基于dsp的应急电源控制系统及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于DSP的应急电源控制系统及控制方法，以解决现有应急电源模拟控制系统设计受限、抗干扰性差、精度低、可靠性差的问题。本系统包括控制单元、操作面板、采样电路、通断器和EPS主控单元，控制单元采用数字控制，操作面板、采样电路均与控制单元的输入连接，控制单元的输出分别连接通断器、充电PWM输出口和逆变PWM输出口，充电PWM输出口和逆变PWM输出口均与驱动电路连接，驱动电路与EPS主控单元连接。
【专利说明】基于DSP的应急电源控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种基于DSP的应急电源控制系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]应急电源(即EPS)主要应用于建筑物应急照明、事故照明和消防设施中，应急电源系统主要包括输入单元、输出单元、充电模块、电池组、逆变器、监控器、输出切换装置等，其原理为:在市电正常时，由市电经过输出切换装置给重要负荷供电，同时充电器为蓄电池进行充电或浮充；当市电断电后或电压超出供电范围，控制器启动逆变器，同时输出切换装置将市电供电状态立即切换到逆变器供电，为负荷设备提供应急供电；当市电恢复时，应急电源将恢复为市电供电。
[0003]目前，现有应急电源控制系统一般采用模拟控制系统控制，模拟控制系统往往存在以下不足之处:1.系统开发设计受限；2.模拟控制系统电路由于会产生偏差、漂移等现象造成误差，因此抗干扰性差、精度低；3.系统性能主要依赖于元器件的特性，可靠性差。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种基于DSP的应急电源控制系统及控制方法，以解决现有应急电源模拟控制系统设计受限、抗干扰性差、精度低、可靠性差的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
基于DSP的应急电源控制系统，包括控制单元、操作面板、采样电路、通断器和EPS主控单元，控制单元采用数字控制，操作面板、采样电路均与控制单元的输入连接，控制单元的输出分别连接通断器、充电PWM输出口和逆变PWM输出口，充电PWM输出口和逆变PWM输出口均与驱动电路连接，驱动电路与EPS主控单元连接。
[0006]相比于现有的模拟控制系统，本发明采用数字控制系统，具有如下优势:
(I)系统设计、开发的自由度大。采用同一硬件可根据需要改变控制方法，能按需改变设计方案并提高产品性能，对同类系统可统一硬件，通过改变软件实现硬件的通用化。
[0007](2)提高了系统的控制性能，不会产生由偏差、漂移等造成的误差。补偿器、滤波器等设计不会像模拟电路那样受元器件的限制，可靠性高，无老化现象，能获得理想的特性。
[0008](3)运用现代控制理论可实现高级控制算法，具备高抗扰性、高精度、高速响应等特点。
[0009]进一步，所述的单片机采用16位定点运算单片机。
[0010]进一步，所述的操作面板上设有消防信号操作端、允许开机操作端、强迫逆变操作端和停止操作端。
[0011]进一步，所述的采样电路包括直流充电电流的采样、电池电压的采样、三相市电电压的米样和逆变输出电压的米样。
[0012]进一步，所述的通断器包括连接在控制单元与市电主电路之间的接触器和连接在控制单元与逆变PWM输出口之间的继电器。
[0013]进一步，所述控制单元上还连接有故障保护电路。
[0014]实现上述基于DSP的应急电源控制系统的控制方法，包括以下主循环程序:
a.启动程序；
b.系统初始化；
c.检测市电电压；
d.根据市电电压设置电源工作状态，状态O为待机状态，允许PWM中断，禁止比较输出，断开接触器和继电器；状态I为充电状态，允许PWM中断，使能比较输出，充电PWM输出有效，吸合继电器；状态2为逆变状态，允许PWM中断，使能比较输出，启动逆变控制子程序，逆变PWM输出有效，吸合继电器；
e.接受按键，包括开机指令、消防请求、强迫逆变请求和停止请求；
f.按时计算电池剩余电量，每秒计算一次，以一秒的平均电流乘以I/ 3600得按时数，充电的时候累加，逆变的时候递减，同时根据电池端电压加以补偿；
g.传输数据，数据传输每20ms执行一次，每次传输14包数据，每包数据3字节。
[0015]主循环程序检测市电电压，置电源为相应的工作状态，同时在主循环中接收按键，包括开机指令、消防请求、强迫逆变请求等，按时计算电池剩余电量，通过最简单有效的积分方法实现，即每秒计算一次，以一秒的平均电流乘以I / 3600即得安时数，充电的时候累力口，逆变的时候减，同时根据电池端电压加以补偿。数据传输程序设计每20ms执行一次，每次传输14包数据，每包数据3字节，格式由通讯协议规定。
