一種不間斷電源的同步鎖相實現系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及不間斷電源領域，更具體地說，涉及一種不間斷電源的同步鎖相實現系統和方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會的不斷進步，尤其是在當今資訊蓬勃發展的信息時代，電子計算機等各種數字設備應用場合也越來越廣。然而，一旦這些數字設備斷電，將造成大量的資料流失，導致無法估量的經濟損失。不間斷電源(以下簡稱UPS)，可確保負載在各種惡劣的市電條件下仍能得到不間斷且穩定正常的交流電源輸入，故以UPS作為保護性的電源設備，可大大提高負載供電的可靠性。目前，UPS也已慢慢成為許多重要場合不可缺少的電源裝置。
[0003]圖1是現有UPS系統的示意簡圖，其包含整流單元11、位于整流單元11后的逆變單元12以及旁路單元13。其中，整流單元11的輸入為市電，整流單元11的輸出作為逆變單元12的輸入，逆變單元12的輸出為UPS的輸出電源，旁路單元13作為該UPS的另一路輸出電源備份。當UPS中的逆變單元發生故障時，UPS的輸出切換到旁路電源14供電。
[0004]為了更好、更快的進行這種切換，一般要求逆變單元12的輸出與旁路電源14的相位完全同相，此相位調節過程即為UPS同步鎖相。同步鎖相是UPS系統的一個重要控制環節，其性能指標對UPS穩定運行起著關鍵作用。在單機UPS系統中，同步鎖相的影響主要在于主旁切換，如果同步鎖相環節沒有處理好的話，切換瞬間可能產生很大的沖擊電流導致UPS損壞甚至炸機。而對并聯UPS系統來說，同步鎖相尤為關鍵，同步鎖相性能時刻影響著并機系統的運行穩定性，特別是當UPS的旁路頻率發生變化，并聯UPS系統中各機的同步鎖相環節都處于動態調節過程中時，如果同步鎖相環節處理不好，很容易導致并聯系統中的各UPS之間產生較大的環流，此環流對并聯UPS系統危害較大，甚至有可能使的整個并聯UPS系統崩潰宕機。
[0005]同步鎖相的目標是使得UPS的逆變電壓與跟蹤的目標電壓完全同相，因為很小的相位誤差將可能引起很大的沖擊電流或環流，從而引發嚴重的后果。在傳統的UPS控制系統中，同步鎖相單元靠硬件電路實現的，包括同步選擇邏輯判斷單元、同步跟蹤器和同步跟蹤鎖相單元。同步選擇邏輯判斷單元根據電平邏輯切換同步跟蹤器的同步源信號輸入；同步跟蹤器將同步源輸出同步源信號輸出至UPS的同步跟蹤鎖相單元中。
[0006]上述UPS的同步源輸入一般為市電經過整形電路的輸出信號，每個UPS的同步控制單元的同步輸入/輸出端口全部相互連接。這種通過硬件電路實現同步鎖相的方式不但增加UPS系統成本，而且增加了故障風險。
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術問題在于，針對上述通過硬件電路同步方式成本高、故障風險大的問題，提供一種新的不間斷電源的同步鎖相實現系統及方法。
[0008]本發明解決上述技術問題的技術方案是，提供一種不間斷電源的同步鎖相實現系統，包括同步源檢測單元、同步源選擇單元以及同步鎖相單元，其中:所述同步源檢測單元，用于實時偵測各個同步源的狀態，所述同步源的狀態包括電壓幅值、相角的瞬時步長值及相角變化值；所述同步選擇單元，用于根據當前UPS運行狀態從符合同步條件的同步源中選出最優的一個作為同步跟蹤源；所述同步鎖相單元，用于調節不間斷電源的逆變單元的輸出電壓的相位，使該輸出電壓的相位與同步跟蹤源的電壓相位一致。
[0009]在本發明所述的一種不間斷電源的同步鎖相實現系統中，所述同步鎖相單元包括調頻控制子單元和調相控制子單元，其中:所述調頻控制子單元將逆變單元輸出電壓與同步跟蹤源的頻率差作為輸入，并采用比例控制算法調節逆變單元輸出電壓的頻率與目標同步跟蹤源的頻率一致；所述調相控制子單元將逆變單元輸出電壓與同步跟蹤源的當前相位差和上拍相位差作為輸入，采用增量式比例積分控制的虛擬鎖相算法調節逆變單元輸出電壓的相位與目標同步跟蹤源的相位一致。
[0010]在本發明所述的一種不間斷電源的同步鎖相實現系統中，所述同步鎖相單元還包括鎖相協調子單元，用于在逆變單元輸出電壓與同步跟蹤源的頻率差超出第一閾值范圍時將所述調相控制子單元的調相控制結果清零。
