CN112072706A

CN112072706A - 一种逆变器并机同步锁相方法

Info

Publication number: CN112072706A
Application number: CN202010931966.2A
Authority: CN
Inventors: 周洪波; 李锶; 李荣华; 李徽; 张敬
Original assignee: Hunan Institute of Science and Technology
Current assignee: Hunan Institute of Science and Technology
Priority date: 2020-09-08
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2020-12-11
Anticipated expiration: 2040-09-08
Also published as: CN112072706B

Abstract

本发明提供了一种逆变器并机的同步锁相方法，用于实现多个逆变器的相位同步并联输出。逆变器并联系统包括多个逆变单元，且多个逆变单元中包括一个主机和至少一个从机；主机通过CAN总线，定期发送系统相位信息帧至CAN总线；从机通过CAN总线获取到系统相位信息后，将本机的相位匹配至系统相位，以实现多个逆变器的相位同步。本发明通过CAN总线数字传输相位信息方式实现逆变器的并联输出，相比于通过模拟信号传输相位信息的方式更为稳定可靠。

Description

一种逆变器并机同步锁相方法

技术领域

本发明涉及逆变器并机供电领域，更具体地说，涉及一种逆变器并机的相位同步信号传输和锁相方法。

背景技术

当前逆变器并机同步信号传输和锁相方法大部分采用二种方式：一种是

并机系统中的机器都跟踪同一个模拟信号源，此种方式需要将模拟信号源连接至并机当中的每台机器的检测端口，并机系统中的每台机器各自锁相同一模拟信号源，以实现并机系统中各台机器的相位一致，由于需要将模拟信号源接入各台机器，在电气隔离以及模拟信号源的干扰上，存在局限性，一般较少采用；另一种是将模拟信号转化为同步的隔离脉冲信号，解决了电气隔离问题，但由于脉冲信号在长距离传输以及复杂的电磁环境中，也有着明显的局限性。

由于并机系统中，相位一旦不同步，则必然会导致逆变器的环流增大，甚至损坏机器，因此并机系统中的锁相环节对于逆变器的并机系统稳定运行非常关键。

发明内容

基于此，本发明专利提出一种逆变器并机的同步锁相方法，此方法中主

机通过CAN信息帧，将本机的相位值θa、相位步长Sa以及当前中断次数信息Ta发送至CAN总线，从机通过获取CAN总线上的相位信息，实现并机间的同步。由于CAN模块具有自动重发以及自动检验机制，可有效的避免复杂电磁环境中的干扰，且CAN环的节点不受数量的限制，可以支持远超传统并机方式的并机模块数量进行并机工作；而且，CAN信息帧的发送相位信息帧的周期为中断周期的倍数，可以同一个工频周期内发送数十次，甚至上百次相位信息帧，相比于捕获同步脉冲获取相位，一个工频周期内仅在过零点或者有限次捕获送同步脉冲表示相位的方法，本发明专利提供的通过CAN相位信息帧进行锁相的实时性和锁相速率将远优于同步脉冲锁相方法。

本发明专利提供的一种逆变器并机的同步锁相方法中，用于实现多个逆变器的并联输出，逆变系统中包括多个逆变单元，且多个逆变单元中包括一个主机和至少一个从机；所述同步锁相方法包括以下步骤：

S001、主机根据本机的输出相位，加工出系统相位信息帧，并将相位信息帧

周期性的发送至CAN总线；

S002、从机接收到相位信息帧后，解析相位信息，并将解析得到的相位信息

作为本机的目标相位；

S003、从机通过锁相控制环调节本机相位信息与目标相位一致，达到所有逆

变器的同相位并联输出。

本发明专利提供的一种逆变器并机的同步锁相方法中，在主机所发送的CAN系统相位信息帧包含主机当前相位值θa、中断相位步长Sa和当前中断次数Ta；其中，当前相位值θa为本机当前逆变输出电压的相位值；相位步长Sa为逆变器的每个控制中断所对应的相位增量；当前中断次数Ta是以主机相位正向过零点后的第一次进入控制中断为序号1，以后每次进入控制中断时，序号增加1，至相位负相过零为止的中断次数序号。

