本發(fā)明涉及鎖相，特別是涉及一種硬件鎖相方法及裝置。

背景技術：

1、現(xiàn)有技術中，鎖相環(huán)(pll)是一種廣泛使用的頻率和相位檢測技術。鎖相環(huán)可分為軟件鎖相(軟鎖相)和硬件鎖相(硬鎖相)兩種。硬鎖相通過檢測系統(tǒng)電壓的兩個相鄰過零點的計數(shù)時長來計算系統(tǒng)電壓頻率，進而得到單個相位的步長，并以此為基礎進行相位檢測。然而，現(xiàn)有硬件鎖相技術在電壓發(fā)生深度跌落或諧波干擾時，由于硬件同步上的濾波會導致過零點偏移，從而影響到頻率和相位的正確檢測。這種偏移會導致參考電流異常，進而影響輸出電流的質量和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出一種硬件鎖相方法及裝置，能夠解決傳統(tǒng)硬鎖相在系統(tǒng)電壓因深度跌落或諧波導致過零點發(fā)生偏移時相位和頻率檢測異常的問題。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種硬件鎖相方法，具體包括如下：

3、設置具有多種狀態(tài)的狀態(tài)機；

4、對不同狀態(tài)下的狀態(tài)機分別進行操作，得到m個頻率計數(shù)值，并根據(jù)所述m個頻率計數(shù)值以獲得系統(tǒng)頻率和采樣中斷定時，m≥4；以及

5、基于所述系統(tǒng)頻率，計算頻率計數(shù)的最大值和最小值，以用于下一次頻率計數(shù)值有效范圍的判斷。

6、進一步的，所述設置具有多種狀態(tài)的狀態(tài)機，具體包括：在fpga中設置一個狀態(tài)機，所述狀態(tài)機具有至少五種狀態(tài)，所述至少五種狀態(tài)包括空閑狀態(tài)、第一狀態(tài)、第二狀態(tài)、第三狀態(tài)和第四狀態(tài)。

7、進一步的，所述對不同狀態(tài)下的狀態(tài)機分別進行操作，得到m個頻率計數(shù)值，并根據(jù)所述m個頻率計數(shù)值以獲得系統(tǒng)頻率和采樣中斷定時，m≥4，具體包括：所述狀態(tài)機為空閑狀態(tài)下，檢測系統(tǒng)電壓的正向過零點；若檢測到過零點，則將當前的過零計時數(shù)值cnt賦值給moncnt值，其中，moncnt值為兩次過零點之間的頻率計數(shù)值，并清零過零計時數(shù)值cnt，所述狀態(tài)機的狀態(tài)進入所述第一狀態(tài)。

8、進一步的，所述對不同狀態(tài)下的狀態(tài)機分別進行操作，得到m個頻率計數(shù)值，并根據(jù)所述m個頻率計數(shù)值以獲得系統(tǒng)頻率和采樣中斷定時，m≥4，還包括：所述狀態(tài)機為所述第一狀態(tài)下，判斷當前的moncnt值是否在前一頻率計數(shù)值得到的最大值和最小值范圍內，若是，則存儲所述當前的moncnt值和前三個頻率計數(shù)值，即為四個有效頻率計數(shù)值，所述狀態(tài)機的狀態(tài)進入所述第二狀態(tài)。

9、進一步的，所述對不同狀態(tài)下的狀態(tài)機分別進行操作，得到m個頻率計數(shù)值，并根據(jù)所述m個頻率計數(shù)值以獲得系統(tǒng)頻率和采樣中斷定時，m≥4，還包括：所述狀態(tài)機為所述第一狀態(tài)下，判斷當前的moncnt值是否在前一頻率計數(shù)值得到的最大值和最小值范圍內，若否，則舍棄所述當前的moncnt值，且所述狀態(tài)機的狀態(tài)進入所述第四狀態(tài)。

10、進一步的，所述狀態(tài)機為所述第二狀態(tài)下，將存儲的所述四個有效頻率計數(shù)值相加，得到頻率值，同時所述狀態(tài)機的狀態(tài)進入所述第三狀態(tài)。