[0011]在本發明所述的一種不間斷電源的同步鎖相實現系統中，所述同步源檢測單元包括多個同步源的瞬時步長計算子單元，每一瞬時步長計算子單元用于計算對應同步源在每一控制周期內的電壓幅值、相角值和相角變化值。
[0012]在本發明所述的一種不間斷電源的同步鎖相實現系統中，所述同步源包括旁路電壓源、輸出電壓源、LBS同步源、外部同步源、額定本振源；所述同步選擇單元在多個同步源均符合同步條件時，按照預設的優先級選擇同步跟蹤源。
[0013]本發明還提供一種不間斷電源的同步鎖相實現方法，包括以下步驟:
[0014](a)實時偵測各個同步源的狀態，所述同步源的狀態包括電壓幅值、相角的瞬時步長值及相角變化值；
[0015](b)根據當前不間斷電源的運行狀態從符合同步條件的同步源中選出最優的一個作為同步跟蹤源；
[0016](c)調節不間斷電源的逆變單元的輸出電壓的相位，使該輸出電壓的相位與同步跟蹤源的電壓相位一致。
[0017]在本發明所述的一種不間斷電源的同步鎖相實現方法中，所述步驟(C)包括:
[0018]根據逆變單元輸出電壓與同步跟蹤源的頻率差，采用比例控制算法調節逆變單元輸出電壓的頻率與目標同步跟蹤源的頻率一致；
[0019]根據逆變單元輸出電壓與同步跟蹤源的當前相位差和上拍相位差作為輸入，采用增量式比例積分控制的虛擬鎖相算法調節逆變單元輸出電壓的相位與目標同步跟蹤源的相位一致。
[0020]在本發明所述的一種不間斷電源的同步鎖相實現方法中，所述步驟(C)還包括:
[0021]在逆變單元輸出電壓與同步跟蹤源的頻率差超出第一閾值范圍時將所述調相控制子單元的調相控制結果清零。
[0022]在本發明所述的一種不間斷電源的同步鎖相實現方法中，所述步驟(a)包括:
[0023]通過多個分別連接到不同同步源的瞬時步長計算子單元分別計算多個同步源的電壓幅值、相角值及相角變化值，并在所述電壓幅值、相角值。
[0024]在本發明所述的一種不間斷電源的同步鎖相實現方法中，所述同步源包括旁路電壓源、輸出電壓源、LBS同步源、外部同步源以及系統本振源；所述步驟(b)中，在多個同步源均符合同步條件時，按照預設的優先級選擇同步跟蹤源。
[0025]本發明的一種不間斷電源的同步鎖相實現系統及方法，通過軟件控制自動選擇最優的同步跟蹤源，可實現高精度的同步鎖相。本發明還采用調頻與調相分開控制的方式實現同步鎖相，不僅可以提高UPS同步鎖相精度，加快了同步鎖相速度，還有效的避免了系統單點故障的風險，提高了系統的可靠性。
【附圖說明】
[0026]圖1是現有不間斷電源的示意圖。
[0027]圖2是本發明一種不間斷電源的同步鎖相實現系統第一實施例的示意圖。
[0028]圖3是本發明一種不間斷電源的同步鎖相實現系統第二實施例的示意圖。
[0029]圖4是本發明一種不間斷電源的同步鎖相實現方法實施例的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0031]如圖2所示，是本發明一種不間斷電源的同步鎖相實現系統第一實施例的示意圖，該不間斷電源的同步鎖相實現系統用于不間斷電源的逆變電壓鎖相。本實施例中的不間斷電源的同步鎖相實現系統，包括同步源檢測單元21、同步源選擇單元22以及同步鎖相單元23，上述同步源檢測單元21、同步源選擇單元22以及同步鎖相單元23可位于不間斷電源的旁路單元，并可結合集成到不間斷電源的軟件實現。
[0032]同步源檢測單元21用于實時偵測各個同步源24狀態，該同步源的狀態包括電壓幅值、相角的瞬時步長值及相角變化值。上述同步源24具體可以為額定本振源、旁路電壓源、輸出電壓源、LBS同步源、外部同步源中的至少兩個。其中額定本振源為由不間斷電源內的芯片輸出的模擬信號；旁路電壓源可為市電經過整形電路的輸出信號；輸出電壓源為并機系統中系統的輸出電壓；外部同步源為其他輸入的基準信號。通過同步源檢測單元21對各個同步源24的檢測，實時計算出各個同步源24的狀態，以供同步鎖相單元23隨時使用。
[0033]同步選擇單元22用于根據當前不間斷電源的運行狀態從同步源24中選出最優的一個作為同步跟蹤源。具體地，該同步選擇單元22需要根據不間斷電源當前的不同運行條件和工況，預先設定策略選擇同步跟蹤源，以選擇最合適的同步跟蹤源。
[0034]同步鎖相單元23用于調節不間斷電源的逆變單元的輸出電壓的相位，使該輸出電壓的相位與同步