CN111711224A - 交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理方法，其包括：同步主机获取待同步的交流电压信号，生成同步脉冲信号，在获取的交流电压信号内周期地产生一个或者多个脉宽可变脉冲，生成所需要的周期性与PWM载波同相的同步脉冲信号，发送同步脉冲信号；同步从机捕获同步脉冲信号，判断同步脉冲信号的脉宽是否在规定的范围内，检测同步脉冲信号是否正常，如果同步脉冲信号正常，则对接收到的同步脉冲信号进行校准，再对待同步的电压信号进行同步，同时对PWM载波进行同步。采用本发明的技术方案，实现了交流电源并联时输出电压相位以及PWM载波的同步，简化了硬件电路设计和同步处理过程，提高了同步操作的准确性和速度。
Description
技术领域
本发明属于电源技术领域，尤其涉及一种交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理方法。
背景技术
在电源系统中，一般是通过等效面积原理，通过生成PWM(Pulse Width Modula)控制技术，来产生目标交流输出电压。上述的PWM波的脉宽通过不同的比较值与固定周期的三角波或者锯齿波（俗称载波）比较来获得。为了实现多个交流电源之间的并联同步运行，需要对各个电源的输出进行相位同步以及载波同步，以减少电源之间的环流，保证并联稳定性。
电源间的相位同步可以降低工频环流，而载波同步可以有效降低载波频率（高频）的环流。相位同步的方法里有一种是通过在周期输出电压的固定相位发送一个同步脉冲信号，所有并联的电源通过捕获这个同步脉冲信号，从而或取到两者的相位差，进而调节本电源输出电压的相位，来达到相位同步的目的。载波同步调节一般是通过并联电源中的主机生成一个周期固定并且与载波同相位的固定脉宽的同步脉冲信号，而需要进行同步的电源通过捕获此载波同步脉冲再与本机的载波相比较后得出载波的相位差进而计算得到调节量再进行调节实现载波同步。现有的方案中，同步上述输出的电压相位以及载波需要通过不同的硬件信号进行检测，这样使得同步脉冲信号的获取以及调解过程较为复杂。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理方法，简化了硬件电路设计，同时简化了同步脉冲信号的发送、获取以及处理的过程。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种交流电源并联时输出电压和载波信号同步的处理方法，其包括：
同步主机获取待同步的交流电压信号；其中同步主机为多电源模块的主机或同步主控单元；
生成同步脉冲信号，在获取的交流电压信号内周期地产生一个或者多个脉宽可变脉冲，生成所需要的周期性同步脉冲信号，并且该同步脉冲信号与需要同步的PWM载波同相；其中，所述同步脉冲信号既包含了PWM（脉宽调制）载波同步信息，同时也包含输出交流电压的同步信息；同步主机发送同步脉冲信号；
同步从机捕获同步脉冲信号，判断捕获的同步脉冲信号的脉宽是否在规定的范围内，检测同步脉冲信号是否正常；
如果同步脉冲信号正常，同步从机则对接收到的同步脉冲信号进行校准，再对待同步的电压信号进行同步，同时对PWM载波进行同步。
进一步的，如果同步脉冲信号正常，同步从机则对比本机PWM信号的载波与同步脉冲信号载波的相位差并进行载波同步校准，再根据接收到的同步脉宽信息来折算同步主机同步信号所处的时刻与待同步交流信号过零点的精准相位差，由此可推得同步主机的同步信号的精准相位，此获取相位与本机给定的交流参考信号进行相位相差比较，并进行锁相调节。
其中所述待同步的交流电压信号为周期性变化的信号。采用此技术方案，在载波同步脉冲的宽度为一个固定的基础值再加上一个脉宽调节量，该脉宽调节量能体现出发送该同步脉冲信号时的交流电压相位值，根据这个相位值从而可以得到待同步的电压交流电压相位差，进而做相位同步的处理。而该脉冲信号上升沿/下降沿又具有载波同步脉冲信号的功能。因此该同步脉冲信号可以同时同步交流电压相位以及PWM载波。
作为本发明的进一步改进，所述生成同步脉冲信号包括：
设定定时信号用于发送所述同步脉冲信号，所述同步脉冲信号的发送周期小于所获取待同步的交流电压信号的周期，且每次发送的脉宽小于单个PWM载波周期。
