CN103036610A - 一种带冗余的链式储能系统通讯实现方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带冗余的链式储能系统通讯实现方法及系统，光纤采用双环形方式连接整个链式储能系统的主控制器与底层控制器。在正常工作时，一个环形连接用于主控制器与底层控制器间的通讯，另外一个环形用于主控制器与底层控制器间的同步。在任一环路出现故障时，另一个环路即分时传递通讯和同步数据。通讯数据帧由上层主控制器发出，经通讯光纤传递至每个底层控制器，底层控制器截取自己相应的数据后，并在数据帧最后附上需要上传的数据，最终由主控接收。通讯数据帧包括底层控制器上传的储能系统和底层功率单元的主要参数，以及主控制器下发的命令帧。本发明极大地提高了链式储能系统的可靠性。

Description

一种带冗余的链式储能系统通讯实现方法及系统
技术领域
本发明涉及链式储能变流器系统，具体地，涉及一种带冗余的链式储能系统通讯实现方法及系统。
背景技术
链式储能系统，其电路拓扑如图1所示，有多个功率单元串联成一相，并由三相组成星形结构。这种链式储能系统采用模块化多电平的方式，可以直接并入高压电网，并且在较低频率的调制波时，即可大幅降低电网侧的电流谐波，从而减小滤波元件的体积。
在链式储能系统中，其通讯方式一般采用光纤进行。然而由于储能系统占地面积巨大，接入电网电压高，所需要的光纤要求较高，因此传统的星形连接的造价很高，而且主控制器的硬件需求很大。而环形的连接方式，则容易因为某个模块故障而导致整个环路故障，且模块数量比较多时不易查出具体的位置。
经检索，公开号为102394005A的中国发明专利申请，该发明公开了一种基于光纤通讯环网的局部放电测量数据传输系统及其控制方法，系统由局放采集单元、通讯管理单元、多模通讯光缆等硬件设备构成一个环形的通讯链路，采用环形串行总线主从式通讯模式，由上位机数据服务器作为主节点，每个局放采集单元作为从节点。主、从节点间通过严格的时序管理，提高光纤环网的利用率，实现高效的海量数据传输，提高数据在光纤环网总线上的传输效率。上述发明专利的明显缺点是，在其通讯环路上的某个通讯模块故障而导致整个环路故障，从而使得整个系统的可靠性比较低。而且环路越大即通讯管理单元越多，其故障率越大，且在故障时不易查出具体的故障位置。链式储能系统对于电网的重要性要求其一定要有高的可靠性，因此此种通讯方式就不适用于链式储能系统。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种带冗余的链式储能系统通讯实现方法及系统，采用双环形连接，极大地提高了链式储能系统的可靠性。
根据本发明的一方面，提供一种带冗余的链式储能系统通讯实现方法，该方法将主控制器与底层控制器连接采用双环形光纤连接，在正常工作时，一个环形连接用于主控制器与底层控制器间的通讯，另外一个环形用于主控制器与底层控制器间的同步。而在任一环路出现故障时，另一个环路即分时传递通讯和同步数据。双环路冗余的光纤连接方式，极大地提高了链式储能系统的可靠性。
优选地，所述主控制器与底层控制器之间的通讯数据帧，由上层主控制器发出，经通讯光纤传递至每个底层控制器，底层控制器截取自己相应的数据后，并在数据帧最后附上需要上传的数据，最终由主控制器接收。通讯数据帧包括底层控制器上传的储能系统和底层功率单元的主要参数，以及主控制器下发的命令帧。
优选地，所述主控制器与底层控制器均拥有2个光纤接收器和2个光纤发送器。主控制器与底层控制器的硬件需求均比较少，可以简化系统的结构。
优选地，所述主控制器与底层控制器均使用FPGA或CPLD作为主要的通讯和同步模块。
