率、同相位、同幅值。本文著重介紹如何軟件鎖相實現(xiàn)同頻率、同相位，即同步。 2  同步的重要性    模塊間輸出的不同步會造成很大的環(huán)流，為簡便起見，不妨設(shè)圖1所示的兩臺并聯(lián)供電的逆變電源為相同的容量。圖1     兩臺逆變器并聯(lián)簡化圖圖1中V1，V2代表兩個逆變電源的輸出PWM波形的基波電壓;L1，C1，L2,C2分別代表2個逆

3、變電源的輸出濾波器;Z為公共負載;V0為負載兩端電壓;il1,il2,ic1,ic2分別為兩逆變電源中流經(jīng)濾波電感和濾波電容的電流;ir1,ir2分別為兩逆變電源流進負載的電流。根據(jù)圖1可列出以下方程: (1)當C1=C2=C，L1=L2=L時，式(1)可簡化為:(2)由此可推出:(3)由以上3個方程可解得:由式(4)可以看出，il1，il2由兩部分電流組成，后一部分為負載電流分量，前一部分為環(huán)流分量。負載電流分量總是平衡的(在輸出濾波器相同時)，但環(huán)流分量的存在使各逆變器輸出的總電流不相同。可以看出環(huán)流主要取決于各輸出電壓差和濾波電抗器的特性。由于L很小，即使幅值相同，輸出間很小的相位差也會

4、引起很大的環(huán)流。如以兩臺逆變模塊的并聯(lián)為例。一般濾波器的濾波電感的感抗取值為3%的負載阻抗，因而，在額定電壓輸出為Ue、額定負載電流為Ie、額定頻率為50Hz時，由式(4)可得0.5度的相位差形成的環(huán)流為: 經(jīng)分析，要使并聯(lián)逆變器系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行各模塊輸出相位差須控制在0.1度以內(nèi)。3  基于搶占與并發(fā)的鎖相控制方式    一個完整的逆變電源系統(tǒng)有一定數(shù)量的逆變模塊和靜態(tài)開關(guān)組成。靜態(tài)開關(guān)起著市電與逆變電之間的切換和保證市電與逆變電之間的主從外同步關(guān)系。系統(tǒng)一旦在靜態(tài)開關(guān)停止工作時并聯(lián)得逆變模塊可以經(jīng)一種“搶占與并發(fā)”機制產(chǎn)生一個主同步信號，發(fā)出這個主

5、同步信號的模塊即主模塊，其他并機模塊即跟蹤主同步信號而發(fā)本模塊的同步信號，形成一種既主從又平等的同步邏輯跟蹤關(guān)系，實現(xiàn)模塊之間的內(nèi)同步控制。由圖2所示的并聯(lián)同步示意圖可得如下關(guān)系式:由靜態(tài)開關(guān)發(fā)同步信號時: Ssignal=/Sstator靜態(tài)開關(guān)不發(fā)同步信號時: Ssignal=M1+M2+Mn    這種搶占與并發(fā)方式相結(jié)合的鎖相控制方式即使有某個模塊因為故障損壞不能輸出同步信號，圖2    并聯(lián)同步示意圖也不影響并聯(lián)系統(tǒng)的運行，有效克服主從控制與分散邏輯控制的缺陷,從而實現(xiàn)并聯(lián)冗余控制系統(tǒng)的鎖相控制。4  軟件實現(xiàn)&#

6、160;   本系統(tǒng)采用TI公司TMS320LF2407A作為核心芯片。通過設(shè)置硬件定時器來完成同步信號的檢測和同步脈沖的發(fā)送:T1工作與定時比較方式，用于模塊發(fā)送同步脈沖(50Hz);T2用于同步信號的檢測，同時也作為同步中斷服務(wù)程序的定時。為了實現(xiàn)上述搶占與并發(fā)的同步跟蹤策略，本系統(tǒng)設(shè)定三種工作模態(tài)。    (1) 工作模態(tài)1:模態(tài)1主要完成逆變模塊同步控制過程的初始化，首先檢測同步母線上有無同步信號，若有則精確地檢測出該同步信號的周期及啟動定時器T1,若沒有則啟動定時器T1。    (2) 工作模態(tài)2:模態(tài)2