作为本发明的进一步改进，所述生成同步脉冲信号包括：
计算定时信号到来时的输交流出电压的相位ΔΦ，以及下一个发送的同步脉冲信号需要调节的脉宽宽度ΔD，ΔD =ΔΦ*K，其中k为固定系数；
并计算即将发送的载波同步脉冲信号实际发送时的脉宽DReal，DReal=D+ΔD，且满足DReal<PWM载波周期值，其中D为一个固定的基准脉宽值。
作为本发明的进一步改进，所述发送同步脉冲信号中，在下一个载波周期开始时将脉宽为DReal的同步脉冲信号发送出去。
作为本发明的进一步改进，捕获同步脉冲信号时，捕获同步脉冲信号上升以及下降沿，并检同步脉冲信号的脉宽是否正常。
本发明还公开了一种交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理系统，其包括：
获取单元，设在同步主机中，用于获取待同步的交流电压信号；
生成单元，设在同步主机中，用于在获取的交流电压信号内周期地产生一个或者多个脉宽可变脉冲，生成所需要的周期性同步脉冲信号，并且该同步脉冲信号与PWM载波同相；
发送单元，设在同步主机中，用于发送同步脉冲信号；
捕获单元，设在同步从机中，用于捕获同步脉冲信号，判断捕获的同步脉冲信号的脉宽是否在规定的范围内，检测同步脉冲信号是否正常；
同步单元，设在同步从机中，如果同步脉冲信号正常，则对接收到的同步脉冲信号进行校准，再对待同步的电压信号进行同步，同时对PWM载波进行同步。
进一步的，如果同步脉冲信号正常，同步从机对比本机PWM信号的载波与同步脉冲信号载波的相位差并进行载波同步校准，再根据接收到的同步脉宽信息来折算同步主机同步信号所处的时刻与待同步交流信号过零点的精准相位差，由此可推得同步主机的同步信号的精准相位，此获取的精准相位与本机给定的交流参考信号进行相位相差比较，并进行锁相调节。作为本发明的进一步改进，所述生成单元包括定时模块，设定定时信号用于发送所述同步脉冲信号，所述同步脉冲信号的发送周期小于所获取待同步的交流电压信号的周期，且每次发送的脉宽（用DReal表示）小于单个PWM载波周期。
作为本发明的进一步改进，所述生成单元包括：
第一计算模块，计算定时信号到来时的输交流出电压的相位ΔΦ，以及下一个发送的同步脉冲信号需要调节的脉宽宽度ΔD，ΔD =ΔΦ*K，其中k为固定系数；
第二计算模块，计算即将发送的载波同步脉冲信号实际发送时的脉宽DReal，DReal=D+ΔD，且满足DReal<PWM载波周期值，其中D为一个固定的基准脉宽值。
作为本发明的进一步改进，所述发送单元在下一个载波周期开始时立即将脉宽为DReal的同步脉冲信号发送出去。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用本发明的技术方案，实现了交流电源并联时输出电压相位以及PWM载波的同步，简化了硬件电路设计，同时也可以简化同步脉冲信号的发送、获取以及处理的过程；可以在待同步的交流电压的一个周期内发送一个或者多个周期性的同步脉冲信号，提高了同步操作的准确性和速度。
附图说明
图1是本发明实施例的交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理方法的流程图。
图2是本发明实施例的同步脉冲信号发送的波形图。
图3是对图2的中信号3发送时刻的时序的展开图。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
一种交流电压以及PWM载波信号的同步处理方法，流程图如图1所示，包括以下步骤：
步骤101：同步主机获取待处理的交流电压信号，为了后续得到待处理的交流电压相位做铺垫。其中待处理的交流电压信号为周期性变化的信号。
步骤102：同步主机获取同步脉冲信号发送的时间点，同步脉冲信号是周期性发送的，本实施例中使用的同步脉冲信号发送周期为10ms，如图2所示。获取该时间点是为后续步骤做铺垫。
步骤103：同步主机根据步骤102的时间点得到待同步交流电压信号此时的相位ΔΦ，再将ΔΦ乘以一个常系数K，得到该时刻需要发送的同步脉冲信号需要调节的脉宽ΔD，ΔD=ΔΦ*K，如图3所示。
系数K相对于不同的应用环境时数值会不一样，需要根据PWM载波的周期来进行调节，但是需要满足D+ΔΦ*K <PWM载波的周期。