11、進一步的，所述狀態(tài)機為所述第三狀態(tài)下，基于所述頻率值計算兩個過零點之間的計數(shù)平均值moncnt_aver，根據(jù)所述計數(shù)平均moncnt_aver計算系統(tǒng)頻率和采樣中斷定時，同時所述狀態(tài)機的狀態(tài)進入所述第四狀態(tài)。

12、進一步的，所述基于所述系統(tǒng)頻率，計算頻率計數(shù)的最大值和最小值，以用于下一次頻率計數(shù)值有效范圍的判斷，具體包括：所述狀態(tài)機為所述第四狀態(tài)下，計算當前頻率計數(shù)值的最大值和最小值，用于下一次頻率計數(shù)值有效范圍的判斷，然后所述狀態(tài)機返回所述空閑狀態(tài)，等待下一次系統(tǒng)電壓的下一次正向過零。

13、進一步的，在所述設置具有多種狀態(tài)的狀態(tài)機后，在所述對不同狀態(tài)下的狀態(tài)機分別進行操作之前，包括：每次進入檢測先將過零計時變量cnt加1，用于檢測兩次過零點之間的計數(shù)并以此計算所述系統(tǒng)頻率。

14、此外，本發(fā)明還提出一種硬件鎖相裝置，用于實現(xiàn)如上述所述的硬件鎖相方法，包括：fpga，電壓檢測模塊和頻率計算模塊；所述fpga用于實現(xiàn)狀態(tài)機及所述狀態(tài)機的狀態(tài)轉換；所述電壓檢測模塊用于檢測系統(tǒng)電壓的正向過零點；所述頻率計算模塊用于根據(jù)計數(shù)平均值moncnt_aver計算系統(tǒng)頻率和采樣中斷定時。

15、進一步的，還包括異常值舍棄模塊，用于在檢測到異常計數(shù)值時舍棄所述異常計數(shù)值。

16、通過上述技術方案，本發(fā)明具有如下有益效果：

17、通過設置具有多種狀態(tài)的狀態(tài)機；對不同狀態(tài)下的狀態(tài)機分別進行操作，得到m個頻率計數(shù)值，并根據(jù)m個頻率計數(shù)值以獲得系統(tǒng)頻率和采樣中斷定時，m≥4；以及基于系統(tǒng)頻率，計算頻率計數(shù)的最大值和最小值，以用于下一次頻率計數(shù)值有效范圍的判斷。本發(fā)明通過優(yōu)化fpga，能夠解決傳統(tǒng)硬鎖相在系統(tǒng)電壓因深度跌落或諧波導致過零點發(fā)生偏移時相位和頻率檢測異常的問題，從而能夠適應電壓深度跌落和恢復過程中的電網(wǎng)環(huán)境變化，確保了在極端條件下設備的穩(wěn)定運行。

技術特征：

1.一種硬件鎖相方法，其特征在于，具體包括如下：

2.如權利要求1所述的硬件鎖相方法，其特征在于，所述設置具有多種狀態(tài)的狀態(tài)機，具體包括：在fpga中設置一個狀態(tài)機，所述狀態(tài)機具有至少五種狀態(tài)，所述至少五種狀態(tài)包括空閑狀態(tài)、第一狀態(tài)、第二狀態(tài)、第三狀態(tài)和第四狀態(tài)。

3.如權利要求2所述的硬件鎖相方法，其特征在于，所述對不同狀態(tài)下的狀態(tài)機分別進行操作，得到m個頻率計數(shù)值，并根據(jù)所述m個頻率計數(shù)值以獲得系統(tǒng)頻率和采樣中斷定時，m≥4，具體包括：所述狀態(tài)機為空閑狀態(tài)下，檢測系統(tǒng)電壓的正向過零點；若檢測到過零點，則將當前的過零計時數(shù)值cnt賦值給moncnt值，其中，moncnt值為兩次過零點之間的頻率計數(shù)值，并清零過零計時數(shù)值cnt，所述狀態(tài)機的狀態(tài)進入所述第一狀態(tài)。

