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

1．引言

隨著(zhù)信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是計算機的廣泛應用和Internet的迅猛發(fā)展，現代信息設備對不間斷電源（UPS）供電系統的可靠性要求越來(lái)越高，不間斷電源(UPS)的可靠性越來(lái)越備受關(guān)注，不間斷電源（UPS）并聯(lián)供電系統逐步成為首位；如何保證UPS并聯(lián)系統在電網(wǎng)惡劣的條件穩定、可靠運行是UPS廠(chǎng)家需要考慮的問(wèn)題。本文介紹一種基于TI公司的TMS320C240 DSP控制器構成的大功率并聯(lián)型UPS同步控制方案。與電網(wǎng)的同步、并聯(lián)系統中各臺UPS間的同步，成為并聯(lián)UPS系統控制的關(guān)鍵。UPS并聯(lián)系統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(mén)成熟的技術(shù)，以它獨特的優(yōu)良性能在許多領(lǐng)域得到了廣泛地應用。但隨著(zhù)數字技術(shù)的發(fā)展，UPS的全數字化控制是大勢所趨，因此，鎖相環(huán)也逐漸過(guò)渡為數字化，數字DSP控制鎖相環(huán)相對于模擬鎖相環(huán)實(shí)現起來(lái)更方便，同時(shí)用軟件代替硬件實(shí)現，還可以結合系統的其他功能統一設計，節省成本。

2、TMS320C240 DSP控制器介紹

TMS320C240是美國TI公司專(zhuān)為數字電機控制運用而推出的一種16位定點(diǎn)運算的DSP，為控制系統應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(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對帶死區控制的比較/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(mǎi)/O管理；兩組各8路10位10微妙的A/D轉換器；看門(mén)狗定時(shí)器和定時(shí)中斷定時(shí)器；片內ROM或Flash存儲器等。

3、并聯(lián)系統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(shí)值可表示為：，

UPS逆變輸出電壓波形的瞬時(shí)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UPS與市電的同步必須要求：=, =0，關(guān)鍵在于如何實(shí)現=，只能通過(guò)改變使得逐步減小，最終=0, =即

當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

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

2）、并聯(lián)UPS系統同步鎖相的實(shí)現

并聯(lián)系統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(guò)大而損壞UPS。為確保UPS系統市電與逆變的切換時(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(lái)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行。

對于并聯(lián)系統UPS的鎖相可采用兩級鎖相結構，其中，一級鎖相環(huán)又稱(chēng)外同步，是指并聯(lián)系統各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UPS與旁路市電的同步。二級鎖相環(huán)又稱(chēng)內同步，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)現各臺UPS間的同步。兩級鎖相環(huán)都采用了PI調節器，其中，內同步速度較快，精度很高（±10μs以?xún)龋?，它確保了UPS之間的并聯(lián)環(huán)流可達到最小。外同步的PI調節器速度較慢，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、調節器的調節，以下分別介紹各級鎖相環(huán)是如何實(shí)現的。