一种智能整流桥高冗余度同步信号切换方法与流程

本发明属于电力变换领域，具体为一种智能整流桥高冗余度同步信号切换方法。

背景技术：

如图1所示，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。所以智能整流桥尽量在控制器的协调下使用同一相同步信号。

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)触发了cpu中断后在中断服务程序记录中断时刻，可以据此计算周期和相对相位。如图2所示：三相同步信号分别接入cpu的3个引脚，设置引脚电平由低变高的上升沿触发定时器的捕获中断，那么在引脚电平突变的上升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周期和相角差。同一路同步信号2次中断时刻的时间差就是周期t，不同同步信号中断时刻的时间差dt可以根据周期折算成相角差。图2中ab两相的相角差折算成角度为

阳极电压一般经过图3a所示的同步变压器降幅隔离后才能接入整形电路。正常时任意两相之间相角差约120°，得到的同步方波如图2所示。而同步变压器原方(a、b、c)某相断线后，副方有两相同步信号相位发生偏移。这两个故障相相位一致，故障相与正常相的相差约180°。图3b给出了同步变压器原方c相断线时的同步方波，此时仅a相同步信号正常。

同步变压器原方断线故障可以通过三相相角差比较判断，如果相角差超过150°且小于210°，且故障现象持续达到2个周期即可触发软件中的同步断线保护，如果是驱动触发脉冲的同步信号出现故障，同步断线保护还将启动同步信号切换，使用相位正常的同步信号驱动触发脉冲，保证驱动触发脉冲的相位正常。

而专利申请201910223958.x提供了另一种同步方案：通过通信网络将本地三相同步信号共享给其余智能整流桥，所有智能整流桥在控制器协调下使用来自同一个智能整流桥的同一相同步信号驱动触发脉冲。此方案中不同智能整流桥驱动脉冲的同步信号存在的时间偏差主要由通信延时造成，基本可用忽略不计。

但是此方案的同步断线故障响应比常规方案要慢，需要故障源所在的智能整流桥判断出故障后通过通信传递给其余智能整流桥启动切换，比常规方案增加了一个通信延时。而且控制器如果晚于智能整流桥收到同步故障信息，会造成由控制器协调的同步相信息未及时刷新，而控制器协调的同步相信息优先级高于自选同步相，可能造成同步相切换的进一步延迟，导致智能整流桥输出产生较大的扰动。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种智能整流桥高冗余度同步信号切换方法，通过智能整流桥自行切换故障同步相来提高高冗余度同步方案的故障响应速度，同时增加同步变压器副方断线保护，提高系统的可靠性。

本发明的技术方案：

一种智能整流桥高冗余度同步信号切换方法，智能整流桥包括三相整流桥、配置了fpga和cpu的控制器，智能整流桥的控制器之间经通信网络连接，智能整流桥高冗余度同步信号切换方法包括以下具体步骤：

s1.每个智能整流桥通过通信网络获取来自所有整流桥的三相同步信号，并共同选择其中一路作为整流桥驱动触发脉冲的同步工作相；

s2.如果智能整流桥驱动触发脉冲的同步信号来自本地，则本地同步信号故障后立即启动同步信号切换；

s3.如果驱动触发脉冲的同步信号来自其余智能整流桥，本地同步信号正常，则使用本地同步信号对应相与驱动触发脉冲的同步信号比较，如果两者相位偏差超过预置阈值，则判定驱动触发脉冲的同步信号故障，启动同步信号切换；

s4.如果本地三相同步信号出现故障，且驱动触发脉冲的同步信号并非来自本地，则暂停检测驱动触发脉冲的同步信号，按照在线控制器提供的同步信号信息选择驱动触发脉冲的同步信号；

s5.如果通过步骤s3的方法启动了同步信号切换，则切换后1秒内暂停接受在线控制器的同步信号协调，即在此期间不再按照在线控制器的同步信号信息选择驱动触发脉冲的同步信号。

所述步骤s1中，每个智能整流桥在本地同步正常时选择与驱动脉冲的同步信号同相的本地同步信号与之比较，验证驱动脉冲的同步信号相位是否正常，如果驱动脉冲的同步信号缺失或者出现相位偏移则执行后续步骤。

所述的智能整流桥的fpga将本地接入的三相同步信号输出到cpu，并根据cpu选择的同步工作相转发对应的同步工作相信号给cpu。

所述步骤s3中，预置阈值为相位偏差大于等于30°或者小于等于330°并持续2个周期。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：提高了同步信号的故障响应速度，可以有效减小同步信号故障造成的扰动。

