专利名称：三相并联式逆变模块的同步方法
技术领域：
本发明涉及三相模块化并联式逆变电源领域，尤其涉及三相并联式不间断电 源系统的同步。
背景技术：
当前，交流电源供电方式正在由集中式向分布式、全功能式发展。由多个逆 变模块并联组成的电源系统，己成为一项很有前景的工程应用方案。这种并联冗 余系统具有如下优点运行可靠，功率范围广，具有极高的系统可维修性能，在 模块出现故障时，可以很方便地进行热插拔更换或维修。其技术关键是各逆变模 块的同步问题，也即各逆变模块的输出电压应满足同幅、同频与同相，以达到均 分负载和环流为零的要求。
交流并联系统的环流主要由各逆变模块之间的输出电压幅度与相位的差异造 成，可通过均流技术与锁相算法来抑制。然而，目前并没有理想的三相锁相算法， 如采样单相锁相的思想，由于每个工频周期才调整一次步长，锁相过程复杂，速 度迟缓。另外，除了基波与谐波分量外，环流中还含有不可控的高频分量。由于 上电时刻不同与晶振的漂移，各逆变模块的PWM (Pulse Width Modulation,脉冲 宽度调制)载波将不能保证同步，从而产生高频分量，这在分散式控制的并联系 统中极难消除。
发明内容
本发明要解决的技术问题是 并联式逆变模块进行同步的方法 环流中的高频分量问题。
，针对现有技术中存在的问题，提出一种对三相 ，解决三相锁相问题，并在此基础上进一步解决
本发明提供的三相并联式逆变模块的同步方法，包括以下步骤-
1. 1并联系统中各逆变模块通过总线抢占的方法自由竞争，由系统控制确定 一台主机，其余模块均设定为从机；
1. 2主机以旁路电压为锁相跟踪源，而从机则以主机的输出电压为锁相跟踪 源，各模块分别进行后续步骤；
1. 3采样三相跟踪源电压与三相输出电压，计算跟踪源电压与输出电压的频 率、频率差与相位差；
1. 4根据跟踪源与输出电压之间的频率差，调整PWM调制正弦波的查表步 长，以改变逆变模块自身的输出电压频率，使其逐步锁定跟踪源频率；
1. 5当频率已锁定，再根据跟踪源与输出电压之间的相位差，微调PWM调 制正弦波的査表步长，减小两者之间的相位差，对相位进行锁定。
在上述方案中，若跟踪源电压空间矢量对应的频率在锁相范围内，对跟踪源 电压进行锁相，否则，产生一个对应于50Hz三相量的空间矢量，再进行锁相。
用下述方法完成频率的锁定
/go"/ = /go"/ -义 ， < /go"/ - I
其中，A。。/为目标频率，/^为基准电压的频率，义为频率调节幅限。
在频率锁定后，计算出基准电压空间矢量与输出电压空间矢量的角度差Zie，
再将频率对应的角度差做为PWM调制正弦波査表步长，将^e进行比例调节，经 限幅后微调查表步长，对相位进行锁定。
为解决环流高频问题，本发明进一步对载波进行同步
5. 1并联系统中各逆变模块均确定自身的主计数器，该计数器为模块的控制 算法定时触发中断，同时为PWM调制提供载波；
5. 2通过一根系统同步总线，主机在主计数器过零处发出高频同步脉冲；
5. 3各从机实时捕获同步脉冲，定期校正其主计数器的计数值，使之与主机 的保持同步。
在上述方案中，如各逆变模块中存在多个载波，同时将主计数器的计数值赋
给提供载波的多个计数器，实现单机载波一致，主从机载波同歩。
本发明解决了三相锁相问题，并可以消除环流中的高频分量问题。
图1是三相系统矢量变换的原理图2是本发明提出的三相锁相方法的流程图3是从机载波超前于主机载波时载波同步校正的基本原理图4是从机载波滞后于主机载波时载波同步校正的基本原理图5是本发明中进一步对载波同步的方法的流程图6是双脉冲形式的高频同步脉冲发生方案；
图7是单脉冲形式的高频同步脉冲发生方案；
图8是计数值校正导致PWM脉宽变化的示意图9是计数值校正导致PWM脉冲丢失的示意图。
具体实施例方式
本发明包括三相锁相和载波同步两部分内容，后者是用于进一步解决环流高
频分量的。下面分别进行描述 1.三相锁相方法
在三相交流系统中，^C三相量对应于一个旋转的空间矢量，各相分量等于该 矢量在坐标轴上的投影，如图1所示。空间矢量的旋转速度等于三相量的角速度， 对应其频率。空间矢量的相角，即其与fl轴的夹角等于"相电压的相角，对应三 相量的相位。于是三相量的锁相等效为，输出电压空间矢量对跟踪源电压空间矢 量的跟踪问题。