根据本发明的另一方面，提供一种带冗余的链式储能系统通讯实现系统，所述链式储能系统的主控制器与底层控制器均拥有2个光纤接收器和2个光纤发送器，主控制器上用于同步与通讯的光纤发送器相连的两条光纤接到第一底层控制器，与第一底层控制器上面用于同步与通讯的两个光纤接收器相连，而第一底层控制器上面用于同步与通讯的光纤发送器相连的两条光纤接到第二底层控制器，与第二底层控制器上面用于同步与通讯的两个光纤接收器相连，以此类推，最后一个底层控制器上面用于同步与通讯的光纤发送器相连的两条光纤接到主控制器，与主控制器上面用于同步与通讯的两个光纤接收器相连，由此组成双环形光纤冗余结构。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明所提出的带冗余的双环路光纤连接，其光纤数量大大少于星形连接，而比单环光纤连接的可靠性高很多，是可靠性和成本相互折衷的一种方案。本发明简单易用，故障时切换也较简单，在尽可能高的可靠性前提下，尽量地降低系统的成本，更适合于链式储能系统。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是现有链式储能系统的结构；
图2是本发明实施例的光纤连接方式；
图3是本发明实施例的第m个底层控制器发出的数据帧结构；
图4是本发明实施例的底层控制器数据帧处理方式；
图5是本发明实施例的故障判断流程图；
图6是本发明实施例的故障时同步与通讯分时复用的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参照图1，本实施例是基于图1所示的链式储能系统，其不限定具体电路的电压等级，储能单元模块一般为电池等隔离型直流电源。
参照图2，本实施例的一种带冗余的链式储能系统通讯的光纤系统。图中，所有的光纤路径均为两根光纤，主控制器和底层控制器均拥有2个光纤接收器和2个光纤发送器，它们一起构成了双环形的冗余结构。具体的连接方式如下：主控制器上用于同步与通讯的光纤发送器相连的两条光纤接到底层控制器A1，与底层控制器A1上面用于同步与通讯的两个光纤接收器相连。而A1上面用于同步与通讯的光纤发送器相连的两条光纤接到底层控制器A2，与底层控制器A2上面用于同步与通讯的两个光纤接收器相连。以此类推，最后底层控制器C1上面用于同步与通讯的光纤发送器相连的两条光纤接到主控制器，与主控制器上面用于同步与通讯的两个光纤接收器相连。由此，双环形的冗余结构组成。
参照图3及图4，本实施例中，第m个底层控制器发出的数据帧结构，包括一个已定义的帧头，上位机发送给第m+1至第3n个底层控制器的地址帧、占空比数据以及命令帧，以及第1个至第m个底层控制器上传给主控制器的地址帧、直流侧电压以及状态帧，最后还有一个已定义的帧尾。
数据帧由主控制器发出时，所有的数据均为主控制器下发的数据；而经过第m个底层控制器时，其将主控制器给自己的命令和数据截取，并进行处理。同时将在帧尾前加入自己要向主控制器上传的状态和数据，并将数据传递至第m+1个底层控制器。依此类推，最后当数据又传至主控制器时，所有的数据均已变为底层控制器上传的数据。
参照图5，主控制器每次接收数据帧后，均需要进行对底层控制器反馈的状态进行判断。若发现底层控制器未接收到同步信号，则判定同步光纤故障。而若主控制器在一定时间内未接收到返回的数据帧时，则判定通讯光纤故障。此时，即使同步与通讯分时复用同一光纤。
参照图6，当同步与通讯分时复用时，需要使主控制器按50%的时间来分配两者。而底层控制器则在接收到帧尾后，切换至同步状态，等待同步下降沿进行同步；而当同步后并接收到上升沿时，切换至通讯状态，等待通讯数据帧的到来。
根据上述技术方案，结合第m个底层控制器的实例来说明。第m个底层控制器上共有2个光纤接收器和2个光纤发送器，2个光纤接收器分别为同步接收和通讯接收，与第m－1个底层控制器上的2个光纤发送器相连；2个光纤发送器也分别为同步发送和通讯发送，与第m+1个底层控制器上的2个光纤接收器相连。其中，同步接收和发送光纤不传递数据，仅传递高低电平，而通讯光纤传递数据帧。
当第m个底层控制器通过通讯接收光纤接收到第m-1个底层控制器传来的通讯数据时，如图4，将主控制器下发给自己的数据（包括地址帧、占空比数据和命令帧）截取并进行处理，并把自己上传的数据（包括地址帧、直流侧电压和状态帧）加到帧尾的前面，并将剩下的数据（如图3），通过通讯发送光纤传递给第m+1个底层控制器。同时，第m个底层控制器的同步发送光纤与同步接收光纤保持一致，即从第m-1个底层控制器接收到高电平或低电平，即向第m+1个底层控制器发送高电平或低电平。在故障时，由于同步与通讯分时复用，则底层控制器按照图6所示，先接收数据帧，在接收到帧尾后，切换至同步状态，等待同步下降沿进行同步；而当同步后并接收到上升沿时，切换至通讯状态，等待通讯数据帧的到来。从而，第m个底层控制器的整个行为完毕。
