CN113541519B - 一种用于电源的同步锁相方法和电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电源的同步锁相方法和电源，电源包括主机和从机，主机和从机并联连接，该方法包括以下步骤：主机发出带有自身相位信息的正弦基波模拟信号。从机将正弦基波模拟信号转化为正弦基波数字信号，并将正弦基波数字信号输入数字锁相环，以获取正弦基波模拟信号的正弦相位信息，再依据正弦相位信息获取主机的相位信息。由于采用正弦基波作同步信号，并依托于DAC、ADC和DPLL数字化模块的功能，明显改善了传统并机同步锁相可靠性低，实时性较差的缺点。

Description

一种用于电源的同步锁相方法和电源

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种用于电源的同步锁相方法和电源。

背景技术

随着光伏发电技术的发展，光伏发电系统的成本不断降低，离网逆变器应用越来越广泛。单台的逆变器往往满足不了客户对负载使用的需求，因此大多数情况下，客户会将多台逆变器的交流输出端并联起来实现对整个逆变系统的功率扩容。多机并联时，需要始终保持各机台之间的相位保持高度的同步，否则会出现环流或不均流的情况，导致系统无法稳定工作。目前，在采用数字控制技术的逆变电源系统中，电源常用的同步锁相方法有如下三种：

方法一，设定一个主机，从机通过对主机的输出电压进行滤波后，利用控制芯片的捕获功能获取主机的频率和相位，从而进行锁相；

方法二，设定一个主机，从机通过对主机的输出电压进行采样，然后通过算法获取主机的频率和相位；

方法三，设定一个主机，由主机在逆变电压过零点发出一个与自身逆变频率相同的脉冲信号，从机通过捕获该脉冲信号获得主机的频率和过零时刻。

然而，前两种方法存在一个相同的缺点：从机获取主机的频率和相位的条件是首先得到主机的输出电压，但是，在某些应用场合(例如，模块化不间断电源(UninterruptiblePower Supply，简称为UPS))中，这种条件不一定能够满足；第三种方法虽然不需要得到主机的输出电压，但由于主机仅在过零点发出脉冲信号，从机在一个周期内只能获得一次主机频率相位信息，因此导致锁相的速度慢、精度低。针对电源的同步锁相相关技术存在的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明主要目的是提供一种电源的锁相方法和电源，以解决电源同步锁相速度慢、精度低的技术问题。

根据第一方面，本发明提供了一种用于电源的同步锁相方法，所述电源包括主机和至少一个从机，所述主机和每个所述从机并联连接，所述同步锁相方法包括：

所述主机发出带有自身相位信息的正弦基波模拟信号；

所述从机将所述正弦基波模拟信号转化为正弦基波数字信号，所述正弦基波数字信号包含所述正弦基波模拟信号的正弦相位信息；

所述从机将所述正弦基波数字信号输入数字锁相环，以获取所述正弦基波模拟信号的正弦相位信息；

所述从机依据所述正弦相位信息获取所述主机的相位信息。

一实施例中，所述主机每间隔一预设单位时间发出带有自身相位信息的正弦基波模拟信号。

一实施例中，当所述主机的自身相位调整时，发出带有自身相位信息的正弦基波模拟信号。

一实施例中，所述主机通过单根总线发出带有自身相位信息的正弦基波模拟信号。

一实施例中，所述数字锁相环应用DQ锁相算法获取所述正弦相位信息。

根据第二方面，本发明提供了一种电源，包括主机、总线和至少一个从机；

所述主机和从机并联连接；所述主机包括数模转换器，所述数模转换器用于将带有所述主机自身相位信息的正弦基波数字信号转换为正弦基波模拟信号，并向所述总线发出所述正弦基波模拟信号；

所述从机包括模数转化器和数字锁相环；所述模数转化器用于从所述总线获取所述正弦基波模拟信号，并将所述正弦基波模拟信号转化为所述正弦基波数字信号后发送给所述数字锁相环；所述数字锁相环用于依据所述正弦基波数字信号获取所述主机的相位信息。

