CN111030285A - 不间断电源的锁相实现方法及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于不间断电源技术领域，提供了一种不间断电源的锁相实现方法及终端设备，其中，所述不间断电源的锁相实现方法包括：获取目标电压源的电压信号；获取所述不间断电源的负载率；根据所述目标电压源的电压信号和所述不间断电源的负载率，调节逆变单元输出电压的相位，以使得所述逆变单元输出电压的相位与所述旁路单元电压的相位的偏差值的绝对值小于等于预设阈值。本发明能够根据不间断电源的负载率对目标电压源相位进行相位补偿，以避免不间断电源负载率变化所带来的锁相失败。

Description

不间断电源的锁相实现方法及终端设备

技术领域

本发明属于不间断电源技术领域，尤其涉及一种不间断电源的锁相实现方法及终端设备。

背景技术

UPS(Uninterrupted Power Supply)，即不间断电源，是将蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。随着计算机应用系统对电源的要求越来越高，UPS日益受到重视，可广泛应用于医疗、交通等各个场景。

UPS系统一般包含整流单元、逆变单元和旁路单元，其中，整流单元的输入为市电，其输出作为逆变单元的输入，逆变单元的输出作为UPS的输出电源，旁路单元作为UPS的另一路输出电源备份。当UPS中的逆变单元发生故障时，UPS的输出切换到旁路电源供电。

为了实现UPS旁路和逆变输出之间的无缝切换，需要根据旁路电压对逆变输出电压进行锁相，以控制二者的相位差不超过设定阈值。锁相是UPS系统的一个重要控制环节，若锁相失败，在旁路和逆变输出进行切换时会导致UPS系统的崩溃及损坏。

然而，由于逆变输出存在滤波电路，不间断电源负载大小发生变化时会使逆变输出电压的相位与旁路相位出现偏差，导致锁相失败。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种不间断电源的锁相实现方法及终端设备，能够避免不间断电源负载大小变化所导致的锁相失败。

本发明实施例的第一方面提供了一种不间断电源的锁相实现方法，该方法应用于不间断电源，该方法包括：

获取目标电压源的电压信号；

获取所述不间断电源的负载率；

根据所述目标电压源的电压信号和所述不间断电源的负载率，调节逆变单元输出电压的相位，以使得所述逆变单元输出电压的相位与所述旁路单元电压的相位的偏差值的绝对值小于等于预设阈值。

本发明实施例的第二方面提供了一种不间断电源的锁相实现装置，包括：目标电压源电压信号获取单元，不间断电源负载率获取单元和相位调节单元；

所述目标电压源电压信号获取单元，用于获取目标电压源的电压信号；

所述不间断电源负载率获取单元，用于获取所述不间断电源的负载率；

所述相位调节单元，用于根据所述目标电压源的电压信号和所述不间断电源的负载率，调节逆变单元输出电压的相位，以使得所述逆变单元输出电压的相位与所述旁路单元电压的相位的偏差值的绝对值小于等于预设阈值。

本发明实施例的第三方面提供了一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如任一项所述不间断电源的锁相实现方法的步骤。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如任一项所述不间断电源的锁相实现方法的步骤。

本发明与现有技术相比存在的有益效果是：

本发明通过获取目标电压源的电压信号；获取所述不间断电源的负载率；根据所述目标电压源的电压信号和所述不间断电源的负载率，调节逆变单元输出电压的相位，以使得所述逆变单元输出电压的相位与所述旁路单元电压的相位的偏差值的绝对值小于等于预设阈值。本发明能够根据不间断电源的负载率对目标电压源相位进行相位补偿，以避免不间断电源负载率变化所带来的锁相失败。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的不间断电源的锁相实现方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的一种不间断电源的工作原理图；

图3是本发明实施例提供的一种不间断电源的锁相实现方法的原理示意图；

图4是本发明实施例提供的不间断电源的锁相实现装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的终端设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

参见图1，其示出了本发明实施例提供的不间断电源的锁相实现方法的实现流程图，详述如下：

S101，获取目标电压源的电压信号。

本发明实施例将结合图2，对不间断电源的负载率对逆变单元输出电压的相位的影响进行说明。逆变器控制的是图2中位置1的输出，锁相的目的是使图2中位置2处的相位与旁路一致，如果是空载的情况，锁相环控制的是逆变器，锁相结果是位置2处的相位与旁路一致，非空载的情况下，锁相环控制不变，随着负载增大，图2中电感的电流会逐渐增大，电感两端的电压会增大，电感电压会带来相位差，导致位置1与位置2之后的相位发生偏移。

因此，不间断电源负载大小发生变化时会使逆变输出电压的相位与旁路相位出现偏差，可能会导致锁相失败。

可选的，当所述不间断电源为单机不间断电源时，所述目标电压源为所述单机不间断电源内部预设的模拟标准正弦波和/或所述单机不间断电源的旁路单元的旁路电压源。

可选的，当所述不间断电源为并联不间断电源系统时，所述目标电压源为所述并联不间断电源系统内部预设的模拟标准正弦波、所述并联不间断电源系统中任一旁路单元的旁路电压源、和所述并联不间断电源系统的输出电压源中的任一种。

