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1、第24卷第4期电工电能新技术Vol.24,No.42005年10月AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergyOct.2005一种新的基于DSP的高精度UPS锁相技术1,211马学军,陈息坤,康勇(1华中科技大学,湖北武汉430074;2黄石理工学院,湖北黄石435003)摘要:本文结合锁相环的原理针对全数字化控制的UPS系统,研究了利用DSPTMS320F240实现高精度锁相的数字锁相环的原理与实现方法。所给出的锁相方法中利用DSP的捕获中断和周期中断读取市电和逆变输出的相差,经PI调节器输出一个载波周期的补偿量,通过动态改变
2、载波周期值实现逆变输出对市电的动态跟踪,理论上相差分辨率可高达072。文中给出了硬件实现电路及程序流程图,建立了z域的线性化模型。为验证本锁相方法,研制了一台220V50Hz14KW的样机。仿真和实验结果验证了该方案的可行性。关键词:UPS;数字锁相环;高精度;中断中图分类号:TM464文献标识码:A文章编号:10033076(2005)04005904为市电电压瞬时值,幅值,角频率,且1=2f1;为1引言逆变输出超前或滞后市电的相位角。若要实现锁相[3,4]UPS在运行时,要求输出电压的频率和相位都的目标,必须满足下列方程式:与市电保持一致,只有这
3、样,在市电发生变化时,sinupst=sin(1t)(3)UPS才能向负载提供不间断、稳定的电能,不会对负即upst=1t(4)载产生过大的冲击。所以UPS中的逆变器必须有UPS逆变器的频率应与市电频率相等,否则就锁相环节,以保证UPS能与市电同步。其同步锁相更谈不上锁相了。对于用户来说,为一常数,不可控制应完成以下功能:当电网频率满足精度要求时,变,交流市电的频率也是不可变的,要使式(4)成立,使逆变器与电网同步运行;当电网频率超出精度要只有改变UPS的频率fups。将式(4)写成为:求范围或电网故障时,使逆变器与内部高精度的基2fupst=2f1t(5)准频率
4、同步运行;并且两种状态之间的转换要平稳,f1+市电相位超前以免造成转换过程中逆变器工作频率的剧烈抖2t有fups=(6)[1,2]动。f1-市电相位滞后2t2锁相原理式(6)说明,当市电超前逆变输出的相位角为时,就要求逆变输出频率升高,经过一段时间后,逆变输市电电压是按正弦规律变化的,UPS的输出电出频率与相位就会逐渐与市电靠拢。反之要求逆变压波形也是正弦的。设UPS逆变器电压的频率为输出频率降低,直至与市电同频同相。fups,而市电电压的频率为f1,那么这两个电压的瞬时值可表示为:3数字锁相环DPLLuups=Umupssint(1)31数字锁相的原理与方法u1=U
5、m1sin(1t)(2)对于采用SPWM控制的逆变器,可以固定载波式中uups,Umups,ups分别为UPS逆变器输出电压瞬比N=fcfups,通过改变三角载波频率fc(周期Tc),时值,幅值,角频率,ups=2fups;u1,Um1,1分别则可改变输出交流电压基波的频率fups。本文正是收稿日期:20050318作者简介:马学军(1969),男,湖北籍,副教授,博士,研究方向为电力电子与电力传动;康勇(1965),男,湖北籍,教授,博导,研究方向为电力电子与电力传动。60电工电能新技术第24卷用这种方法来调节逆变器输出电压的频率,从而相32数字锁相的
6、实现应地调节相位,完成逆变输出的频率相位跟踪市电(1)相差的检测及相位关系的判断的锁相过程。所设计的系统逆变输出频率为50HZ,为实现数字锁相,程序中采用两个单增模式的三角载波频率20KHz,载波比N=400。本文以市电计数器,其中一个计数器是载波数计数器TCcnt,每个相位为360时的计数值为基准,并比较逆变输出也载波加1,计数周期为400。从图2可以看出载波数为360时的计数值(二者用同一个定时器T1的计数计数器TCcnt在逆变输出相位为180处初始化为0,器T1CNT),若后者小于前者则逆变输出超前,需要计满400后再清零。计数器计数值与逆变器输出的增大逆变输出载波周期T2PR
7、的值,反之逆变输出相位的对应关系为:滞后市电,需要减小逆变输出载波周期值,直至二者0ups=180相位为360时刻T1CNT的值相同即锁相。TCcnt=(7)200ups=360为了实现对电网电压频率和相位的跟踪,可以另一个计数器为市电周期计数器,由DSP的定利用一个比较器进行过零检测。为提高抗干扰能力时器T1的计数器T1CNT充当,设定一个寄存器T-及检测的快速性,工程上所用的比较器一般为滞环net用来存
