CN117792035A - 一种实时基于时钟脉冲补偿同步信号上升缘时刻偏差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种实时基于时钟脉冲补偿同步信号上升缘时刻偏差的方法，旨在解决目前现场阳极电压不稳定，测量仪表准确度不够等因素，造成同步偏差补偿系数计算不准确的问题，采用多路同步信号脉冲边缘绝对时刻点对齐的偏差补偿系数全自动计算及验证算法，算出12个同步信号偏差补偿系数。

Description

一种实时基于时钟脉冲补偿同步信号上升缘时刻偏差的方法

技术领域

本发明属于电力变换领域，具体为一种实时基于时钟脉冲补偿同步信号上升缘时刻偏差的方法。

背景技术

如图1～图2励磁系统是通过硬件电路将阳极电压或机端电压的正弦波整形调制成同步方波信号(输出电压)，同步方波信号上升沿对应正弦波的上升过零点，励磁系统以同步方波上升沿作为本周期的时间起点，在同步方波信号上升沿触发的同步中断中给定控制角α*中断，将给定控制角α*相位折算成中断延时t_α*后，生成触发脉冲，触发整流桥，将阳极侧三相交流电源转为直流电源。同步信号接入整形电路后由正弦波整形成为方波信号接入CPU。在同步信号突变点(上升沿或者下降沿)触发上升沿或者下降沿定时器锁存当前定时器计数值，并进入中断服务程序计算中断时刻的发生周期和相位角差，后在中断服务程序记录中断时刻，同一路同步信号2次中断时刻的时间差就是中断时刻的发生周期T，不同同步信号中断时刻的时间差dT可以根据周期T折算成相角差。

大功率电力电子装置通常需要使用多个可控硅三相整流桥并联输出，常规智能整流桥能够根据控制器输出的控制角数据α*自行生成触发脉冲，而用于驱动触发脉冲一般使用本地三相同步中的一相。测试表明，对于50Hz工频信号不同智能整流桥的同一相同步信号时间偏差很小，约10μs左右，而不同相的同步信号即使加上120°时间补偿，时间偏差仍然较大，可能达到50μs以上。

如IAEC6000励磁系统具有12级(4个功率柜各3相同步信号)同步信号冗余功能，12路同步信号分别取自4个功率柜的各自三相阳极电压信号。每个功率柜三相阳极电压信号采集回路硬件上存在最大±54us的固有随机延时偏差，该偏差等效励磁系统控制角最大偏差为±1度，对整个励磁系统均流系数会产生一定影响，因此，为了弥补硬件固有偏差，IAEC6000励磁系统软件上设计有12个同步补偿系数，可针对12路同步信号分别进行偏差补偿，补偿不同同步信号上升缘时刻的固定偏差值。

为了标定获取12个补偿系数，现有技术中是人工选定某一路同步信号后，在恒控制角控制方式下，通过测量阳极电压值U_in与单功率柜输出电压值U_out，计算得出实际控制角α，其计算公式为U_out＝1.35cosαU_in，然后与给定控制角α*比较相减，得出该路同步信号的偏差补偿系数，也称为同步信号补偿角Δα(Δα＝α-α*)。然而由于现场阳极电压随环境因素影响在频繁波动，人工选定某一路同步信号存在随机性，同时所使用的测量仪表对高谐波电压测量准确度不够，导致在对12路同步信号分别进行试验时，引入了一定的分散性误差，使得计算的12个同步补偿系数准确度不够，最终表现为现场试验过程中12个同步补偿系数需要多次校准和计算标定，工作量大，同时在涉及励磁系统升流相关试验中，较小输出电流时的均流效果表现不理想。

发明内容

本发明旨在解决目前现场阳极电压不稳定，测量仪表准确度不够等因素，造成同步偏差补偿系数计算不准确的问题，提出了一种实时基于时钟脉冲补偿同步信号上升缘时刻偏差的方法，采用多路同步信号脉冲边缘绝对时刻点对齐的偏差补偿系数全自动计算及验证算法，算出12个同步信号偏差补偿系数。

本发明的技术方案为：一种实时基于时钟脉冲补偿同步信号上升缘时刻偏差的方法，包括以下具体步骤：

采用单模光纤实现多个智能整流桥之间的点对点通信网络；

通过互联所有智能整流桥的通信网络，将绝对时钟脉冲作为时间戳标尺共享给所有智能整流桥，所述绝对时钟脉冲的分辨率小于不同智能整流桥的同一相同步信号时间偏差；

分别使用各路同步信号的上升沿与时间戳标尺比较，计算得到各路同步信号中断时刻、各路同步信号中不同相的相时间差，和各同步信号中断时刻的发生周期T；

统计每个周期中各路同步信号中断时刻相对对应的周期起始时刻的时间偏差绝对值，和各路同步信号在各周期的时间偏差绝对值的均值及时间偏差绝对值的离散程度，选取均值最小，或和离散程度最低的一路同步信号作为基准同步信号；