一实施例中，所述总线为单根总线。

一实施例中，所述数字锁相环应用DQ锁相算法获取所述主机的相位信息。

根据第三方面，本发明提供了一种电源, 包括主机和至少一个从机；

所述主机包括发送模块；所述发送模块用于发出带有自身相位信息的正弦基波模拟信号；

所述从机包括接收模块和相位获取模块；所述接收模块用于获取所述正弦基波模拟信号，并将该信号转化为正弦基波数字信号；所述正弦基波数字信号包含所述正弦基波模拟信号的正弦相位信息；所述相位获取模块还用于依据所述正弦基波数字信号获取所述主机的相位信息。

一实施例中，所述相位获取模块还用于依据所述正弦基波数字信号获取所述主机的相位信息，包括：

所述相位获取模块将所述正弦基波数字信号输入数字锁相环，以获取所述正弦基波模拟信号的正弦相位信息，并依据所述正弦相位信息获取所述主机的相位信息。

上述实施例中提供的一种用于电源的同步锁相方法，电源包括主机和从机，主机和从机并联连接，该方法包括以下步骤：主机发出带有自身相位信息的正弦基波模拟信号。从机将正弦基波模拟信号转化为正弦基波数字信号，并将正弦基波数字信号输入数字锁相环，以获取正弦基波模拟信号的正弦相位信息，再依据正弦相位信息获取主机的相位信息。由于采用正弦基波作同步信号，并依托于DAC、ADC和DPLL数字化模块的功能，明显改善了传统并机同步锁相可靠性低，实时性较差的缺点。

附图说明

图1为一种基于CAN总线通信的电源结构示意图；

图2为一种基于I/O 总线通信的电源结构示意图；

图3为一种实施例中电源的结构示意图；

图4为另一种实施例中用于电源的同步锁相方法的流程示意图；

图5为另一种实施例中电源的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

目前，电源的同步锁相的主流方法包括：

1）主机通过CAN通信总线传递同步信息。

请参考图1，为一种基于CAN总线通信的电源结构示意图，主机每5ms 广播发送一次自身的正弦基波相位信息，从机或接收到主机相位信息后，根据通信时间差，补偿同步自身的基波相位。该方案通过CAN通信总线实现相位信息传递，不需要额外增加同步电路，具备成本低廉的特点，但是由于相位信息依赖于CAN通信总线的通信质量，在电磁干扰条件下，可靠性风险较大，另外如果CAN通信总线发生通信阻塞时，存在相位信息传送延迟的风险，总体上可靠性较差。

2）主机通过 I/O 总线输出同步方波信号来传递相位信息。

请参考图2，为一种基于I/O 总线通信的电源结构示意图，从机通过DSP的CAP(下降沿过零捕获模块)获取主机相位信息，并同步锁相，实现整个系统的相位一致。该方案采用I/O 电平信号传递相位，可靠性优于技术方案1），但是缺点是需要增加I/O 接口电路，成本略有增加；另外，由于DSP 只能通过下降沿捕获主机信息，从机跟随主机的相位只能每工频周波调整一次，锁相调整速度较慢。对于工频周波内的相位变化，从机是无法实时跟踪的。

例如，在不间断电源并机系统中，相位同步的主流方法是采用同步脉冲的方式，其原理为具有并机主机身份的单机将输出的相位频率信息通过同步脉冲的表征方式发送至同步总线上，并机系统的其它单机，也即为从机，根据所接收到的同步脉冲计算出主机的相位和频率信息，并作为本机的目标相位和目标频率，单机通过调节本机输出电压的相位和频率与目标相位和目标频率一致，实现并机系统中各单机的相位同步。由于主机的同步脉冲大部分是依据旁路电压来发送的，当旁路电压的相位或者频率变化时，对应的同步脉冲的相位和频率也会变化，在设计时，如果从机无法迅速锁定同步脉冲的相位和频率，为了保证并机系统的稳定性和可靠性，则主机不得不降低同步脉冲的变化率，以保证并机系统的从机在同步脉冲变化时都能够锁定上同步脉冲，从而保证所有机器的相位一致。这种通过降低并机系统的同步脉冲变化速率来保证并机系统的稳定性、可靠性的方法所带来的不良后果是当旁路电源相位或者频率波动较大时，将无法保证逆变的相位与旁路相位一致。因此，如何提高并机系统的同步脉冲锁相速率是改善此类问题的一个关键。