步骤104：同步主机根据103步骤计算得到的调节脉宽ΔD，计算得到该时刻发送的脉冲同步脉冲信号的总脉宽Dreal，Dreal=D+ΔD，其中D为初始脉宽，是一个固定值。同时需要满足Dreal小于PWM载波的周期。
步骤105：同步主机在随后载波相位为360°(0°)的位置将该同步脉冲信号发送出去，具体可参考图3，这是为了保持同步脉冲信号和载波相位同步，这是后续步骤里PWM载波同步的基础。
这一步发送同步脉冲信号使用DSP的PWM模块来发送，同时PWM的相位同步功能可以保证在载波相位为360°(0°)时将该同步脉冲信号发送出去。
步骤106：被同步的其他交流电源即同步丛机同时捕获该同步脉冲信号，并检测信号是否正常，这是为了保证捕获到的信号为有效的信号，防止使用不正常的信号进行同步导致待处理的信号同步异常。
检测同步脉冲信号是否正常有很多方法，实施例是通过检测接收到的两个相邻的同步脉冲信号之间的时间间隔以及同步脉冲信号的脉宽宽度是否正常来判断信号是否正常的。
步骤107：若同步脉冲信号正常，同步从机则对接收到的同步脉冲信号进行校准，再对待同步的电压信号进行同步，同时对PWM载波进行同步。进一步的，同步从机则对比本机PWM信号的载波与同步脉冲信号载波的相位差并进行载波同步校准，再根据接收到的同步脉宽信息来折算同步主机同步信号所处的时刻与待同步交流信号过零点的精准相位差，由此可推得同步主机的同步信号的精准相位，此获取的精准相位与本机给定的交流参考信号进行相位相差比较，并进行锁相调节。
本实施例使用的校准方式为：通过对同步脉冲信号的上升沿/下降沿进行时间校准，校准完后再将该脉冲信号内反映同步脉冲发送时刻待同步交流信号相位信息的脉宽ΔD提取出来，实现对待处理信号以及PWM载波的同步。
本实施例对同步脉冲信号进行时间校准的方式以及载波同步的方法不作限定，可以用本领域技术人员熟知的任意方式来进行，在此不再赘述。
采用上述方案后，同步脉冲信号可以在待同步的交流电压信号的一个周期内发送多次，有效地提高了同步操作的准确性和速度得到提高。
本发明的实施例还提供了一种采用上述同步处理方法的处理系统，其包括：
获取单元，设在同步主机中，获取待同步的交流电压信号，所述待同步的交流电压信号为周期性变化的信号。
生成单元，设在同步主机中，用于在获取的交流电压信号内周期地产生一个或者多个脉宽可变脉冲，生成所需要的周期性同步脉冲信号，并且该同步脉冲信号与PWM载波同相；
具体还包括：
定时模块，定时一个固定的周期来发送同步脉冲信号，该同步脉冲信号发送的周期小于步骤1的交流电压信号的周期，且每次发送的脉宽（用DReal表示）并且小于单个PWM载波周期；
第一计算单元，计算出定时单元产生的定时信号到来时的输交流出电压的相位ΔΦ，以及下一个发送的同步脉冲信号需要调节的脉宽宽度ΔD，ΔD = ΔΦ*K， k为一个固定的系数；
第二计算单元，计算即将发送的载波同步脉冲信号实际发送时的脉宽DReal，DReal=D+ΔD，且满足DReal<PWM载波周期值，D为一个固定的基准脉宽值。
发送单元，设在同步主机中，在第二计算单元计算完后，在下一个载波周期开始时立即将脉宽为DReal的同步脉冲信号发送出去。
捕获单元，设在同步从机中，用于捕获上述的同步脉冲信号上升以及下降沿，并检同步脉冲信号的脉宽是否正常。
同步单元，设在同步从机中，若上述捕获到的同步脉冲信号正常，则对同步脉冲信号进行校准，并对待同步的交流电压信号以及PWM载波进行同步。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理方法，其特征在于，包括：
同步主机获取待同步的交流电压信号；
同步主机生成同步脉冲信号，在获取的交流电压信号内周期地产生一个或者多个脉宽可变脉冲，生成所需要的周期性同步脉冲信号，并且该同步脉冲信号与需要同步的PWM载波同相；
同步主机发送同步脉冲信号；
同步从机捕获同步脉冲信号，判断捕获的同步脉冲信号的脉宽是否在规定的范围内，检测同步脉冲信号是否正常；
如果同步脉冲信号正常，同步从机则对接收到的同步脉冲信号进行校准，再对待同步的电压信号进行同步，同时对PWM载波进行同步。