各路同步信号每个周期的周期起始时刻＝T*(n-1)+第一个中断时刻，n为周期历经数；

时间偏差绝对值也包括同步信号中三相同步信号与对应的周期起始时刻的时间偏差绝对值，同步信号中不同相的中断时刻发生周期起始时刻按相时间差进行加/减补偿；

计算各路同步信号相对基准同步信号的相对时间偏差dT，将相对时间偏差换算成相对相角差；

测量该智能整流桥的输出电压值U_d，根据式(1)计算得出基准同步信号的实际控制角α，将各同步信号的相对相角差与实际控制角相加，得到各路同步信号的同步信号补偿角；

式(1)：

其中，E为电源线电势的有效值，L_γ为交流系统的每相从电源计到整流桥交流输入端的等值换相电感，γ为换相角，I_d为整流电路输出稳定的直流电流，w为交流系统基波的角频率，U_d为整流器直流侧的端电压；E、L_γ、w为系统已知量。

通过光纤网络与所有并联的智能整流桥共享基准同步信号及各路同步信号的同步信号补偿角；

以其他智能整流桥的同步信号作为触发脉冲的驱动信号时，以同步信号来源所在的智能整流桥的同步信号补偿角作为触发脉冲的同步信号补偿角；

各智能整流桥按照同步信号补偿角生成触发脉冲；

通过通信网络瞬时交互各个可控硅触发脉冲边缘时刻点值，若各个可控硅触发脉冲边缘时刻点值均相同，写入控制器参数保持区，并反馈标志信息以便人工确认，否则重复上述步骤进行同步偏置角二次校准和验证。

优选的，所述绝对时钟脉冲的分辨率为10ns。

优选的，离散程度可以用标准差或方差来表示。

优选的，所述基于时钟脉冲补偿同步信号上升缘时刻偏差的方法在励磁设备调试过程中使用，在励磁设备运行期间禁用。。

一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现所述的基于时钟脉冲补偿同步信号上升缘时刻偏差的方法的步骤。

本发明的有益效果为：

本发明的方案有效规避了人工选取某一项同步信号的随机性误差，试验工作量大，现场阳极电压不稳定，测量仪表准确度不够等因素，造成同步偏差补偿系数计算不准确的问题。采用高分辨率的绝对时钟脉冲作为基准，精算出各同步信号的同步信号补偿角，再叠加到控制角中，解决了多路同步信号冗余切换时，励磁系统输出电流突变的问题，为多路同步信号冗余型励磁系统提供了一种高可靠且冗余切换扰动小的解决方案。

附图说明

图1为正弦波整形调制成同步方波信号的示意图；

图2为可控硅三相整流桥的示意图；

图3为高冗余度同步信号故障切换装置图；

图4为智能整流桥间的通讯示意图；

图5为各路同步信号时间偏差示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明使用了与专利申请201910223958.X相同的硬件，如图2～图3所示，多个智能整流桥的输出端并联，智能整流桥包括三相整流桥、配置了FPGA和CPU的控制器，各智能整流桥的FPGA控制器之间通过独立的光纤进行点对点互联，形成连接各智能整流桥的光纤网络。

在以上多个通过独立的光纤进行点对点互联的智能整流桥间，采用基于时钟脉冲补偿同步信号上升缘时刻偏差的方法计算同步信号的偏差补偿系数，包括以下具体步骤：

(1)通过互联所有智能整流桥的光纤网络，将绝对时钟脉冲作为时间戳标尺共享给所有智能整流桥，所述绝对时钟脉冲的分辨率为10ns；

此时能以绝对时钟脉冲中的一个脉冲信号作为0时刻，其他脉冲信号能相对0时刻脉冲信号进行计数，获得脉冲信号间精确的时间差。因此可作为时间戳标尺，用于衡量同步信号上升沿发生的时刻。

(2)分别使用各路同步信号的上升沿与时间戳标尺比较，计算得到各路同步信号中断时刻、各路同步信号中不同相的相时间差，和各同步信号中断时刻的发生周期T；

(3)统计每个周期中各路同步信号中断时刻相对对应的周期起始时刻的时间偏差绝对值，和各路同步信号在各周期的时间偏差绝对值的均值及时间偏差绝对值的离散程度，选取均值最小，或和离散程度最低的一路同步信号作为基准同步信号。

各路同步信号每个周期的周期起始时刻＝T*(n-1)+第一个中断时刻，n为周期历经数。

离散程度可以用标准差或方差来表示，用于衡量时间偏差绝对值的偏离程度。时间偏差绝对值也包括同步信号中三相同步信号与对应的周期起始时刻的时间偏差绝对值，同步信号中不同相的中断时刻发生周期起始时刻按相时间差进行加/减补偿。

(4)计算各路同步信号相对基准同步信号的相对时间偏差dT，将相对时间偏差换算成相对相角差α_AB。

dT＝360°Tα_AB。

(5)测量该智能整流桥的输出电压值U_d，根据式(1)计算得出基准同步信号的实际控制角α，将各同步信号的相对相角差与实际控制角相加，得到各路同步信号的同步信号补偿角。