空间矢量的旋转速度可用其在载波周期间隔的角度差表示<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，《。w为本时刻空间矢量的相角，e^为上个载波周期间隔的空间矢量相角。 为计算上式，可先通过如下静止变换将三相量变换为两相量。<formula>formula see original document page 7</formula>
式中，r。，K,^为"6c坐标系上的三相量，&,&为aB-坐标系上的两相量。于是， 可得出弦值的计算公式
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，O为空间矢量的相角，Vm,为空间矢量的模长，Vai, Vbi分别为空间矢量的a, B 的分量。
本发明的三相锁相的流程如图2所示。首先计算跟踪源电压空间矢量对应的
频率，如其在锁相范围内，则对跟踪源电压进行锁相。否则，产生一个对应于50Hz 三相量的空间矢量，再进行锁相。
锁相时，先完成频率跟踪再进行相位调节。频率跟踪方法为
<formula>formula see original document page 7</formula>其中/g。。/为目标频率，人/为跟踪源电压的频率，X为频率调节幅限。X的引入可 限制频率跟踪速度，避免逆变输出频率突变，其值可由频率跟踪速度指标求得。 在频率跟踪完成后，进行相位调节。可计算出基准电压空间矢量与输出电压空间 矢量的角度差J0。再将频率对应的角度差做为PWM调制正弦波査表步长。在此 基础上，将ZJ0进行比例调节，经限幅后微调査表步长，从而校正相位差。
2.载波同步方法
下面结合这图5至9对载波同步进行说明。其中，载波同步方法的流程如图5
所示。其中的一些步骤图6至图9进行说明。
假定各逆变模块的处理器均以定时计数器Timed为主计数器，载波同步方法 的基本原理如图3与图4所示。在图3中，从机载波超前于主机载波￡ ^个计数 值，主机在载波过零处发出高频同步脉冲。经过硬件电路延迟了De/qy个计数值， 从机才捕获到同步脉冲，捕获值为C4P。假定从机主计数器Timerl在校正时刻处 于递增计数阶段，计数值为7VC，则应将其校正为T7CAT-77CJVr—CAP+i)e/矽。 对于图4，从机载波滞后于主机载波个计数值。同样分析可得，Timerl的计 数值应校正为！7CiVr二77CAT+C4P—i)e/ay。
主从机载波的相位关系判断是载波同步方法的基础，这与高频同步脉冲的发 生与捕获关系密切。同步脉冲可采用双脉冲或单脉冲两种形式发生，则捕获器的 时基定时器的计数方式也随之改变，如图6与图7所示。在图6中，主机在Timerl 过零中断后，通过1/0 口发出两个高频同步脉冲，从机捕获器的时基定时器(假定 为Timer2)与Timerl —样采用连续增/减计数方式。通过捕获值C4W与C4尸2之 间的大小关系可判断出在主机载波过零时，从机载波处于递增还是递减计数阶段， 即可得出主从机载波之间的相位关系。如C4尸7与C4P2分别落在Timer2过零点 两侧，则另加两同步脉冲间的时间距离Gop信息，同样也可进行判断。在图7中， 主机可通过PWM端口在Timerl过零处发出一个高频同步脉冲，从机Timer2改为 递增计数方式，其计数周期为2T7i^—l (77/^为载波的计数周期)。由捕获值 C4尸与77尸i 之间的大小关系，即可判断出主从机载波之间的相位关系。
就载波而言，由于PWM调制中通常采用等腰三角载波，因此处理器的Timerl 计数器采用连续增/减模式。于是校正点可能处在计数器递增计数阶段也可能在递 减计数阶段，而从机载波可超前或滞后于主机载波，两者组合情况较多。为简化 逻辑，可通过算法运行时间控制，将校正点设计于计数器的递增计数阶段，从而 减少逻辑判断、提高运行效率。