在本发明实施例中，可以建立目标电压源的列表，并对对不间断电源的多个目标电压源建立优先级，例如，当不间断电源为单机不间断电源时，该列表中可以包括单机不间断电源的旁路单元的旁路电压源，和单机不间断电源内部预设的模拟标准正弦波，设置单机不间断电源的旁路单元的旁路电压源的优先级高于单机不间断电源内部预设的模拟标准正弦波，只有当无法获取单机不间断电源的旁路单元的旁路电压源的时候，例如单机不间断电源的旁路单元的旁路电压源没电时，才确定单机不间断电源内部预设的模拟标准正弦波为该单机不间断电源的目标电压源。

在本发明实施例中，可选的，目标电压源的电压信号包括所述目标电压源的电压幅值、相位和频率。

S102，获取所述不间断电源的负载率。

可选的，计算所述不间断电源的输出功率和额定功率的比值，得到所述不间断电源的负载率。

S103，根据所述目标电压源的电压信号和所述不间断电源的负载率，调节所述逆变单元输出电压的相位，以使得所述逆变单元输出电压的相位与所述旁路单元电压的相位的偏差值的绝对值小于等于预设阈值。

可选的，该步骤的实现包括：

获取所述目标电压源的相位θ；

根据预设公式获取目标相位δ，其中，所述预设公式为：

δ＝θ+kp

其中，k为预设系数，可通过实验进行确认，p为所述不间断电源的负载率；

根据所述目标相位δ调节所述逆变单元输出电压的相位。

在本发明实施例中，提供一种获取所述目标电压源的相位θ的方法，结合图3，该方法包括：

对目标电压源进行预设频率的采样得到电压数字信号；

获取调节步长，其中，当调节步长小于预设最小值时，令调节步长等于所述预设最小值；

根据所述电压数字信号和调节步长构建平面矢量圆；

对所述平面矢量圆进行平面坐标旋转变换得到相位差分量；

根据所述相位差分量，通过比例积分PI控制器和积分器实现锁相，得到所述目标电压源的相位θ。

具体的，将相位差分量输入PI控制器，通过该PI控制器将相位差分量调节趋向于0，经PI控制器输出的增量角频率和目标电压源的基准角频率累加获得角频率，并经积分器输出相位角，达到稳态后，积分器输出的相位角θ，即为目标电压源的相位角。

当然，也可以通过其他方式获取所述目标电压源的相位θ，本发明实施例对此不做限定。

由上可知，本发明通过获取目标电压源的电压信号；获取所述不间断电源的负载率；根据所述目标电压源的电压信号和所述不间断电源的负载率，调节所述逆变单元输出电压的相位，以使得所述逆变单元输出电压的相位与所述旁路单元电压的相位的偏差值的绝对值小于等于预设阈值。本发明能够根据不间断电源的负载率对目标电压源相位进行相位补偿，以避免不间断电源负载率变化所带来的锁相失败。

以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。

图4示出了本发明实施例提供的不间断电源的锁相实现装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图4所示，不间断电源的锁相实现装置包括：目标电压源电压信号获取单元41，不间断电源负载率获取单元44和相位调节单元43；

所述目标电压源电压信号获取单元41，用于获取目标电压源的电压信号；

所述不间断电源负载率获取单元44，用于获取所述不间断电源的负载率；

所述相位调节单元43，用于根据所述目标电压源的电压信号和所述不间断电源的负载率，调节所述逆变单元输出电压的相位，以使得所述逆变单元输出电压的相位与所述旁路单元电压的相位的偏差值的绝对值小于等于预设阈值。

可选的，当所述不间断电源为单机不间断电源时，所述目标电压源为所述单机不间断电源内部预设的模拟标准正弦波和/或所述单机不间断电源的旁路单元的旁路电压源。

可选的，当所述不间断电源为并联不间断电源系统时，所述目标电压源为所述并联不间断电源系统内部预设的模拟标准正弦波、所述并联不间断电源系统中任一旁路单元的旁路电压源、和所述并联不间断电源系统的输出电压源中的任一种。