式(1)：

其中，E为电源线电势的有效值，L_γ为交流系统的每相从电源计到整流桥交流输入端的等值换相电感，γ为换相角，I_d为整流电路输出稳定的直流电流，w为交流系统基波的角频率，U_d为整流器直流侧的端电压。

E为智能整流桥空载时测出的已知量，当控制角α＝0且负载电流I_d＝0时，换向角γ＝0，整流器直流侧的端电压U_d＝U_do＝1.35E。

U_do＝1.35Ecosα；

U_do为智能整流桥输出空载时的直流电压，可以事先测出各智能整流桥输出空载时的直流电压。

L_γ为已知量，是智能整流桥的固有分布参数；

w由励磁系统提前通过阳极交流采样系统计算出。

(6)通过光纤网络与所有并联的智能整流桥共享基准同步信号及各路同步信号的同步偏置角。

(7)以其他智能整流桥的同步信号作为触发脉冲的驱动信号时，以同步信号来源所在的智能整流桥的同步信号补偿角作为触发脉冲的同步信号补偿角；

本发明中每一个智能整流桥设置的同步信号补偿角都略有差异以补偿硬件造成的差异，所以本发明除了共享同步信号外还共享了各个智能整流桥的同步信号补偿角，生成触发脉冲时使用同步信号源所在智能整流桥的同步信号补偿角。例如所有智能整流桥使用智能整流桥1的A相同步，则所有智能整流桥使用智能整流桥1的同步信号补偿角作为同步信号补偿角。

(8)各智能整流桥按照同步信号补偿角角生成触发脉冲。

(9)通过光纤网络瞬时交互各个可控硅触发脉冲边缘时刻点值，进行自动比对和验证，若各个可控硅触发脉冲边缘时刻点值均相同，即可写入控制器参数保持区，并反馈标志信息以便人工确认，否则重复上述过程，进行同步偏置角二次校准和验证。

考虑到同步偏置角是对系统硬件固有偏差的补偿，不需要实时计算调整，同时为确保绝对安全可靠，本发明设定同步偏置角全自动计算和验证的功能子程序，仅在励磁设备调试过程中可被自动调用和执行，运行期间自动禁用。

Claims (5)

1.一种实时基于时钟脉冲补偿同步信号上升缘时刻偏差的方法，采用单模光纤实现多个智能整流桥之间的点对点通信网络，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤1.通过互联所有智能整流桥的通信网络，将绝对时钟脉冲作为时间戳标尺共享给所有智能整流桥，所述绝对时钟脉冲的分辨率小于不同智能整流桥的同一相同步信号时间偏差；

步骤2.分别使用各路同步信号的上升沿与时间戳标尺比较，计算得到各路同步信号中断时刻、各路同步信号中不同相的相时间差，和各同步信号中断时刻的发生周期T；

步骤3.统计每个周期中各路同步信号中断时刻相对对应的周期起始时刻的时间偏差绝对值，和各路同步信号在各周期的时间偏差绝对值的均值及时间偏差绝对值的离散程度，选取均值最小，或和离散程度最低的一路同步信号作为基准同步信号；

各路同步信号每个周期的周期起始时刻＝T*(n-1)+第一个中断时刻，n为周期历经数；

时间偏差绝对值也包括同步信号中三相同步信号与对应的周期起始时刻的时间偏差绝对值，同步信号中不同相的中断时刻发生周期起始时刻按相时间差进行加/减补偿；

步骤4.计算各路同步信号相对基准同步信号的相对时间偏差dT，将相对时间偏差换算成相对相角差；

步骤5.测量该智能整流桥的输出电压值U_d，根据式(1)计算得出基准同步信号的实际控制角α，将各同步信号的相对相角差与实际控制角相加，得到各路同步信号的同步信号补偿角；

式(1)：

其中，E为电源线电势的有效值，L_γ为交流系统的每相从电源计到整流桥交流输入端的等值换相电感，γ为换相角，I_d为整流电路输出稳定的直流电流，w为交流系统基波的角频率，U_d为整流器直流侧的端电压；

步骤6.通过光纤网络与所有并联的智能整流桥共享基准同步信号及各路同步信号的同步信号补偿角；

步骤7.以其他智能整流桥的同步信号作为触发脉冲的驱动信号时，以同步信号来源所在的智能整流桥的同步信号补偿角作为触发脉冲的同步信号补偿角；

步骤8.各智能整流桥按照同步偏置角生成触发脉冲；

步骤9.通过通信网络瞬时交互各个可控硅触发脉冲边缘时刻点值，若各个可控硅触发脉冲边缘时刻点值均相同，写入控制器参数保持区，并反馈标志信息以便人工确认，否则重复上述步骤进行同步偏置角二次校准和验证。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝对时钟脉冲的分辨率为10ns。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，离散程度可以用标准差或方差来表示。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于时钟脉冲补偿同步信号上升缘时刻偏差的方法在励磁设备调试过程中使用，在励磁设备运行期间禁用。

5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现如权利要求1所述的基于时钟脉冲补偿同步信号上升缘时刻偏差的方法的步骤。