基于TMS320C240控制器實(shí)現(xiàn)大功率并聯(lián)UPS的鎖相控制技術(shù)

1．引言

隨著信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是計算機(jī)的廣泛應(yīng)用和Internet的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代信息設(shè)備對不間斷電源（UPS）供電系統(tǒng)的可靠性要求越來越高，不間斷電源(UPS)的可靠性越來越備受關(guān)注，不間斷電源（UPS）并聯(lián)供電系統(tǒng)逐步成為首位；如何保證UPS并聯(lián)系統(tǒng)在電網(wǎng)惡劣的條件穩(wěn)定、可靠運(yùn)行是UPS廠家需要考慮的問題。本文介紹一種基于TI公司的TMS320C240 DSP控制器構(gòu)成的大功率并聯(lián)型UPS同步控制方案。與電網(wǎng)的同步、并聯(lián)系統(tǒng)中各臺UPS間的同步，成為并聯(lián)UPS系統(tǒng)控制的關(guān)鍵。UPS并聯(lián)系統(tǒng)中的核心部分是精度很高的鎖相環(huán)，模擬鎖相環(huán)是一門成熟的技術(shù)，以它獨(dú)特的優(yōu)良性能在許多領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。但隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，UPS的全數(shù)字化控制是大勢所趨，因此，鎖相環(huán)也逐漸過渡為數(shù)字化，數(shù)字DSP控制鎖相環(huán)相對于模擬鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)起來更方便，同時用軟件代替硬件實(shí)現(xiàn)，還可以結(jié)合系統(tǒng)的其他功能統(tǒng)一設(shè)計，節(jié)省成本。

2、TMS320C240 DSP控制器介紹

TMS320C240是美國TI公司專為數(shù)字電機(jī)控制運(yùn)用而推出的一種16位定點(diǎn)運(yùn)算的DSP，為控制系統(tǒng)應(yīng)用提供了一種理想的解決方案。它具備以下的主要性能：3個通用定時器，可輸出3路比較/PWM脈沖；3個全比較單元，可輸出3對帶死區(qū)控制的比較/PWM脈沖；3個單比較單元，可輸出3路比較/PWM脈沖；4個捕獲引腳CAP，用于高速I/O管理；兩組各8路10位10微妙的A/D轉(zhuǎn)換器；看門狗定時器和定時中斷定時器；片內(nèi)ROM或Flash存儲器等。

3、并聯(lián)系統(tǒng)UPS的同步控制方案

1）、UPS的鎖相控制原理

市電電壓波形及UPS輸出電壓波形都是正弦。設(shè)UPS逆變電壓的頻率為，而市電電壓的頻率為，故市電電壓波形的瞬時值可表示為：，

UPS逆變輸出電壓波形的瞬時值可表示為：，其中+為UPS輸出波形超前于市電波形的相位角；－為UPS輸出波形為滯后于市電波形的相位角。要實(shí)現(xiàn)UPS與市電的同步必須要求：=, =0，關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)=，只能通過改變使得逐步減小，最終=0, =即

當(dāng)UPS輸出波形超前于市電波形時，則要求該UPS輸出電壓的頻率降低，即

當(dāng)UPS輸出波形為滯后于市電波形時，則要求該UPS輸出電壓的頻率升高，即

2）、并聯(lián)UPS系統(tǒng)同步鎖相的實(shí)現(xiàn)

并聯(lián)系統(tǒng)UPS在市電與逆變切換時，若在切換的瞬間二者的輸出波形不一致,會造成供電的中斷，另一方面也可能會因兩個電壓源之間的環(huán)流過大而損壞UPS。為確保UPS系統(tǒng)市電與逆變的切換時不存在環(huán)流，需保證市電波形與逆變波形保持相位接近；因此需要一種裝置用來檢測市電的相位變化，并用于控制逆變器輸出電壓的相位和頻率,使逆變器與市電保持同步運(yùn)行。

對于并聯(lián)系統(tǒng)UPS的鎖相可采用兩級鎖相結(jié)構(gòu)，其中，一級鎖相環(huán)又稱外同步，是指并聯(lián)系統(tǒng)各UPS跟蹤市電相位和頻率并進(jìn)行相互間的相位同步控制，即實(shí)現(xiàn)UPS與旁路市電的同步。二級鎖相環(huán)又稱內(nèi)同步，是指基于各臺UPS輸出電壓的頻率及相位跟蹤和同步控制，它實(shí)現(xiàn)各臺UPS間的同步。兩級鎖相環(huán)都采用了PI調(diào)節(jié)器，其中，內(nèi)同步速度較快，精度很高（±10μs以內(nèi)），它確保了UPS之間的并聯(lián)環(huán)流可達(dá)到最小。外同步的PI調(diào)節(jié)器速度較慢，它確保了旁路和逆變器之間的平滑切換。每級鎖相環(huán)包括相位誤差檢測、調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，以下分別介紹各級鎖相環(huán)是如何實(shí)現(xiàn)的。