附图说明

图1是本发明的智能整流桥结构示意图。

图2是现有方法的测频测相示意图。

图3a是现有方法的y/δ-11接法的同步变压器示意图。

图3b是现有方法的同步变压器原方c相断线时的同步方波图。

图4是本发明高冗余度同步信号故障切换装置图。

图5是本发明同步变压器a相原方断线导致驱动脉冲的a相同步信号相位偏移图。

图6是本发明方法流程图。

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。

一种智能整流桥高冗余度同步信号切换方法，智能整流桥包括三相整流桥、配置了fpga和cpu的控制器，智能整流桥的控制器之间经通信网络连接，智能整流桥高冗余度同步信号切换方法包括以下具体步骤：

s1.每个智能整流桥通过通信网络获取来自所有整流桥的三相同步信号，并共同选择其中一路作为整流桥驱动触发脉冲的同步工作相；

s2.如果智能整流桥驱动触发脉冲的同步信号来自本地，则本地同步信号故障后立即启动同步信号切换；

s3.如果驱动触发脉冲的同步信号来自其余智能整流桥，本地同步信号正常，则使用本地同步信号对应相与驱动触发脉冲的同步信号比较，如果两者相位偏差超过预置阈值，则判定驱动触发脉冲的同步信号故障，启动同步信号切换；

s4.如果本地三相同步信号出现故障，且驱动触发脉冲的同步信号并非来自本地，则暂停检测驱动触发脉冲的同步信号，按照在线控制器提供的同步信号信息选择驱动触发脉冲的同步信号；

s5.如果通过步骤s3的方法启动了同步信号切换，则切换后1秒内暂停接受在线控制器的同步信号协调，即在此期间不再按照在线控制器的同步信号信息选择驱动触发脉冲的同步信号。

所述步骤s1中，每个智能整流桥在本地同步正常时选择与驱动脉冲的同步信号同相的本地同步信号与之比较，验证驱动脉冲的同步信号相位是否正常，如果驱动脉冲的同步信号缺失或者出现相位偏移则执行后续步骤。

所述的智能整流桥的fpga将本地接入的三相同步信号输出到cpu，并根据cpu选择的同步工作相转发对应的同步工作相信号给cpu。

所述步骤s3中，预置阈值为相位偏差大于等于30°或者小于等于330°并持续2个周期。

本发明使用了与专利申请201910223958.x相同的硬件如图4所示。

如果驱动脉冲的同步信号是本地三相同步信号中的一路，可以按照技术背景中介绍常规方式判断本地同步信号是否缺失或者出现相位是否正常，一旦出现异常立即启动同步信号切换，即使用于驱动脉冲的那一路同步信号没有出现异常，也一样需要重选用于驱动脉冲的同步信号。重选同步信号的同时设置自选同步延时，保证重选同步信号后1秒不接受控制器的同步信号协调。

如果驱动脉冲的同步信号来自其他的智能整流桥，在本地三相同步信号正常的前提下可以使用同相同步信号与之比较相位。以a相同步为例，如果提供同步信号的智能整流桥出现了同步变压器原方a相断线故障，则如图5所示，用于驱动的同步信号相位出现偏移，与本地b相同步信号反相，此时因为起点选取的差异，得到的a相同步信号与驱动脉冲的同步信号相位差可能是

或

其中α约为300°，α’约为60°。

正常时α约为360°，α’约为0°，因为电子元件参数的分散性导致的相位偏差一般不超过1°。因此在本地三相同步信号正常的前提下，可以根据这种相角偏差判断驱动脉冲的同步信号是否出现相位偏移。在本发明中以330°和30°分别作为α和α’的偏差阈值，如果偏差超过阈值，且持续时间超过2个周期即可确认驱动脉冲的同步信号出现相位偏移，需要启动同步信号切换。

如果本地三相同步信号出现同步变压器原方断线，且故障相与驱动脉冲的同步信号同相，则不再进行上面的相位比较检测，同步信号的切换由控制器的同步相信息协调控制。

正常状态下智能整流桥接受控制器协调的同步相信息，保证所有智能整流桥采用同一路同步信号。如果智能整流桥判断驱动脉冲的同步信号出现故障需要启动同步信号切换，为了避免控制器与智能整流桥响应速度差异造成额外的切换延时，在启动切换后1秒内智能整流桥暂停接受控制器在同步相选择方面的协调。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。