7、中根據(jù)同步過程中的同步信號發(fā)送SPWM調(diào)制脈沖的起始值和SPWM調(diào)制重定位鎖相控制，并由檢測到的同步信號周期與T2的定時周期的誤差，對T2的定時周期進行修正，改變本模塊發(fā)送同步脈沖的相位。    (3) 工作模態(tài)3:當同步中斷程序進入工作模態(tài)3時， 圖3    同步跟蹤示意圖圖4    SPWM調(diào)制重定位示意圖表明模塊發(fā)送的同步脈沖與同步母線上的同步信號已保持一致而不需對本模塊同步脈沖發(fā)送時刻進行調(diào)整，其他處理工作與模態(tài)2基本類似。    圖3表明:每個模塊工作開始

8、，偵聽并聯(lián)同步信號線上是否有同步脈沖的上升沿，如果檢測到上升沿，立即重置定時器T1，并使對應(yīng)定時器T1的I/O口立即發(fā)送同步信號到同步并聯(lián)線上，同步信號作或運算;如果在一段時間t1內(nèi)一直為低或高，表明同步線上無同步信號，則立即發(fā)送本模塊的同步信號;各模塊在發(fā)送一個同步信號經(jīng)過t2時間后開始偵聽下一個同步信號的上升沿，正常情況下時間t3后，檢測到上升沿則再發(fā)送一個同步信號，與此同時，通過另外一個定時計數(shù)器精確記下每個同步信號的間隔t4時間，然后經(jīng)過適當?shù)男拚瑥亩_到各模塊完全同步地發(fā)送同樣的同步脈沖，形成同步信號。根據(jù)這一公共的同步信號，一旦檢測到同步信號的上升沿，就重新置位調(diào)制波和載波，也就

9、是將調(diào)制波和載波的起始點綁定在同步信號的上升沿處，從而實現(xiàn)各并聯(lián)逆變模塊交流輸出的精確同步(如圖4所示)。5  結(jié)論    “搶占并發(fā)”相結(jié)合的鎖相控制策略，很好地解決了并聯(lián)逆變模塊之間同步控制的問題。 通過實驗結(jié)果分析,這種鎖相控制方法可以達到相當高的同步精度,實測相差小于0.0162o(相對900ns/20ms周波而言),為實現(xiàn)并聯(lián)系統(tǒng)的負載均分奠定了前提條件。參考文獻1 蒿 偉，陳 堅. SPWM逆變器的并聯(lián)運行J. 電力電子技術(shù),1997,(3).2 陳衛(wèi)昀,嚴仰光. 分布式電源J. 電力電子技術(shù),1999,(2).3 段善旭. 基于全數(shù)字化的模

10、塊化逆變電源的并機控制技術(shù)(博士學(xué)位論文)D. 武漢:華中理工大學(xué),1999. 4 周錫雄,嚴仰光. SPWM逆變器交流瞬時值反饋控制系統(tǒng)分析A. 全國首屆UPS電源研討會論文集C. 1990. 5胡文斌，肖嵐等. 3kVA并聯(lián)逆變器模塊研究J. 電力電子技術(shù),2001,(5).6 Jerry Thunes,Russel Kerkman,David Schlegel,Timothy Rowan,"Current Regulator Instabilities on Parallel Voltage-Source Inverters"IEEE Trans.Industry Application,Vol.35,No.1,19997 M,Huang,W,Lin and J.Ying,"Novel Current Made Bi-directional High-Frequency Lind DC/AC Converter for UPS".IEEE PESE'988 Keiju Matsui,"A Pulsewidth Modulated Inverter with Parallel-con