基于以上痛点，本申请公开了一种锁相同步方法，不采用方波信号作同步，具备可靠性高、实时性好的优点。

下面将结合实施例对本申请的技术方案做具体说明。

实施例一

请参考图3，为一种实施例中电源的结构示意图，电源包括主机1、总线2和至少一个从机3。主机1和从机3并联连接。主机1包括数模转换器11，数模转换器11用于将带有主机1自身相位信息的正弦基波数字信号转换为正弦基波模拟信号，并向总线2发出正弦基波模拟信号。从机3包括模数转化器31和数字锁相环32。模数转化器31用于从总线2获取正弦基波模拟信号，并将正弦基波模拟信号转化为正弦基波数字信号后发送给数字锁相环32。数字锁相环32用于依据正弦基波数字信号获取主机1的相位信息。一实施例中，总线2为单根总线，正弦基波模拟信号的传输只需一根数据线。一实施例中，数字锁相环32应用DQ锁相算法获取主机1的相位信息。

在本申请实施例中，针对现有离网并机同步方式存在可靠性低，实时性差的缺陷，提出在原有方波同步的算法的基础上，改进为由主机发出正弦基波同步信号，从机通过采样电路检测到正弦基波后，进行数字锁相，实现同步跟踪。电源通过总线将并联连接主机和从机互联起来，主机通过DSP 自带的DAC 模块将自身的正弦基波相位发送到模拟总线上，每个从机通过ADC模块采集到主机的正弦基波相位，并送入DPLL实现锁相同步。当主机出现基准相位调整时，主机的基准相位能够实时的通过DAC传送到从机的ADC, 从机在DPLL作用下能够在1/4 周波内实现对主机基准相位的快速锁相，锁相速度远远优于传统的方波同步锁相算法以及 CAN通信同步锁相算法，同时由于不依赖于通信，可靠性较高。

实施例二

请参考图4，为另一种实施例中用于电源的同步锁相方法的流程示意图，电源包括主机和至少一个从机，主机和每个从机并联连接，该同步锁相方法包括：

步骤100，发送正弦基波模拟信号。

主机发出带有自身相位信息的正弦基波模拟信号。

一实施例中，主机每间隔一预设单位时间发出带有自身相位信息的正弦基波模拟信号。一实施例中，预设单位时间为PWM开关周期的整数倍。

一实施例中，当主机的自身相位调整时，发出带有自身相位信息的正弦基波模拟信号。

一实施例中，主机通过单根总线发出带有自身相位信息的正弦基波模拟信号。

步骤200，获取正弦基波数字信号。

从机将正弦基波模拟信号转化为正弦基波数字信号，其中，正弦基波数字信号包含正弦基波模拟信号的正弦相位信息。

一实施例中，从机通过单根总线获取正弦基波模拟信号。

步骤300，获取正弦相位信息。

从机将正弦基波数字信号输入数字锁相环，以获取正弦基波模拟信号的正弦相位信息。

一实施例中，数字锁相环应用二阶广义积分下的DQ锁相算法获取所述正弦相位信息。二阶广义积分下的DQ锁相算法是在二阶广义积分器的输入端输入电网电压信号，根据基于所述二阶广义积分器构建的静止坐标系获取与所述电网电压信号对应的正交分量；将所述广义二阶积分器输出的正交分量转换为旋转坐标系下的旋转分量Vd,Vq，根据所述旋转坐标系中的旋转分量进行单相锁相环控制，得到锁相后的相位角，根据所述相位角确定锁相电压信号；对所述锁相电压信号进行过零检测，当定位所述锁相电压信号的过零点后，根据预设转换策略获得正弦信号。

步骤400，获取主机的相位信息。

从机依据正弦相位信息获取主机的相位信息。

在本申请实施例中，公开了一种用于电源的同步锁相方法，其中，电源包括主机和从机，主机和从机并联连接，该同步锁相方法包括以下步骤：主机发出带有自身相位信息的正弦基波模拟信号。从机将正弦基波模拟信号转化为正弦基波数字信号，并将正弦基波数字信号输入数字锁相环，以获取正弦基波模拟信号的正弦相位信息，再依据正弦相位信息获取主机的相位信息。由于采用正弦基波作同步信号，并依托于DAC、ADC和DPLL数字化模块的功能，明显改善了传统并机同步锁相可靠性低，实时性较差的缺点。