可选的，所述目标电压源的电压信号包括所述目标电压源的电压幅值、相位和频率。

可选的，所述不间断电源负载率获取单元44，用于：

计算所述不间断电源的输出功率和额定功率的比值，得到所述不间断电源的负载率。

可选的，所述相位调节单元43，用于：

获取所述目标电压源的相位θ；

根据预设公式获取目标相位δ，其中，所述预设公式为：

δ＝θ+kp

其中，k为预设系数，p为所述不间断电源的负载率；

根据所述目标相位δ调节所述逆变单元输出电压的相位。

可选的，所述相位调节单元43，用于：

对目标电压源进行预设频率的采样得到电压数字信号；

获取调节步长，其中，当调节步长小于预设最小值时，令调节步长等于所述预设最小值；

根据所述电压数字信号和调节步长构建平面矢量圆；

对所述平面矢量圆进行平面坐标旋转变换得到相位差分量；

根据所述相位差分量，通过比例积分PI控制器和积分器实现锁相，得到所述目标电压源的相位θ。

由上可知，本发明所提供的装置通过获取目标电压源的电压信号；获取所述不间断电源的负载率；根据所述目标电压源的电压信号和所述不间断电源的负载率，调节所述逆变单元输出电压的相位，以使得所述逆变单元输出电压的相位与所述旁路单元电压的相位的偏差值的绝对值小于等于预设阈值。通过该装置能够根据不间断电源的负载率对目标电压源相位进行相位补偿，以避免不间断电源负载率变化所带来的锁相失败。

图5是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图5所示，该实施例的终端5包括：处理器50、存储器51以及存储在所述存储器51中并可在所述处理器50上运行的计算机程序52。所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各个不间断电源的锁相实现方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至步骤103。或者，所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图4所示单元41至43的功能。

示例性的，所述计算机程序52可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器51中，并由所述处理器50执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序52在所述终端5中的执行过程。

所述终端5可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端可包括，但不仅限于，处理器50、存储器51。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是终端5的示例，并不构成对终端5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器50可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器51可以是所述终端5的内部存储单元，例如终端5的硬盘或内存。所述存储器51也可以是所述终端5的外部存储设备，例如所述终端5上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器51还可以既包括所述终端5的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器51用于存储所述计算机程序以及所述终端所需的其他程序和数据。所述存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种不间断电源的锁相实现方法，其特征在于，该方法应用于不间断电源，该方法包括：

获取目标电压源的电压信号；

获取所述不间断电源的负载率；

根据所述目标电压源的电压信号和所述不间断电源的负载率，调节逆变单元输出电压的相位，以使得所述逆变单元输出电压的相位与所述旁路单元电压的相位的偏差值的绝对值小于等于预设阈值。

2.根据权利要求1所述的不间断电源的锁相实现方法，其特征在于，当所述不间断电源为单机不间断电源时，所述目标电压源为所述单机不间断电源内部预设的模拟标准正弦波或所述单机不间断电源的旁路单元的旁路电压源。

3.根据权利要求1所述的不间断电源的锁相实现方法，其特征在于，当所述不间断电源为并联不间断电源系统时，所述目标电压源为所述并联不间断电源系统内部预设的模拟标准正弦波、所述并联不间断电源系统中任一旁路单元的旁路电压源、和所述并联不间断电源系统的输出电压源中的任一种。

4.根据权利要求1至3任一项所述的不间断电源的锁相实现方法，其特征在于，所述目标电压源的电压信号包括所述目标电压源的电压幅值、相位和频率。

5.根据权利要求1至3任一项所述的不间断电源的锁相实现方法，其特征在于，所述获取所述不间断电源的负载率包括：

计算所述不间断电源的输出功率和额定功率的比值，得到所述不间断电源的负载率。

6.根据权利要求1至3任一项所述的不间断电源的锁相实现方法，其特征在于，所述根据所述目标电压源的电压信号和所述不间断电源的负载率，调节所述逆变单元输出电压的相位包括：

获取所述目标电压源的相位θ；

根据预设公式获取目标相位δ，其中，所述预设公式为：

δ＝θ+kp

其中，k为预设系数，p为所述不间断电源的负载率；

根据所述目标相位δ调节所述逆变单元输出电压的相位。

7.根据权利要求6所述的不间断电源的锁相实现方法，其特征在于，所述获取所述目标电压源的相位θ包括：

对目标电压源进行预设频率的采样得到电压数字信号；

获取调节步长，其中，当调节步长小于预设最小值时，令调节步长等于所述预设最小值；

根据所述电压数字信号和调节步长构建平面矢量圆；

对所述平面矢量圆进行平面坐标旋转变换得到相位差分量；

根据所述相位差分量，通过比例积分PI控制器和积分器实现锁相，得到所述目标电压源的相位θ。

8.一种不间断电源的锁相实现装置，其特征在于，包括：目标电压源电压信号获取单元，不间断电源负载率获取单元和相位调节单元；

所述目标电压源电压信号获取单元，用于获取目标电压源的电压信号；

所述不间断电源负载率获取单元，用于获取所述不间断电源的负载率；

所述相位调节单元，用于根据所述目标电压源的电压信号和所述不间断电源的负载率，调节所述逆变单元输出电压的相位，以使得所述逆变单元输出电压的相位与所述旁路单元电压的相位的偏差值的绝对值小于等于预设阈值。

9.一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上的权利要求1至7中任一项所述不间断电源的锁相实现方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上的权利要求1至7中任一项所述不间断电源的锁相实现方法的步骤。

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