一种不间断电源的并联同步锁相方法 【技术领域】
本发明涉及交流逆变电源领域，尤其涉及不间断电源的一种同步锁相方法。
背景技术
不间断电源(以下简称UPS)因为功率扩容或者可靠性的要求，经常需要并联使用。为保证并联使用的UPS的安全，要求参与并联每台UPS的输出同幅同相，特别是相位，因为很小的相位误差都可以引起很大的环流，从而引发严重的后果。并联的UPS在使用时都必然面临各UPS输出同步锁相的问题。在模拟控制领域，经常采用并联线将给定平均后送给并联各UPS的做法，但是在数字领域因为参考波形在控制芯片中以数据形式存在，无法采用这种方法。而且数字控制中锁相部分也经常是由软件内部完成调节的，没有硬件上的锁相环电路输出。这样就没有办法象模拟电路一样将一个共同的参考波形送给所有UPS。现在通常的解决办法是：1、用增加并联控制板地方法统一所有UPS的调节；2、或者设定一台工作主机另外的UPS跟随主机。上述这两种方法虽然能够解决并联同步锁相当问题，但是这两种方法也都增加了系统的单点故障的风险，即在并联控制板或者设定为主机的UPS发生故障的时候，会导致整个系统的崩溃。
【发明内容】
本发明就是为了解决上述现有技术中系统的单点故障风险高的问题，提出一种可以避免系统单点故障风险，提高系统可靠性的不间断电源的并联同步锁相方法。
本发明的核心思想是：同步信号是由各台UPS中通过总线竞争自动获得总线控制权的UPS发出的，当发出同步信号的UPS故障或者退出时，总线控制权(发送同步信号)会由剩下的UPS自动竞争获取，这样既保证了统一的锁相调节方向，但是又不完全依赖于认定的某一台主机。
一种不间断电源的并联同步锁相方法，包括下列步骤：
(1)并联在总线上的各UPS根据同步信号，进行同步并联锁相；
(2)总线计时器启动，当捕获到同步信号的上升沿或者下降沿时，总线计时器清零；
(3)判断总线计时器是否超时，如果未超时则继续执行步骤(1)；
(4)如果总线计时器超时，则设置总线竞争标志位，并联在总线上的所有UPS禁止发送同步信号，禁止捕获中断；
(5)总线上的所有并联UPS同时竞争总线控制权，直至某台UPS取得总线控制权，占据总线，竞争结束；
(6)取消总线竞争标志位，取得总线控制权的UPS开始向总线上发送同步信号；
(7)其它UPS激活捕获中断，重新开始执行步骤(1)。
上述并联UPS竞争总线控制权的过程包括如下步骤：
(1)各台并联UPS实时监测总线状态；
(2)各UPS判断监测到的总线的电平与本机同步信号发送端电平是否一致；
(3)如果不一致则使本机退出总线竞争状态后结束；
(4)否则判断是否到达本机等待时间，如果未到达本机等待时间，则重新执行步骤(2)；
(5)如果到达了本机等待时间，则本机发出电平信号，占据总线；
(6)维持占据总线一段时间，使其它UPS推出总线竞争；
(7)总线竞争结束。
上述技术方案中，同步信号的监测周期远小于同步信号周期。
本发明提出的方法不需要外加控制板，也不需要预设主机，通过各并联UPS自动竞争取得总线控制权的方法，有效地解决了现有技术中存在的单点故障风险高的问题，能够在完成并联同步锁相的同时有效避免系统的单点故障风险。本发明提出的方法简单实用，整个过程无须用户干预，只需进行简单的软件升级即可完成，有效地提高了系统的可靠性。
【附图说明】
图1是本发明提出的方法流程中总线计时器与总线电平信号的时序关系的简要示意图。
图2是本发明提出的方法的总流程图。
图3是本发明提出方法中进行总线竞争的详细流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说。
图1是本发明提出的方法流程中总线计时器与总线电平信号的时序关系的简要示意图。如图1所示，总线计时器在同步信号的间隙中进行累加计时，当捕获同步信号的下降沿时，计时器清零，重新计时。当总线上的同步信号消失，总线空闲达到一定时间使得总线计时器超时时，设立总线竞争标志，进入总线竞争状态；当某台UPS的等待时间到达后，向总线上发送低电平取得了总线的控制权，当维持时间到达后，取得控制权的UPS开始向总线上发送周期性的同步信号。
