TMS320C240大功率并聯(lián)鎖相控制術(shù)

隨著信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代信息設(shè)備對(duì)UPS供電系統(tǒng)的可靠性要求越來越高，如何保證UPS冗余并聯(lián)系統(tǒng)在電網(wǎng)惡劣的條件下穩(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TT公司制造的TMS320C240DSP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(tái)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)，以其獨(dú)特的優(yōu)良性能在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(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(duì)于模擬鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)起來更方便，同時(shí)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(jì)，節(jié)省成本。

1TMS320C240DSP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。它具有以下的主要組成部分：3個(gè)通用定時(shí)器，可輸出3路比較/PWM脈沖，3個(gè)全比較單元，可輸出3對(duì)帶死區(qū)控制的比較/PWM脈沖，3個(gè)單比較單元，可輸出3路比較/PWM脈沖，4個(gè)捕獲引腳CAP，用于高速I/O管理;兩組各8路10位10μs的A/D轉(zhuǎn)換器，看門狗定時(shí)器和定時(shí)中斷定時(shí)器;片內(nèi)ROM或Flash存儲(chǔ)器等。

2并聯(lián)系統(tǒng)UPS的同步控制方案

2.1UPS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波。設(shè)UPS逆變電壓的頻率為f,而市電電壓的頻率為f1，市電電壓波形的瞬時(shí)值可表示為

μ1=Um1sinω1t=Um1sin2πf1t

UPS逆變輸出電壓波形的瞬時(shí)值可表示為

μ=Umsin(ωt±θ)=Umsin(2πf1t±θ)

其中+θ為UPS輸出波形超前于市電波形的相位角;-θ為UPS輸出波形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:f=f1，θ=0，關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)2πf1t=2πft±θ，只能通過改變f使得θ逐步減小，最終θ=0，f=f1，當(dāng)UPS輸出波形超前于市電波形時(shí)，則要求該UPS輸出電壓的頻率降低，即

f=f1-θ/2πt

當(dāng)UPS輸出電壓波形滯后于市電波形時(shí)，則要求UPS輸出電壓的頻率升高，即

f=f1+θ/2πt

2.2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(shí)，若在切換的瞬間二者的輸出波形不一致，會(huì)造成供電的中斷，另一方面也可能會(huì)因兩個(gè)電壓源之間的環(huán)流過大而損壞UPS。為確保UPS系統(tǒng)市電與逆變在切換時(shí)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(duì)于并聯(lián)系統(tǒng)UPS的鎖相可采用兩級(jí)鎖相結(jié)構(gòu)。其中，一級(jí)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(jí)鎖相環(huán)又稱內(nèi)同步，是指基于各臺(tái)UPS輸出電壓的頻率及相位跟蹤和同步控制，使其實(shí)現(xiàn)各臺(tái)UPS間的同步。兩級(jí)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(=10us以內(nèi))，使其確保了UPS之間的并聯(lián)環(huán)流達(dá)到最小。外同步的PI調(diào)節(jié)器速度較慢，使其確保了旁路和逆變器之間的平滑切換。每級(jí)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(jí)鎖相環(huán)是如何實(shí)現(xiàn)的。并聯(lián)系統(tǒng)中的鎖相組成如圖1所示。

(1)外同步

兩臺(tái)UPS的輸入即市電經(jīng)比較器電路整形為方波，經(jīng)過同步母線綜合后，將該方波信號(hào)送到每臺(tái)UPS的DSP捕獲牢元CAPI引腳，設(shè)置上升沿或下降沿捕獲，則在方波信號(hào)發(fā)生相應(yīng)跳變時(shí)迸人捕獲1中斷讀取計(jì)數(shù)器T2CNT的值作為PI調(diào)節(jié)器的反饋信號(hào)，通過與設(shè)定值相比較即可得出相位差，再經(jīng)PI調(diào)節(jié)器的運(yùn)算形成調(diào)節(jié)量，用于改變T2PR的值，從而使逆變輸出跟蹤市電基準(zhǔn)。

(2)內(nèi)同步