摘要：文中介绍由TI公司生产的TMS320C240 DSP控制器构成的400kVA UPS电源并联控制方案，分析利用DSP实现UPS电源同步、并联控制的工作原理及实验结果，证明利用该控制器实现对大功率UPS电源的并联控制，具备简单、方便、抗干扰能力强等优点。

随着信息处理技术的不断发展，尤其是计算机的广泛应用和互联网的发展迅猛，信息设备对UPS电源供电系统的容量及技术要求越来越高，其可靠性备受关注，大功率UPS电源并联供电系统得到重视。如何保证UPS电源并联系统在电网恶劣的条件下稳定、可靠运行是UPS电源厂家需要考虑的问题。文中介绍一种基于TT公司生产的TMS320C240DSP控制器构成的400kVA大功率UPS电源的并联控制技术，与电网的同步、并联系统中各台UPS电源间的同步及均流控制成为并联 UPS电源系统控制的关键。UPS电源并联系统中的核心部分是精度很高的锁相环，模拟锁相环是一门成熟的技术，以其独特的优良性能在许多领域得到广泛应用。但随着数字技术的发展，UPS电源的全数字化控制是大势所趋，因此，锁相环也逐渐过渡为数字化，数字DSP控制锁相环相对于模拟锁相环实现起来更方便，同时用软件代替硬件实现，还可以结合系统的其他功能统一设计，节省成本。
　　
　　1大功率UPS电源的并联控制方案
　　
　　并联供电系统中的各台UPS电源要实现并联，需具备以下条件:各台UPS电源需同频、同相、同幅，如何保证并联系统中各台UPS电源间的相位、幅值及频率是并联控制技术的关键。因此并联系统中UPS电源的同步控制技术、负载均流控制技术成为大功率UPS电源并联供电系统可靠运行的关键因素，以下阐述400kVA大功率 UPS电源的并联控制。
　　
　　1.1并联供电系统UPS电源的同步控制
　　
　　(1)UPS电源的锁相控制原理
　　
　　市电电压波形及UPS电源输出电压波形都是正弦波。设UPS电源逆变电压的频率为f，而市电电压的频率为f1，故市电电压波形的瞬时值可表示为:u1=Umisinω1t=Um1sin2πf1t，UPS电源逆变输出电压波形的瞬时值可表示为:u=Umsin(ωt±θ)=Umsin(2πft±θ),其中+θ为UPS电源输出波形超前于市电波形的相位角;-θ为UPS电源输出波形滞后于市电波形的相位角。要实现UPS电源与市电的同步必须要求:f=f1，θ=O，关键在于如何实现2πf1t=πft±θ,只能通过改变使得θ逐步减小，最终 θ=0,f=f1，即当UPS电源输出波形超前于市电波形时，要求该UPS电源输出电压的频率降低，即f=f1-θ/(2πt)；当UPS电源输出波形为滞后于市电波形时，则要求该UPS电源输出电压的频率升高,即f=f1+θ/(2πt)。
　　
　　（2）并联UPS电源系统同步锁相的实现
　　
　　400kVA大功率UPS电源并联系统的同步锁相是采用TMS320C240DSP控制器来实现相关的同步算法。并联系统UPS电源在市电与逆变切换时，若在切换的瞬间，二者的输出波形不一致，会造成供电中断，另一方面也可能会因两台UPS电源之间环流过大而导致UPS电源损坏。为确保UPS电源供电系统在市电与逆变的切换时不存在环流，必须保证市电波形与逆变波形保持相位接近;因此需要一种装置来检测市电的相位变化，并用于控制逆变器输出电压的相位和频率，使逆变器与市电保持同步运行。
　　
　　对于并联供电系统UPS电源的锁相可采用两级锁相结构。其中，一级锁相环又称外同步，是指并联系统各台UPS电源跟踪市电相位和频率并进行相互间的相位同步控制，即实现UPS电源与市电的同步。二级锁相环又称内同步，是指基于各台UPS电源输出电压的频率及相位跟踪和同步控制，实现各台UPS电源间的同步。两级锁相环都采用了PT调节器，其中，内同步速度较快，精度很高(士10μs以内)。外同步的PT调节器速度较慢，确保了旁路和逆变器之间的平滑切换。每级锁相环包括相位误差检测、调节器的调节，以下分别介绍各级锁相环的实现过程。
　　
　　并联系统中的锁相程序如图1所示。