本发明专利提供的一种逆变器并机的同步锁相方法中，主机发送相位信息帧的周期取控制中断周期的倍数，主机在控制中断中执行完锁相环函数获得锁相相角后，立即调用CAN模块，将相位信息帧发送至总线；从机接收CAN总线的相位信息帧后，触发CAN中断，获取CAN信息帧数据，供控制中断的锁相环使用；需要说明的CAN相位信息帧的发送周期需根据DSP控制芯片的处理能力和CAN通讯波特率进行选取，如果DSP控制芯片的性能优秀，或者CAN通讯波特率高，可选取较短的发送周期，以尽可能多的将主机相位信息发送给从机接收，反之则增加发送周期，为确保精度，一个工频周期内至少需要发送二次及以上。

本发明专利提供的一种逆变器并机的同步锁相方法中，假设当前从机的相位值θb、相位步长Sb和中断次数信息Tb，在从机接收到主机的CAN信息帧后，解析出主机的相位值θa、相位步长Sa和中断次数信息Ta后，采用如下步骤，实现将从机的相位锁至与主机相位一致：

S101、计算出主从机相位误差：

θe =θa+(Tb-Ta)*Sa -θb --------------------------(1)

S102、根据相位误差采用PI调节，计算得到相位调节输出量θout；

S103、计算步长误差：

Se = Sb - Sa -------------------------------------(2)

S104、并根据步长误差采用PI调节，计算得到步长调节量输出量Sout；

S105、计算总锁相调节量：

Aout = k1 * θout + k2 * Sout --------------------(3)

根据公式（3）计算得到总锁相调节量，用于控制调节从机相位θb。

公式（2）所计算所到的步长误差Se表征主从机相位步长差，假设DSP一个工频周期有N个中断周期，则对应主从机的相位差为N*Se，为了快速将从机相位锁相至主机，采用如下方法进行锁相处理：当步长误差Se大于门坎阀值时，则表示从机的逆变频率与主机的逆变频率相差较大，此时，以步长调节为主，即提高k2值，减少k1值；当步长误差Se小于门坎阀值时，则表示从机的逆变频率与主机的逆变频率基本一致，此时，以相位调节为主，即提高k1值，减少k2值。

本发明专利提供的一种逆变器并机的同步锁相方法中，在锁频锁相调节时，为避免从机调节步长过大，对锁频锁相的步长做上限限幅，限幅值的选取根据设定的逆变跟踪速率Frate_s(单位为：赫兹/秒）进行计算得到，同时，为了避免从机的相位无法跟踪上主机的相位变化，主机在锁相时，采用的跟踪速率Frate_m要小于从机根据CAN信息帧锁相的跟踪速率Frate_s，其对应关系为：Frate_s＝k3 * Frate_m，其中k3值取大于1.5的数值，当主机跟踪速率小于从机的跟踪速率时，才能够避免出现从机无法跟踪上主机的相位，而导致主从机互灌电流。

附图说明

图1为本发明一实施例中一种逆变器并机的同步锁相方法的流程图；

图2为本发明一实施例中从机的相位锁相流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在一个实施例中，如图1所示，一种逆变器并机的同步锁相方法，用于实现UPS系统的主从机输出电压相位一致，UPS系统包括多个UPS单元，且多个UPS单元中包括一个主机和至少一个从机；同步锁相的方法包括以下步骤：

S001、主机根据本机的输出相位，加工出系统相位信息帧，并将相位信息帧周期性的发送至CAN总线，在从机从CAN总线上接收到主机所发送的CAN相位信息帧后，执行S002、解析相位信息，并将解析得到的相位信息作为本机的目标相位，并执行S003、从机通过锁相控制环调节本机相位与目标相位一致，达到所有逆变器的同相位并联输出。

具体地，步骤S001中，主机的相位一般选择旁路或者LBS相位信号作为跟踪源，当旁路或者LBS相位信号异常时，则进行相位本振，主机根据跟踪源或相位本振得到的当前相位值θa、中断相位步长Sa和当前中断次数Ta三个变量打包进CAN相位信息中，并通过CAN总线，周期性的外发，步骤S002中，从机接收到CAN总线上主机所发送的CAN相位信息帧后，解析出主机的相位值θa、中断相位步长Sa和当前中断次数Ta，然后在步骤S003中通过PI锁相环调节本机的相位，以保持与主机的相位一致，进而达到所有逆变器的同相位并联输出。

在本实施例中，由于CAN相位信息帧自带校验以及自动重发机制，因此可以有效的避免在复杂电磁环境下的相位信息错误，在信号的传输的距离上，可以做得更远。同时，本实施例中，DSP的中断频率为10kHz，即一个工频周期对应于200个中断，采用的CAN传输波特率为1Mbit，选择的CAN相位信息发送帧为每20个中断发送一次，即一个工频周期发送10次，对应相角为每36度即发送一次，从机在一个工频周期内有10次与主机校正本机相位的机会，远大于传统的一个工频周期内1至2次的捕获同步脉冲相位进行锁相的方式。