实施例三

请参考图5，为另一种实施例中电源的结构示意图，电源10包括主机20和至少一个从机40。主机20包括发送模块30，发送模块30用于发出带有自身相位信息的正弦基波模拟信号。从机40包括接收模块60和相位获取模块50。接收模块60用于获取正弦基波模拟信号。相位获取模块50用于将正弦基波模拟信号转化为正弦基波数字信号，正弦基波数字信号包含正弦基波模拟信号的正弦相位信息。相位获取模块50还用于依据正弦基波数字信号获取主机20的相位信息。

一实施例中，相位获取模块50还用于依据正弦基波数字信号获取主机20的相位信息，包括：

相位获取模块50将正弦基波数字信号输入数字锁相环，以获取正弦基波模拟信号的正弦相位信息，并依据正弦相位信息获取主机的相位信息。

一实施例中，电源10还包括总线70。发送模块30将正弦基波模拟信号发送给总线70。接收模块60从总线70获取正弦基波模拟信号。

在本申请实施例中，电源采用正弦基波作同步信号，依托于DSP 芯片强大的DAC，ADC，DPLL数字化模块的功能，明显改善了传统并机同步锁相可靠性低，实时性较差的缺点。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (5)

1.一种用于电源的同步锁相方法，其特征在于，所述电源包括主机和至少一个从机，所述主机和每个所述从机并联连接，所述同步锁相方法包括：

所述主机每间隔一预设单位时间通过单根总线发出带有自身相位信息的正弦基波模拟信号，且当所述主机的自身相位调整时，发出带有调整后的自身相位信息的正弦基波模拟信号；

所述从机将所述正弦基波模拟信号转化为正弦基波数字信号，所述正弦基波数字信号包含所述正弦基波模拟信号的正弦相位信息；

所述从机将所述正弦基波数字信号输入数字锁相环，以获取所述正弦基波模拟信号的正弦相位信息；

所述从机依据所述正弦相位信息获取所述主机的相位信息。

2.如权利要求1所述的同步锁相方法，其特征在于，所述从机将所述正弦基波数字信号输入数字锁相环，以获取所述正弦基波模拟信号的正弦相位信息，包括：

所述数字锁相环应用DQ锁相算法获取所述正弦相位信息。

3.一种电源，其特征在于，包括主机、总线和至少一个从机；

所述主机和从机并联连接；所述主机包括数模转换器，所述数模转换器用于将带有所述主机自身相位信息的正弦基波数字信号转换为正弦基波模拟信号，并向所述总线发出所述正弦基波模拟信号；

所述从机包括模数转化器和数字锁相环；所述模数转化器用于从所述总线获取所述正弦基波模拟信号，并将所述正弦基波模拟信号转化为所述正弦基波数字信号后发送给所述数字锁相环；所述数字锁相环用于依据所述正弦基波数字信号获取所述主机的相位信息；所述总线为单根总线。

4.如权利要求3所述的电源，其特征在于，所述数字锁相环应用DQ锁相算法获取所述主机的相位信息。

5.一种电源，其特征在于, 包括主机和至少一个从机；

所述主机包括发送模块；所述发送模块用于发出带有自身相位信息的正弦基波模拟信号；

所述从机包括接收模块和相位获取模块；所述接收模块用于获取所述正弦基波模拟信号，并将该信号转化为正弦基波数字信号；所述正弦基波数字信号包含所述正弦基波模拟信号的正弦相位信息；所述相位获取模块还用于依据所述正弦基波数字信号获取所述主机的相位信息；其中，所述相位获取模块还用于依据所述正弦基波数字信号获取所述主机的相位信息，包括：

所述相位获取模块将所述正弦基波数字信号输入数字锁相环，以获取所述正弦基波模拟信号的正弦相位信息，并依据所述正弦相位信息获取所述主机的相位信息。

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