　　外同步:两台UPS电源的输入即市电经比较器电路整形为方波，经过同步母线综合后，将该方波信号送到每台UPS电源的DSP捕获单元CAP1引脚，设置上升沿成下降沿捕获，则在方波信号发生相应跳变时进人捕获1中断读取计数器T2CNT的值作为PI调节器的反馈信号，通过与设定值相比较即可得到相位差，再经PT调节器的运算形成调节量，用于改变T2PR的值，从而使逆变输出跟踪市电基准。
　　
　　内同步:T2CNT计数器作为UPS电源正弦输出的相位和频率基准，为保证所有UPS电源之间同步，所有UPS电源都利用T2CNT发生一个方波，方波经同步母线综合后，送到所有UPS电源的CAP2端口，在方波信号发生相应跳变时迸人捕获2中断中对T2CNT清零，保证内同步的给定是同步的。在正弦中点时对应的中断中读取T2CNT值作为反馈量，与T2PR/2相比较，再经PI调节器运算后得到的调节量用于改变TIPR的值，使逆变输出正弦波和T2计数器同步，从而使各UPS电源的逆变输出保持同步。

锁相的软件算法如图2所示。

　　1.2并联系统各UPS电源的幅值控制
　　
　　为确保并联系统各UPS电源的输出电压幅值一致，有两种措施可以实现:
　　
　　(1)提高各台UPS电源输出电压的精度，在本系统设计中采用TMS320C240作为逆变器的闭环控制，系统AD采样定标值按270V/1024来进行标定，理论上可以保证输出电压精度控制在0.26V，这样可
　　
　　以保证各台UPS电源输出电压的偏差尽量小；
　　
　　（2）通过平均正弦控制技术来进一步减少各台UPS电源的电压幅值偏差。
　　
　　1.3并联系统UPS电源的负载均流控制
　　
　　上面阐述的同步控制是并联系统中各台UPS电源的频率、相位的控制，对于UPS电源的并联控制单靠上述的控制策略并不能满足并联系统UPS电源的可靠运行。对于并联系统UPS电源间的环流控制也是UPS电源并联控制不可缺少的东西。在400kVA大功率UPS电源的并联系统中，因其系统功率大、干扰大、器件数量多，如何保证并联系统中UPS电源的负载均流成为控制的关键。笔者在三台400kVAUPS电源并联系统中加入电流误差控制技术使得并联系统中的UPS电源实现很好的负载均流，通过试验验证400kVAUPS电源的并联环流可以有效控制在3A以下，为更大功率UPS电源多机并联的可靠运行提供有力的保证。
　　
　　2实验结果
　　
　　2.1UPS电源与市电网的同步锁相测试
　　
　　图3是UPS电源在市电状态下，UPS电源逆变输出波形与市电波形的同步锁相，通过DSP的控制可以保证锁相精度在10ms。

　　2.2UPS电源与发电机的同步锁相测试
　　
　　图4是UPS电源在发电机供电情况下，逆变输出与发电机波形的同步锁相情况，它表明采用上述同步控制算法，可以很好地保证UPS电源与发电机的匹配。

2.3并联系统各台UPS电源的发在均流测试
　　
　　对于两台400kVAUPS电源并联实验数据如下：表1所示数据是并联系统中的测试数据。

　　
　　　　
　　对于三台满载工作条件下400kVAUPS电源并联系统实验数据如表2所示。

　　从上述实验数据分析对于双机并联或三机并联系统来说，在系统输出满载的情况下负载的不均流度都可以控制在2%以下。图5、图6分别是双机、三机并联系统的环流波形，实验表明对于双机或三机并联系统UPS电源间的环流可以控制在3A以下。

　　2.4并联系统各台UPS电源输出电压的测试
　　
　　通过上述并联系统的同步控制、幅值控制后，并联系统中的各台UPS电源的输出电压及相位的偏差足够小，这样为并联系统的输出负载均流及相互间的环流抑制提供了有利的前提条件。三台400kVAUPS电源并机前输出电压数据和各输出电压差，如表3、4所示。输出电压波形如图7所示。

　　3结束语
　　
　　通过DSP实现的两级锁相可以很好地解决并联系统UPS电源与市电、各台UPS电源之间同步控制的问题。通过大量的实验这个名这种锁相控制方法可以达到较好的同步精度，无论市电如何变化，异常到正常、正常到异常以及频率在额定范围内突变等各种情况下，各UPS电源逆变输出波形间的相差小于10μs,为400kVA 并联系统UPS电源间较好地实现均流做好了充分的准备，通过电流误差控制可以有效地控制三台400kVAUPS电源环流，在三台400kVA并机系统中通过各种输入条件、输出发在条件的变化测试，并机系统的动态指标、均流指标、同步指标等性能均满足要求，为更大功率UPS电源的多级并联可靠运行提供了有力的保障。