在一个实施例中，如图2所示，从机从主机所发送的CAN信息帧出解析出θa，Ta和Sa，然后执行S101采用公式（1）计算出主从机相位误差θe，得到θe后，执行S102，计算出相位调节输出量θout后，执行S103，采用公式（2）计算出主从机步长误差Se后，执行S104，计算出步长调节量输出量Sout后，执行S105采用公式（3）计算出总锁相调节量Aout，用于控制调节从机相位θb。

θe =θa +(Tb-Ta)*Sa -θb ----------------------------(1)

Se = Sb - Sa -------------------------------------(2)

Aout = k1 * θout + k2 * Sout --------------------(3)

在本实施例中，总锁相调节量包含了相位调节量和步长调节量，在不同的情况下，相位调节量与步长调节量所起的作用将不一样。具体的，当步长误差Se大于门坎阀值时，则表示从机的逆变频率与主机的逆变频率相差较大，此时，以步长调节为主，即提高k2值，减少k1值；当步长误差Se小于门坎阀值时，则表示从机的逆变频率与主机的逆变频率基本一致，此时，以相位调节为主，即提高k1值，减少k2值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种逆变器并机的同步锁相方法，用于实现多个逆变器的并联输出，所述逆变器并联系统包括多个逆变单元，且所述多个逆变单元中包括一个主机和至少一个从机；其特殊在于，所述同步锁相方法包括以下步骤：

S001、主机根据本机的输出相位，加工出系统相位信息帧，并将相位信息帧周期性地发送至CAN总线；

S002、从机接收到相位信息帧后，解析相位信息，并将解析得到的相位信息作为本机的锁相环目标相位信息；

S003、从机通过锁相控制环调节本机相位与主机相位一致，达到所有逆变器的同相位并联输出。

2.根据权利要求1所述的一种逆变器并机的同步锁相方法，其特征在于，所述主机发送的CAN相位信息帧包含主机当前相位值θa、中断相位步长Sa和当前中断次数Ta；其中，所述当前相位值θa为主机当前逆变输出电压的相位值；所述相位步长Sa为主机逆变器的每个控制中断所对应的相位增量；所述当前中断次数Ta是以主机相位正向过零点后的第一次进入控制中断为序号1，以后每次进入控制中断时，序号增加1，至相位负相过零为止的中断次数序号。

3.根据权利要求1所述的一种逆变器并机的同步锁相方法，其特征在于，所述主机发送CAN相位信息帧的周期取控制中断周期的倍数；主机在控制中断中执行完锁相环函数获得锁相相角后，立即调用CAN模块，将相位信息帧发送至总线；从机接收CAN总线的相位信息帧后，触发CAN中断，获取CAN信息帧数据，供控制中断的锁相环使用。

4.根据权利要求1所述的一种逆变器并机的同步锁相方法，其特征在于，所述从机的相位值θb、相位步长Sb和中断次数信息Tb，在所述从机接收到主机的CAN信息帧，并解析出主机的相位值θa、相位步长Sa和中断次数信息Ta后，

采用如下步骤，实现将从机的相位锁至与主机相位一致：

S101、计算出主从机相位误差:

θe =θa+(Tb-Ta)*Sa -θb --------------------------(1)

S103、计算步长误差：

Se = Sb - Sa -------------------------------------(2)

S105、计算总锁相调节量：

Aout = k1 * θout + k2 * Sout ---------------------(3)

5.根据权利要求4所述，当步长误差Se 大于门坎阀值时，则表示从机的逆变频率与主机的逆变频率相差较大，此时，以步长调节为主，即提高k2值，减少k1值；当步长误差Se小于门坎阀值时，则表示从机的逆变频率与主机的逆变频率基本一致，此时，以相位调节为主，即提高k1值，减少k2值。

6.根据权利要求4所述，在锁频锁相调节时，为避免从机调节步长过大，对锁频锁相的步长做上限限幅，限幅值的选取根据设定的逆变跟踪速率Frate_s(单位为：赫兹/秒）进行计算得到。

7.根据权利要求6所述，为了避免从机的相位无法跟踪上主机的相位变化，主机在锁相时，采用的跟踪速率Frate_m要小于从机根据CAN信息帧锁相的跟踪速率Frate_s，其对应关系为：Frate_s ＝ k3 * Frate_m，其中k3值取大于1.5的数值。