图2是本发明提出的方法的总流程图。如图2所示，本发明提出的并联同步锁相方法包括下列步骤：1、并联在总线上的各UPS根据同步信号，进行同步并联锁相。这里所述的总线是一根并联信号线，任何一台UPS的同步信号可以由这条线发送到所有的并联UPS，称这条线为同步总线。在本发明的一个实施例中，同步总线空闲时为高电平，任何一台UPS的同步信号发送端发出低电平信号总线就会变低，被占用。这是系统处于正常状态时的情况：对并联的各台UPS在锁相调节和运行过程中用一个同步信号来协调各台UPS的输出，并联在总线上的一台UPS发向总线发送同步信号，在同步信号的上升沿(或者下降沿)并联UPS同时更新自己的参考正弦，这样可以保证每台UPS的输出有较好的相位同步。对于每次的同步信号的周期，计算相应的逆变参正弦表的查表步长。系统自动捕捉逆变过零点和同步信号过零点之间的差值，并根据这个差值对同步信号和旁路信号之间的相位差加以调整，从而保证逆变输出和旁路之间的同相位。关于同步信号和旁路信号之间的锁相方法目前已经有许多公开的成熟方法，具体的方法可以根据需要任意选用，参考文献见：“在线式UPS软件锁相”(李艳玲等，《电源技术应用》，2001年第10期)。2、总线计时器启动，当捕获到同步信号的上升沿或者下降沿时，总线计时器清零。3、判断总线计时器是否超时，如果未超时则继续执行步骤1。4、如果总线计时器超时，则设置总线竞争标志位，并联在总线上的所有UPS禁止发送同步信号，禁止捕获中断。总线计时器是在开关周期中断中累加，并在同步信号的捕获中断中清零的。在本发明的一个实施例中，如果总线计时器超过三个工频周期的开关计数，说明同步总线上已经有三个工频周期没有同步信号，这时候认为总线没有被任何一台UPS获取，或者是原来占有总线的UPS故障退出导致总线空闲，则设置总线竞争标志位，进入总线竞争状态，此时同步信号禁止发送，捕获中断也被禁止。5、总线上的所有并联UPS同时竞争总线控制权，直至某台UPS取得总线控制权，占据总线，竞争结束。总线竞争的具体过程将在下面的图3中进行详细描述。6、取消总线竞争标志位。7、取得总线控制权的UPS开始向总线上发送同步信号，其它UPS激活捕获中断，重新开始执行步骤1。
图3是本发明提出方法中进行总线竞争的详细流程图。这里的同步总线竞争是并联的UPS通过一段设定的程序之后可以自动选中其中一台UPS发送同步信号，这台UPS通过竞争获取了总线控制权，而跟随的UPS在竞争的过程当中自动退出。如图3所示，并联UPS竞争总线控制权的过程包括如下步骤：1、各台并联UPS实时监测总线状态，也就是监测同步总线的电平。在本发明的一个实施例中，同步总线空闲时为高电平。2、各UPS判断监测到的总线的电平与本机同步信号发送端电平是否一致。假设同步总线空闲时为高电平，则UPS不占据总线时的同步信号发送端电平应为高电平，在占据总线时，其同步信号发送端电平就应为低电平。如果一致，说明同步总线仍然空闲，如果不一致，则说明，有更高优先级的UPS已经获取了总线，本机应该退出竞争状态。因此：3、如果不一致则使本机退出总线竞争状态后结束。如果不一致，将本机等待时间计数器清零，禁止本机同步信号发送，准备跟随同步总线信号。4、否则判断是否到达本机等待时间，如果未到达本机等待时间，则重新执行步骤2。这里的本机等待时间，是指从进入总线竞争状态开始，到本机获取总线为止的时间。这个时间可以由各UPS的标志码决定，等待时间的长度与标志码的数值大小成比例。例如在本发明的一个实施例中，设定一号机的等待时间为250us，设定二号机的等待时间为500us，依次类推。相应地，设定一号机的标志码为100，二号机的标志码为200。这样，就可以使同步信号先由地址标志码最小的UPS发出了。5、如果到达了本机等待时间，则本机发出电平信号，占据总线。实施例中，总线空闲时为高电平，则该UPS同步信号发送端发出低电平占据总线即可。如果总线空闲电平为低电平，则UPS同步信号发送端发出高电平占据总线。7、维持占据总线一段时间，使其它UPS推出总线竞争。这是必须的过程，因为该UPS占用总线后，必须要使得其它的并联的UPS得知该总线控制权已经被获取，从而自动退出总线竞争状态，进入跟随状态，需要一定的时间，在本实施例中占据总线的维持时间为2.5ms。8、总线竞争结束。
由图2和图3所述的并联同步锁相方法流程可见，如果取得控制权的这台UPS发生故障，同步总线的空闲会引发新一轮的总线竞争，并自动从当前正常运行的UPS中选出当前优先级最高的UPS发送同步信号，而不会因单台UPS的故障导致系统供电的中断。