一种数字锁相方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于电源变换技术领域，提出了一种数字锁相方法及装置，包括获得PWM基准波的周期初值T0，计数值初值m0，启动PWM模块；获得交流电压采样值；根据交流电压采样值，得到采样相位角θ的正弦值sinθ和采样相位角的余弦值cosθ；读取PWM基准波的计数值m；根据PWM基准波的计数值m得到基准波相位角θ'，根据θ'、sinθ和cosθ，采用PI调节算法更新θ'的值；根据θ'的值，更新PWM基准波的周期T

A digital phase locked method and device

【技术实现步骤摘要】
一种数字锁相方法及装置
本专利技术属于电源变换
，涉及一种数字锁相方法及装置。
技术介绍
UPS，即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件、稳压稳频输出的电源保护设备。主要用于单台计算机、计算机网络系统或其他电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断时，UPS立即将机内电池的电能，通过逆变器转换为220V交流电，以使负载维持正常工作，并保护负载软硬件不受损坏。UPS电源系统由五部分组成：主路、旁路、电池等电源输入电路，进行AC/DC变换的整流器(REC)，进行DC/AC变换的逆变器(INV)，逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。逆变器在进行工作时，需要跟踪旁路电压的相位，实现旁路锁相。目前，逆变器的锁相控制跟踪效果差，导致逆变器输出电压波形差。
技术实现思路
本专利技术提出一种数字锁相方法及装置，解决了现有技术中逆变器的锁相控制跟踪效果差的问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种数字锁相方法，包括S0：获得PWM基准波的周期初值T0，计数值初值m0，启动PWM模块；S1：获得交流电压采样值；S2：根据所述交流电压采样值，得到采样相位角θ的正弦值sinθ和采样相位角θ的余弦值cosθ；S3：读取PWM基准波的计数值m；S4：根据PWM基准波的计数值m得到基准波相位角θ'，根据基准波相位角θ'、采样相位角θ的正弦值sinθ和采样相位角的余弦值cosθ，采用PI调节算法更新θ'的值，使基准波相位角θ'与采样相位角θ相等；S5：根据基准波相位角θ'的值，更新PWM基准波的周期Tk+1，用于使PWM基准波的计数值m跟随θ'的变化；S6：向PWM模块发送所述PWM基准波的周期Tk+1，用于使PWM基准波的过零点与交流电压过零点一致；S7：循环执行步骤S1～S6。进一步，步骤S2包括S21：对交流电压采样值进行αβ坐标变换，得到Vα、VβVα＝2/3Va-1/3Vb-1/3Vc其中，Va，Vb，Vc分别为三相交流电压的采样值；S22：根据Vα、Vβ，得到VmS23：根据Vm、Vα和Vβ得到sinθ和cosθsinθ＝Vα/Vmcosθ＝Vβ/Vm进一步，步骤S4包括S41：根据sinθ、cosθ和θ'得到sinΔθsinΔθ＝sin(θ-θ')＝sinθcosθ'-cosθsinθ'；S42：根据sinΔθ得到ΔθΔθ＝sinΔθ；S43：根据Δθ更新θ'θ'＝KpΔθ+Ki∫Δθdt。其中，Kp和Ki均为常系数，通过实验调节得到。进一步，步骤S5包括S51：获得当前时刻的基准波相位角θ'1和θ'1对应的PWM基准波计数值m1、前一时刻的基准波相位角θ'2和θ'2对应的PWM基准波计数值m2、以及当前PWM基准波的周期值Tk；S52：判断θ'1和θ'2是否满足第一预设条件，如果满足第一预设条件，则计算基准波相位角为0°时对应的基准波的计数值P0，所述第一预设条件为θ'1<90°且θ'2>270°，P0的计算公式为P0＝(m1-m2)/(θ'1+360°-θ'2)*(360°-θ'2)+m2其中，如果m1<m2，则m1＝m1+Tk；S53：判断θ'1和θ'2是否满足第二预设条件，如果满足第二预设条件，则计算基准波相位角为180°时对应的基准波的计数值P180，并根据P0和P180的值，更新PWM基准波的周期Tk+1，所述第二预设条件为θ'1>180°且θ'2<180°，P180的计算公式为：P180＝(m1-m2)/(θ'1–θ'2)*(180°-θ'2)+m2，根据P0和P180的值，更新PWM基准波的周期Tk+1，具体为：如果P180<P0，则PWM基准波的周期值Tk+1＝P180+(P180–P0+Tk)；如果P180>＝P0，则PWM基准波的周期值Tk+1＝P180+(P180–P0)。一种数字锁相装置，包括第一获得单元，用于获取PWM模块的周期初值T0，计数值初值m0；第二获得单元，用于获取交流电压采样值；第一计算单元，用于根据所述交流电压采样值，得到采样相位角θ的正弦值sinθ和采样相位角的余弦值cosθ；第三获得单元，用于获取PWM基准波的计数值m；第二计算单元，用于根据PWM基准波的计数值m得到基准波相位角θ'、并根据基准波相位角θ'、采样相位角θ的正弦值sinθ和采样相位角的余弦值cosθ更新基准波相位角θ'的值；第三计算单元，用于根据基准波相位角θ'的值，更新PWM基准波的周期Tk+1；第一发送单元，用于向PWM模块发送所述PWM基准波的周期Tk+1。进一步，还包括第四计算单元，用于对交流电压采样值进行αβ坐标变换，得到Vα、Vβ；第五计算单元，用于根据Vα、Vβ，得到Vm；第六计算单元，用于根据Vm、Vα和Vβ得到sinθ和cosθ。进一步，还包括第七计算单元，用于根据sinθ、cosθ和θ'得到sinΔθ；第八计算单元，用于根据sinΔθ得到Δθ；第九计算单元，用于根据Δθ更新θ'。进一步，还包括第四获得单元，用于获取当前时刻的基准波相位角θ'1和θ'1对应的PWM基准波计数值m1、前一时刻的基准波相位角θ'2和θ'2对应的PWM基准波计数值m2、以及当前PWM基准波的周期值Tk；第一判断单元，用于判断θ'1和θ'2是否满足第一预设条件，如果满足第一预设条件，则计算基准波相位角为0°时对应的基准波的计数值P0；第二判断单元，用于判断θ'1和θ'2是否满足第二预设条件，如果满足第二预设条件，则计算基准波相位角为180°时对应的基准波的计数值P180，并根据P0和P180的值，更新PWM基准波的周期Tk+1。一种数字锁相装置，包括存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序实现如权利要求1-4任一项所述的数字锁相方法的步骤。本专利技术的工作原理为：本专利技术通过对三相交流电压Va，Vb，Vc的采样、分析和计算，输出一路PWM基准波跟踪交流电压Va的相位，实现对三相交流电压的锁相。PWM基准波的计数值从0递增到周期T时，交流电压Va的相位从0°递增到360°，同时，为保证PWM基准波对交流电压Va的实时跟踪，本专利技术实时采样三相交流电压Va，Vb，Vc，并对PWM基准波的周期T进行实时修正。控制器可以以PWM基准波为基准信号，控制逆变电路的输出，使逆变电路的输出电压跟踪三相交流电压。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术提出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字锁相方法，应用于一控制器，其特征在于，所述控制器与逆变电路连接，所述控制器包括PWM模块，所述PWM模块用于发出PWM基准波，包括/nS0：获得PWM基准波的周期初值T0，计数值初值m0，启动PWM模块；/nS1：获得交流电压采样值；/nS2：根据所述交流电压采样值，得到采样相位角θ的正弦值sinθ和采样相位角θ的余弦值cosθ；/nS3：获得PWM基准波的计数值m；/nS4：根据PWM基准波的计数值m得到基准波相位角θ'，根据基准波相位角θ'、采样相位角θ的正弦值sinθ和采样相位角的余弦值cosθ，采用PI调节算法更新θ'的值，使基准波相位角θ'与采样相位角θ相等；/nS5：根据基准波相位角θ'的值，更新PWM基准波的周期T