4.如權利要求3所述的硬件鎖相方法，其特征在于，所述對不同狀態(tài)下的狀態(tài)機分別進行操作，得到m個頻率計數(shù)值，并根據(jù)所述m個頻率計數(shù)值以獲得系統(tǒng)頻率和采樣中斷定時，m≥4，還包括：所述狀態(tài)機為所述第一狀態(tài)下，判斷當前的moncnt值是否在前一頻率計數(shù)值得到的最大值和最小值范圍內，若是，則存儲所述當前的moncnt值和前三個頻率計數(shù)值，即為四個有效頻率計數(shù)值，所述狀態(tài)機的狀態(tài)進入所述第二狀態(tài)。

5.如權利要求4所述的硬件鎖相方法，其特征在于，所述對不同狀態(tài)下的狀態(tài)機分別進行操作，得到m個頻率計數(shù)值，并根據(jù)所述m個頻率計數(shù)值以獲得系統(tǒng)頻率和采樣中斷定時，m≥4，還包括：所述狀態(tài)機為所述第一狀態(tài)下，判斷當前的moncnt值是否在前一頻率計數(shù)值得到的最大值和最小值范圍內，若否，則舍棄所述當前的moncnt值，且所述狀態(tài)機的狀態(tài)進入所述第四狀態(tài)。

6.如權利要求5所述的硬件鎖相方法，其特征在于，所述狀態(tài)機為所述第二狀態(tài)下，將存儲的所述四個有效頻率計數(shù)值相加，得到頻率值，同時所述狀態(tài)機的狀態(tài)進入所述第三狀態(tài)。

7.如權利要求6所述的硬件鎖相方法，其特征在于，所述狀態(tài)機為所述第三狀態(tài)下，基于所述頻率值計算兩個過零點之間的計數(shù)平均值moncnt_aver，根據(jù)所述計數(shù)平均值moncnt_aver計算系統(tǒng)頻率和采樣中斷定時，同時所述狀態(tài)機的狀態(tài)進入所述第四狀態(tài)。

8.如權利要求7所述的硬件鎖相方法，其特征在于，所述基于所述系統(tǒng)頻率，計算頻率計數(shù)的最大值和最小值，以用于下一次頻率計數(shù)值有效范圍的判斷，具體包括：所述狀態(tài)機為所述第四狀態(tài)下，計算當前頻率計數(shù)值的最大值和最小值，用于下一次頻率計數(shù)值有效范圍的判斷，然后所述狀態(tài)機返回所述空閑狀態(tài)，等待下一次系統(tǒng)電壓的下一次正向過零。

9.如權利要求8所述的硬件鎖相方法，其特征在于，在所述設置具有多種狀態(tài)的狀態(tài)機后，在所述對不同狀態(tài)下的狀態(tài)機分別進行操作之前，包括：每次進入檢測先將過零計時變量cnt加1，用于檢測兩次過零點之間的計數(shù)并以此計算所述系統(tǒng)頻率。

10.一種硬件鎖相裝置，用于實現(xiàn)如權利要求1-9中任一項所述的硬件鎖相方法，其特征在于，包括：fpga，電壓檢測模塊和頻率計算模塊；所述fpga用于實現(xiàn)狀態(tài)機及所述狀態(tài)機的狀態(tài)轉換；所述電壓檢測模塊用于檢測系統(tǒng)電壓的正向過零點；所述頻率計算模塊用于根據(jù)計數(shù)平均值moncnt_aver計算系統(tǒng)頻率和采樣中斷定時。

11.如權利要求10所述的硬件鎖相裝置，其特征在于，還包括異常值舍棄模塊，用于在檢測到異常計數(shù)值時舍棄所述異常計數(shù)值。

技術總結
本發(fā)明揭示了一種硬件鎖相方法及裝置，所述硬件鎖相方法具體包括如下：設置具有多種狀態(tài)的狀態(tài)機；對不同狀態(tài)下的狀態(tài)機分別進行操作，得到m個頻率計數(shù)值，并根據(jù)m個頻率計數(shù)值以獲得系統(tǒng)頻率和采樣中斷定時，m≥4；以及基于系統(tǒng)頻率，計算頻率計數(shù)的最大值和最小值，以用于下一次頻率計數(shù)值有效范圍的判斷。本發(fā)明能夠解決傳統(tǒng)硬鎖相在系統(tǒng)電壓因深度跌落或諧波導致過零點發(fā)生偏移時相位和頻率檢測異常的問題。

技術研發(fā)人員：陳晉輝
受保護的技術使用者：江蘇天合清特電氣有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6