一種新的基于dsp的高精度ups鎖相技術(shù)

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1、第24卷第4期電工電能新技術(shù)Vol.24,No.42005年10月AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergyOct.2005一種新的基于DSP的高精度UPS鎖相技術(shù)1,211馬學(xué)軍,陳息坤,康
勇(1
華中科技大學(xué),湖北武漢430074;2
黃石理工學(xué)院,湖北黃石435003)摘要:本文結(jié)合鎖相環(huán)的原理針對全數(shù)字化控制的UPS系統(tǒng),研究了利用DSPTMS320F240實現(xiàn)高精度鎖相的數(shù)字鎖相環(huán)的原理與實現(xiàn)方法。所給出的鎖相方法中利用DSP的捕獲中斷和周期中斷讀取市電和逆變輸出的相差,經(jīng)PI調(diào)節(jié)器輸出一個載波周期的補(bǔ)償量,通過動態(tài)改變

2、載波周期值實現(xiàn)逆變輸出對市電的動態(tài)跟蹤,理論上相差分辨率可高達(dá)0
72
。文中給出了硬件實現(xiàn)電路及程序流程圖,建立了z域的線性化模型。為驗證本鎖相方法,研制了一臺220V
50Hz
1
4KW的樣機(jī)。仿真和實驗結(jié)果驗證了該方案的可行性。關(guān)鍵詞:UPS;數(shù)字鎖相環(huán);高精度;中斷中圖分類號:TM464




文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A


文章編號:1003
3076(2005)04
0059
04為市電電壓瞬時值,幅值,角頻率,且
1=2
f1;
為1
引言逆變輸出超前或滯后市電的相位角。若要實現(xiàn)鎖相[3,4]UPS在運(yùn)行時,要求輸出電壓的頻率和相位都的目標(biāo),必須滿足下列方程式:與市電保持一致,只有這

3、樣,在市電發(fā)生變化時,sin
upst=sin(
1t

)(3)UPS才能向負(fù)載提供不間斷、穩(wěn)定的電能,不會對負(fù)即
upst=
1t

(4)載產(chǎn)生過大的沖擊。所以UPS中的逆變器必須有UPS逆變器的頻率應(yīng)與市電頻率相等,否則就鎖相環(huán)節(jié),以保證UPS能與市電同步。其同步鎖相更談不上鎖相了。對于用戶來說,
為一常數(shù),不可控制應(yīng)完成以下功能:當(dāng)電網(wǎng)頻率滿足精度要求時,變,交流市電的頻率也是不可變的,要使式(4)成立,使逆變器與電網(wǎng)同步運(yùn)行;當(dāng)電網(wǎng)頻率超出精度要只有改變UPS的頻率fups。將式(4)寫成為:求范圍或電網(wǎng)故障時,使逆變器與內(nèi)部高精度的基2
fupst=2
f1t

(5)準(zhǔn)頻率

4、同步運(yùn)行;并且兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換要平穩(wěn),
f1+市電相位超前以免造成轉(zhuǎn)換過程中逆變器工作頻率的劇烈抖2
t有
fups=(6)[1,2]動。
f1-市電相位滯后2
t2
鎖相原理式(6)說明,當(dāng)市電超前逆變輸出的相位角為
時,就要求逆變輸出頻率升高,經(jīng)過一段時間后,逆變輸市電電壓是按正弦規(guī)律變化的,UPS的輸出電出頻率與相位就會逐漸與市電靠攏。反之要求逆變壓波形也是正弦的。設(shè)UPS逆變器電壓的頻率為輸出頻率降低,直至與市電同頻同相。fups,而市電電壓的頻率為f1,那么這兩個電壓的瞬時值可表示為:3
數(shù)字鎖相環(huán)DPLLuups=Umupssin
t(1)3
1
數(shù)字鎖相的原理與方法u1=U

5、m1sin(
1t

)(2)對于采用SPWM控制的逆變器,可以固定載波式中uups,Umups,
ups分別為UPS逆變器輸出電壓瞬比N=fc
fups,通過改變?nèi)禽d波頻率fc(周期Tc),時值,幅值,角頻率,
ups=2
fups;u1,Um1,
1分別則可改變輸出交流電壓基波的頻率fups。本文正是收稿日期:2005
03
18作者簡介:馬學(xué)軍(1969
),男,湖北籍,副教授,博士,研究方向為電力電子與電力傳動;康
勇(1965
),男,湖北籍,教授,博導(dǎo),研究方向為電力電子與電力傳動。
6
0
電工電能新技術(shù)第24卷用這種方法來調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的頻率,從而相3
2
數(shù)字鎖相的

6、實現(xiàn)應(yīng)地調(diào)節(jié)相位,完成逆變輸出的頻率相位跟蹤市電(1)相差的檢測及相位關(guān)系的判斷的鎖相過程。所設(shè)計的系統(tǒng)逆變輸出頻率為50HZ,為實現(xiàn)數(shù)字鎖相,程序中采用兩個單增模式的三角載波頻率20KHz,載波比N=400。本文以市電計數(shù)器,其中一個計數(shù)器是載波數(shù)計數(shù)器TCcnt,每個相位為360
時的計數(shù)值為基準(zhǔn),并比較逆變輸出也載波加1,計數(shù)周期為400。從圖2可以看出載波數(shù)為360
時的計數(shù)值(二者用同一個定時器T1的計數(shù)計數(shù)器TCcnt在逆變輸出相位為180
處初始化為0,器T1CNT),若后者小于前者則逆變輸出超前,需要計滿400后再清零。計數(shù)器計數(shù)值與逆變器輸出的增大逆變輸出載波周期T2PR

7、的值,反之逆變輸出相位的對應(yīng)關(guān)系為:滯后市電,需要減小逆變輸出載波周期值,直至二者0
ups=180
相位為360
時刻T1CNT的值相同即鎖相。TCcnt=(7)200
ups=360
為了實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓頻率和相位的跟蹤,可以

另一個計數(shù)器為市電周期計數(shù)器,由DSP的定利用一個比較器進(jìn)行過零檢測。為提高抗干擾能力時器T1的計數(shù)器T1CNT充當(dāng),設(shè)定一個寄存器T-及檢測的快速性,工程上所用的比較器一般為滯環(huán)net用來存