【技术特征摘要】
1.一种数字锁相方法，应用于一控制器，其特征在于，所述控制器与逆变电路连接，所述控制器包括PWM模块，所述PWM模块用于发出PWM基准波，包括
S0：获得PWM基准波的周期初值T0，计数值初值m0，启动PWM模块；
S1：获得交流电压采样值；
S2：根据所述交流电压采样值，得到采样相位角θ的正弦值sinθ和采样相位角θ的余弦值cosθ；
S3：获得PWM基准波的计数值m；
S4：根据PWM基准波的计数值m得到基准波相位角θ'，根据基准波相位角θ'、采样相位角θ的正弦值sinθ和采样相位角的余弦值cosθ，采用PI调节算法更新θ'的值，使基准波相位角θ'与采样相位角θ相等；
S5：根据基准波相位角θ'的值，更新PWM基准波的周期Tk+1，用于使PWM基准波的计数值m跟随θ'的变化；
S6：向PWM模块发送所述PWM基准波的周期Tk+1，用于使PWM基准波的过零点与交流电压过零点一致；
S7：循环执行步骤S1～S6。


2.根据权利要求1所述的一种数字锁相方法，其特征在于，步骤S2包括
S21：对交流电压采样值进行αβ坐标变换，得到Vα、Vβ
Vα＝2/3Va-1/3Vb-1/3Vc



其中，Va，Vb，Vc分别为三相交流电压的采样值；
S22：根据Vα、Vβ，得到Vm



S23：根据Vm、Vα和Vβ得到sinθ和cosθ
sinθ＝Vα/Vm
cosθ＝Vβ/Vm


3.根据权利要求1所述的一种数字锁相方法，其特征在于，步骤S4包括
S41：根据sinθ、cosθ和θ'得到sinΔθ
sinΔθ＝sin(θ-θ')＝sinθcosθ'-cosθsinθ'；
S42：根据sinΔθ得到Δθ
Δθ＝sinΔθ；
S43：根据Δθ更新θ'
θ'＝KpΔθ+Ki∫Δθdt
其中，Kp和Ki均为常系数，通过实验调节得到。


4.根据权利要求1所述的一种数字锁相方法，其特征在于，步骤S5包括
S51：获得当前时刻的基准波相位角θ'1和θ'1对应的PWM基准波计数值m1、前一时刻的基准波相位角θ'2和θ'2对应的PWM基准波计数值m2、以及当前PWM基准波的周期值Tk；
S52：判断θ'1和θ'2是否满足第一预设条件，如果满足第一预设条件，则计算基准波相位角为0°时对应的基准波的计数值P0，
所述第一预设条件为θ'1<90°且θ'2>270°，P0的计算公式为
P0＝(m1-m2)/(θ'1+360°-θ'2)*(360°-θ'2)+m2
其中，如果m1<m2，则m1＝m1+Tk；
S53：判断θ'1和θ'2是否满足第二预设条件，如果满足第二预设条件，则计算基准波相位角为180°时对应的基准波的计数值P180，并根据P0和P180的值，更新PWM基准波的周期Tk+1，

【专利技术属性】
技术研发人员：马凯，薛人荣，刘亚峰，
申请(专利权)人：先控捷联电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13