[0016]进一步，在上述步骤d中，逆变控制子程序步骤如下:
a.启动逆变控制子程序；
b.判断给定电压是否达到额定值，若是，则重置给定电压使其等于额定值，若否则增加电压给定值等于额定值；
c.判断输出电流有效值是否大于额定电流，若是，则使电流输出等于输出电流有效值减去额定电流值再乘以放大增益，若否则使电流嵌位输出为O ;
d.设定给定电压减去输出电压有效值再减去电流嵌位输出等于误差值；
e.调PID算法；
f.限幅处理；
g.PID算法的输出乘以正弦值再加七百五十；
h.填占空比；
1.判断OFFSET加I是否等于二百，若是则置OFFSET为O之后返回主循环程序，若否则直接返回主循环程序。
[0017]逆变控制子程序是系统的核心，目的是有效控制输出电压，本发明中的输出电压控制方法采用有效值反馈法，通过数字PID算法进行调节。逆变过程刚启动时，输出电压采样值为零，如果这时给定值设为额定值的话，导致两者之差太大，通过PID算法得到的占空比很大，可能会损坏功率管，因此本发明采用软启动的方式，给定电压从零逐渐增加，慢慢达到额定值，然后负载开始由EPS供电。
【专利附图】
【附图说明】图1是本发明基于DSP的应急电源控制系统实施例的系统框图；
图2是本发明基于DSP的应急电源控制系统控制方法的主循环程序程序流程图；图3是本发明基于DSP的应急电源控制系统控制方法的逆变控制子程序流程图。
【权利要求】
1.基于DSP的应急电源控制系统，其特征在于，包括控制单元、操作面板、采样电路、通断器和EPS主控单元，控制单元采用数字控制，操作面板、采样电路均与控制单元的输入连接，控制单元的输出分别连接通断器、充电PWM输出口和逆变PWM输出口，充电PWM输出口和逆变PWM输出口均与驱动电路连接，驱动电路与EPS主控单元连接。
2.根据权利要求1所述的基于DSP的应急电源控制系统，其特征在于，所述的单片机采用16位定点运算单片机。
3.根据权利要求1所述的基于DSP的应急电源控制系统，其特征在于，所述的操作面板上设有消防信号操作端、允许开机操作端、强迫逆变操作端和停止操作端。
4.根据权利要求1所述的基于DSP的应急电源控制系统，其特征在于，所述的采样电路包括直流充电电流的米样、电池电压的米样、三相市电电压的米样和逆变输出电压的米样。
5.根据权利要求1所述的基于DSP的应急电源控制系统，其特征在于，所述的通断器包括连接在控制单元与市电主电路之间的接触器和连接在控制单元与逆变PWM输出口之间的继电器。
6.根据权利要求1所述的基于DSP的应急电源控制系统，其特征在于，所述控制单元上还连接有故障保护电路。
7.实现权利要 求1所述基于DSP的应急电源控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下主循环程序: a.启动程序； b.系统初始化； c.检测市电电压； d.根据市电电压设置电源工作状态，状态O为待机状态，允许PWM中断，禁止比较输出，断开接触器和继电器；状态I为充电状态，允许PWM中断，使能比较输出，充电PWM输出有效，吸合继电器；状态2为逆变状态，允许PWM中断，使能比较输出，启动逆变控制子程序，逆变PWM输出有效，吸合继电器； e.接受按键，包括开机指令、消防请求、强迫逆变请求和停止请求； f.按时计算电池剩余电量，每秒计算一次，以一秒的平均电流乘以I/ 3600得按时数，充电的时候累加，逆变的时候递减，同时根据电池端电压加以补偿； g.传输数据，数据传输每20ms执行一次，每次传输14包数据，每包数据3字节。
8.根据权利要求7所述基于DSP的应急电源控制系统的控制方法，其特征在于，在步骤d中，逆变控制子程序步骤如下: a.启动逆变控制子程序； b.判断给定电压是否达到额定值，若是，则重置给定电压使其等于额定值，若否则增加电压给定值等于额定值； c.判断输出电流有效值是否大于额定电流，若是，则使电流嵌位输出等于输出电流有效值减去额定电流值再乘以嵌位增益，若否则使电流嵌位输出为O ; d.设定给定电压减去输出电压有效值再减去电流嵌位输出等于误差值； e.调用PID算法； f.限幅处理； g.PID算法的输出乘以正弦值再加七百五十；h.填占空比；i.判断OFFSET加I是否等于二百，若是则置OFFSET为O之后返回主循环程序，若否则直接返回主循 环程序。
【文档编号】H02J9/04GK103997116SQ201410054538
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】康林祥, 张雪林, 周凯, 李安洪 申请人:重庆荣凯川仪仪表有限公司