本方法通过改变计数器的计数值来实现载波同步，因而可能出现计数值调整 后跨过PWM调制值，错过调制匹配或重复匹配，导致PWM脉宽变化或脉冲丢失， 引起逆变输出波形畸变。图8示出了脉宽变化的情况，从机载波超前于主机载波， 计数值回调跨过调制值Qkf尸7 ，于是造成重复匹配，PWM脉冲加宽。图9示出了 脉冲丢失的情况，从机载波滞后于主机载波，前调跨过调制值CM户i ，于是错过 调制匹配，PWM脉冲丢失。可见，应避免计数值调整跨过调制值。首先，通过运
行时间控制，尽可能设计校正点靠近Timerl的过零点。再求出所有PWM调制值 的最小值，将校正点计数值与其比较。如前者小于后者，则进行载波同步校正； 而其余情况出现几率较小，为简化逻辑不进行校正。在从机载波滞后前调时，如 Timerl校正后的计数值跨过最小调制值，则缩小校正步伐，校正到比最小调制值 略小处。此外，还应对校正步长进行限幅，幅限以小为宜，尽可能减小载波同步 校正对PWM脉冲的影响。实际上，减小幅限只使载波从异步到同步过渡时间拉长 而己。 一旦载波同步后，只对计数值进行微调，不会出现大步校正。
权利要求
1、一种三相并联式逆变模块的同步方法，包括以下步骤1.1并联系统中各逆变模块通过总线抢占的方法自由竞争，由系统控制确定一台主机，其余模块均设定为从机；1.2主机以旁路电压为锁相跟踪源，而从机则以主机的输出电压为锁相跟踪源，各模块分别进行后续步骤；1.3采样三相跟踪源电压与三相输出电压，计算跟踪源电压与输出电压的频率、频率差与相位差；1.4根据跟踪源与输出电压之间的频率差，调整PWM调制正弦波的查表步长，以改变逆变模块自身的输出电压频率，使其逐步锁定跟踪源频率；1.5当频率已锁定，再根据跟踪源与输出电压之间的相位差，微调PWM调制正弦波的查表步长，减小两者之间的相位差，对相位进行锁定。
2、权利要求l所述的三相并联式逆变模块的同步方法，其特征在于，若跟踪 源电压空间矢量对应的频率在锁相范围内，对跟踪源电压进行锁相，否则，产生 一个对应于50Hz三相量的空间矢量，再进行锁相。
3、权利要求2所述的三相并联式逆变模块的同步方法，其特征在于，用下述 方法完成频率的锁定<formula>formula see original document page 2</formula>其中，厶。。/为目标频率，为基准电压的频率，x为频率调节幅限,
4、权利要求3所述的三相并联式逆变模块的同步方法，其特征在于，在频率 锁定后，计算出基准电压空间矢量与输出电压空间矢量的角度差z^，再将频率对 应的角度差做为PWM调制正弦波查表步长，将/J0进行比例调节，经限幅后微调 査表步长，对相位进行锁定。
5、权利要求1至4任一权利要求所述的三相并联式逆变模块的同步方法，其 特征在于，还包括以下载波同步的步骤5. 1并联系统中各逆变模块均确定自身的主计数器，该计数器为模块的控制 算法定时触发中断，同时为PWM调制提供载波；5. 2通过一根系统同步总线，主机在主计数器过零处发出高频同步脉冲；5. 3各从机实时捕获同步脉冲，定期校正其主计数器的计数值，使之与主机 的保持同步。
6、权利要求5所述的三相并联式逆变模块的同步方法，其特征在于，如各逆 变模块中存在多个载波，同时将主计数器的计数值赋给提供载波的多个计数器， 实现单机载波一致，主从机载波同步。
全文摘要
一种三相并联式逆变模块的同步方法，系统中各逆变模块通过总线抢占的方法自由竞争，确定主机和从机；主机和从机分别以旁路电压和主机输出的电压为锁相跟踪源，各模块采样三相跟踪源电压与三相输出电压，计算跟踪源电压与输出电压的频率、频率差与相位差；根据跟踪源与输出电压之间的频率差，调整PWM调制正弦波的查表步长，使其逐步锁定跟踪源频率；然后再根据跟踪源与输出电压之间的相位差，微调PWM调制正弦波的查表步长，减小两者之间的相位差，对相位进行锁定。之后，可以通过主机在主计数器过零处发同步脉冲，从机捕获脉冲交校正其主计数器的方法进行载波同步。本发明解决了三相锁相问题，并可以消除环流中的高频分量问题。
文档编号H02J3/40GK101110518SQ200610061789
公开日2008年1月23日 申请日期2006年7月21日 优先权日2006年7月21日
发明者孙文焕, 杨国顺 申请人:中兴通讯股份有限公司