在線式UPS軟件鎖相

1引言

為保證無(wú)環(huán)流切換，不僅在控制上要保證市電旁路電壓和UPS逆變器輸出電壓同頻率同幅值，而且還要保證兩電壓的瞬時(shí)值相同，即同相位。數(shù)字鎖相環(huán)，即軟件鎖相的實(shí)現(xiàn)是全數(shù)字化UPS實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)之一。

2軟件鎖相分析

2．1坐標(biāo)系的的建立

為便于分析，建立以下坐標(biāo)系：

橫軸為頻率差，F(xiàn)_D=F_INV－F_LN，以周期差來(lái)表示，即單周期內(nèi)定時(shí)器對(duì)逆變的計(jì)數(shù)值－對(duì)市電的計(jì)數(shù)值（這里每1個(gè)計(jì)數(shù)值的時(shí)間為50ns×16=0.8μs）；

縱軸為相位差，P_D=P_LN_P_INV，也用定時(shí)器的計(jì)數(shù)值來(lái)表示。如圖1所示。

2．2第1象限中狀況分析

由上述坐標(biāo)定義，則第1象限所表示的狀態(tài)如圖2所示。

即F_INV>F_LN。

此時(shí)如果采用減小逆變頻率F_INV的方法調(diào)節(jié)，則F_D和P_D都會(huì)減小，即在坐標(biāo)系上向原點(diǎn)靠近。滿足F_D和P_D同時(shí)達(dá)到原點(diǎn)的條件為：

F_D＋(F_D－4)＋(F_D－8)＋(F_D－12)...

＋F_D－4(N－1)=P_D

N=F_D/4

注：減小逆變頻率F_INV時(shí)每周期增加的定時(shí)器的計(jì)數(shù)值（步長(zhǎng)）為4。

解方程得：

F_D（F_D＋4）/8=P_D（1）

式（1）在坐標(biāo)系上的曲線a如圖3所示。則有以下結(jié)論（結(jié)論1）：

采用減小逆變頻率F_INV的方法調(diào)節(jié)時(shí)：

曲線a上所有點(diǎn)都會(huì)沿著此曲線使F_D和P_D同時(shí)到達(dá)零點(diǎn)；

曲線a上左邊（A1區(qū)域）所有點(diǎn)都會(huì)當(dāng)F_D到達(dá)零點(diǎn)而P_D>0，走向如曲線b1所示；

圖1坐標(biāo)系

圖2第1象限的狀態(tài)

圖3第1象限的曲線

曲線a上右邊（A2區(qū)域）所有點(diǎn)都會(huì)當(dāng)P_D到達(dá)零點(diǎn)而F_D>0。

此時(shí)如果采用增加逆變頻率F_INV的方法調(diào)節(jié)，則P_D會(huì)減小而F_D會(huì)增加。其在坐標(biāo)系上的走向如圖3中曲線b2所示。（結(jié)論2）

實(shí)際上，并不需要將F_D和P_D都調(diào)到零，而是調(diào)到一個(gè)足夠小的目標(biāo)區(qū)域即可。在這里采用先調(diào)頻后調(diào)相的方法，當(dāng)頻率差（F_D）大于15時(shí)，不管相差（P_D）如何，直接減小逆變頻率F_INV（步長(zhǎng)也是4）；當(dāng)P_D小于62時(shí)，則認(rèn)為相差已經(jīng)調(diào)好，停止調(diào)相。所以調(diào)相的目標(biāo)區(qū)域?yàn)锳3[（0，0），（15，62）]，被調(diào)節(jié)區(qū)域?yàn)锳4[（0，62），（15，P_Dmax）]。如圖4所示。

對(duì)于A4區(qū)域的點(diǎn)，調(diào)節(jié)方法如下：

當(dāng)2F_D（F_D＋1）=P_D，采用增加逆變頻率F_INV的方式調(diào)節(jié)；

當(dāng)2F_D（F_D＋1）>P_D，采用減小逆變頻率F_INV的方式調(diào)節(jié)。

分析此調(diào)節(jié)過(guò)程：

2F_D（F_D＋1）=P_D在坐標(biāo)系上的曲線為c。

（1）設(shè)在R1點(diǎn)開(kāi)始調(diào)節(jié)，如圖：R1位于c的左邊，滿足2F_D（F_D＋1）=P_D的條件，因此采用增加逆變頻率F_INV的方式調(diào)節(jié)。由結(jié)論（2）得：采用增加逆變頻率F_INV的方式調(diào)節(jié)時(shí)，其走向如曲線b2，必然會(huì)到R2的位置（c的右邊），此時(shí)又滿足2F_D（F_D＋1）>P_D的條件，采用減小逆變頻率F_INV的方式調(diào)節(jié)，而R2位于結(jié)論（1）中A1區(qū)域，由結(jié)論（1），其走向如b1，必然會(huì)回到c的左邊，反復(fù)以上過(guò)程，直到進(jìn)入調(diào)相的目標(biāo)區(qū)域?yàn)锳3。

（2）設(shè)在R11（F_D很小而P_D很大）點(diǎn)開(kāi)始調(diào)節(jié)，此時(shí)滿足2F_D（F_D＋1）=P_D的條件，因此采用增加逆變頻率F_INV的方式調(diào)節(jié)，最多經(jīng)過(guò)4個(gè)周期，F(xiàn)_D就會(huì)>15，此時(shí)不管相差先調(diào)頻，減小逆變頻率F_INV，接著F_D又會(huì)15，則增加逆變頻率F_INV，如此反復(fù)。由結(jié)論（1）、結(jié)論（2），如圖中方向接近R1的位置。

因此，在第1象限的調(diào)節(jié)過(guò)程為：P_D很大（>480）而F_D很小時(shí)，先增大F_D到F_D>15，然后沿著F_D=15的直線方向（左右擺動(dòng)）向下調(diào)節(jié)；P_D較?。?80）時(shí)，沿著曲線c的方向（左右擺動(dòng)）向下調(diào)節(jié)，直至進(jìn)入目標(biāo)區(qū)。當(dāng)F_D>15時(shí)，則不管P_D，一直減小逆變頻率F_INV，直到A4區(qū)域，然后進(jìn)入目標(biāo)區(qū)或者第4象限中目標(biāo)區(qū)（實(shí)際應(yīng)用中頻差F_D很小，一般不會(huì)進(jìn)入到第4象限其它區(qū)域）。