2.根据权利要求1所述的交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理方法，其特征在于：如果同步脉冲信号正常，同步从机则对比本机PWM信号的载波与同步脉冲信号载波的相位差并进行载波同步校准，再根据接收到的同步脉宽信息来折算同步主机同步信号所处的时刻与待同步交流信号过零点的精准相位差，由此可推得同步主机的同步信号的精准相位，此获取的精准相位与本机给定的交流参考信号进行相位相差比较，并进行锁相调节。
3.根据权利要求2所述的交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理方法，其特征在于，所述生成同步脉冲信号包括：
设定定时信号用于发送所述同步脉冲信号，所述同步脉冲信号的发送周期小于所获取待同步的交流电压信号的周期，且每次发送的脉宽小于单个PWM载波周期。
4.根据权利要求3所述的交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理方法，其特征在于，所述生成同步脉冲信号包括：
计算定时信号到来时的输交流出电压的相位ΔΦ，以及下一个发送的同步脉冲信号需要调节的脉宽宽度ΔD，ΔD =ΔΦ*K，其中k为系数；
并计算即将发送的载波同步脉冲信号实际发送时的脉宽DReal，DReal=D+ΔD，且满足DReal<PWM载波周期值，其中D为一个固定的基准脉宽值。
5.根据权利要求4所述的交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理方法，其特征在于：所述发送同步脉冲信号中，在下一个载波周期开始时将脉宽为DReal的同步脉冲信号发送出去。
6.根据权利要求5所述的交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理方法，其特征在于，捕获同步脉冲信号时，捕获同步脉冲信号上升以及下降沿，并检同步脉冲信号的脉宽是否正常。
7.交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理系统，其特征在于，其包括：
获取单元，设在同步主机中，用于获取待同步的交流电压信号；
生成单元，设在同步主机中，用于在获取的交流电压信号内周期地产生一个或者多个脉宽可变脉冲，生成所需要的周期性同步脉冲信号，并且该同步脉冲信号与PWM载波同相；
发送单元，设在同步主机中，用于发送同步脉冲信号；
捕获单元，设在同步从机中，用于捕获同步脉冲信号，判断捕获的同步脉冲信号的脉宽是否在规定的范围内，检测同步脉冲信号是否正常；
同步单元，设在同步从机中，如果同步脉冲信号正常，则对接收到的同步脉冲信号进行校准，再对待同步的电压信号进行同步，同时对PWM载波进行同步。
8.根据权利要求7所述的交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理系统，其特征在于，所述生成单元包括定时模块，设定定时信号用于发送所述同步脉冲信号，所述同步脉冲信号的发送周期小于所获取待同步的交流电压信号的周期，且每次发送的脉宽小于单个PWM载波周期。
9.根据权利要求8所述的交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理系统，其特征在于，所述生成单元包括：
第一计算模块，计算定时信号到来时的输交流出电压的相位ΔΦ，以及下一个发送的同步脉冲信号需要调节的脉宽宽度ΔD，ΔD =ΔΦ*K，其中k为系数；
第二计算模块，计算即将发送的载波同步脉冲信号实际发送时的脉宽DReal，DReal=D+ΔD，且满足DReal<PWM载波周期值，其中D为一个固定的基准脉宽值。
10.根据权利要求9所述的交流电源并联时输出电压和载波信号的同步处理系统，其特征在于：所述发送单元在下一个载波周期开始时将脉宽为DReal的同步脉冲信号发送出去；
同步单元在进行同步时，如果同步脉冲信号正常，同步从机则对比本机PWM信号的载波与同步脉冲信号载波的相位差并进行载波同步校准，再根据接收到的同步脉宽信息来折算同步主机同步信号所处的时刻与待同步交流信号过零点的精准相位差，由此可推得同步主机的同步信号的精准相位，此获取的精准相位与本机给定的交流参考信号进行相位相差比较，并进行锁相调节。
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