通过上述的实例，可以让第m个底层控制器准确地接收主控制器发给自己的数据，并同时上传自己的数据，同时同步信号可以确保所有底层控制器的同步性。而故障时的分时复用，在不影响同步和通讯的前提下，增加了系统的通讯和同步的可靠性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种带冗余的链式储能系统通讯实现方法，其特征在于：该方法将主控制器与底层控制器连接采用双环形光纤连接，在正常工作时，一个环形连接用于主控制器与底层控制器间的通讯，另外一个环形用于主控制器与底层控制器间的同步；而在任一环路出现故障时，另一个环路即分时传递通讯和同步数据；上层主控制器发出通讯数据帧，经通讯光纤传递至每个底层控制器，底层控制器截取自己相应的数据后，并在数据帧最后附上需要上传的数据，最终由主控制器接收；通讯数据帧包括底层控制器上传的储能系统和底层功率单元的主要参数，以及主控制器下发的命令帧。
2.根据权利要求1所述的一种带冗余的链式储能系统通讯实现方法，其特征在于第m个底层控制器发出的数据帧结构，包括一个已定义的帧头，上位机发送给第m+1至第3n个底层控制器的地址帧、占空比数据以及命令帧，以及第1个至第m个底层控制器上传给主控制器的地址帧、直流侧电压以及状态帧，最后还有一个已定义的帧尾；数据帧由主控制器发出时，所有的数据均为主控制器下发的数据；而经过第m个底层控制器时，其将主控制器给自己的命令和数据截取，并进行处理，同时将在帧尾前加入自己要向主控制器上传的状态和数据，并将数据传递至第m+1个底层控制器，依此类推，最后当数据又传至主控制器时，所有的数据均已变为底层控制器上传的数据，其中m取1至3n，n为每相级联的功率单元数。
3.根据权利要求1所述的一种带冗余的链式储能系统通讯实现方法，其特征在于所述主控制器每次接收数据帧后，均需要进行对底层控制器反馈的状态进行判断，若发现底层控制器未接收到同步信号，则判定同步光纤故障，而若主控制器在一定时间内未接收到返回的数据帧时，则判定通讯光纤故障，此时，即使同步与通讯分时复用同一光纤。
4.根据权利要求3所述的一种带冗余的链式储能系统通讯实现方法，其特征在于当同步与通讯分时复用时，需要使主控制器按50%的时间来分配两者，而底层控制器则在接收到帧尾后，切换至同步状态，等待同步下降沿进行同步；而当同步后并接收到上升沿时，切换至通讯状态，等待通讯数据帧的到来。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种带冗余的链式储能系统通讯实现方法，其特征在于所述主控制器与底层控制器均拥有2个光纤接收器和2个光纤发送器，主控制器上用于同步与通讯的光纤发送器相连的两条光纤接到第一底层控制器，与第一底层控制器上面用于同步与通讯的两个光纤接收器相连，而第一底层控制器上面用于同步与通讯的光纤发送器相连的两条光纤接到第二底层控制器，与第二底层控制器上面用于同步与通讯的两个光纤接收器相连，以此类推，最后一底层控制器上面用于同步与通讯的光纤发送器相连的两条光纤接到主控制器，与主控制器上面用于同步与通讯的两个光纤接收器相连，由此，双环形的冗余结构组成。
6.根据权利要求5所述的一种带冗余的链式储能系统通讯实现方法，其特征在于所述主控制器与底层控制器均使用FPGA或CPLD作为主要的通讯和同步模块。
7.一种带冗余的链式储能系统通讯实现系统，其特征在于所述链式储能系统的主控制器与底层控制器均拥有2个光纤接收器和2个光纤发送器，主控制器上用于同步与通讯的光纤发送器相连的两条光纤接到第一底层控制器，与第一底层控制器上面用于同步与通讯的两个光纤接收器相连，而第一底层控制器上面用于同步与通讯的光纤发送器相连的两条光纤接到第二底层控制器，与第二底层控制器上面用于同步与通讯的两个光纤接收器相连，以此类推，最后一个底层控制器上面用于同步与通讯的光纤发送器相连的两条光纤接到主控制器，与主控制器上面用于同步与通讯的两个光纤接收器相连，由此组成双环形光纤冗余结构。
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