CN103051386A

CN103051386A - 一种用于链式储能系统的通讯实现方法及系统

Info

Publication number: CN103051386A
Application number: CN2012105323861A
Authority: CN
Inventors: 陈强; 李睿; 毛苏闽; 蔡旭
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: CN103051386B

Abstract

本发明提供一种用于链式储能系统的通讯实现方法及系统，该方法将通讯光纤采用环形方式以减少整个系统的光纤数量，同步光纤采用星形方式以增强系统的同步性。每个底层控制器拥有2个光纤接收器和1个光纤发送器。主控制器下发的通讯数据帧由主控发出，经通讯光纤传递至每个底层控制器，并最终传回主控制器。而底层控制器上传的数据帧则由主控制器发出的空数据帧开始，经过每个底层控制器添加需要上传的数据，最终传回至主控制器。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状态及数据，以及主控制器下发的命令及数据。同步脉冲由主控发出，几乎同时到达每个底层控制器，使底层控制器中三角载波的相位更加精确。

Description

一种用于链式储能系统的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，涉及的是一种用于链式储能系统的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更大，如图2所示。

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。

又如，公开号为101388730（申请号200810155226.3）的中国发明专利申请，该发明公布了一种单光纤环形通讯的功率单元及其控制方法，功率单元包括一个输入端光纤和一个输出端光纤,还包括光电转换器,解码器,信号选择开关,电光转换器,功率电路,编码器;本发明所述驱动控制方法采用单光纤串行通讯和环状信号链路,从主控制器发出的信号绕环状链路中各功率单元一周后又回归到主控制器,形成闭环传输。

在链式储能系统中，除了通讯外，功率单元间的同步也是非常重要的，也是整个系统中通讯方式的重要组成部分。上述两种专利，仅仅阐述了一种用于多功率单元的环形通讯，而未对同步方式进行描述，并不能很好的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用于链式储能系统的通讯实现方法及系统，其连接所用光纤比传统星形连接要少，且其独特的数据帧结构以及工作方式使得链式储能系统能够快速有效地通讯、同步，从而降低成本的同时保证系统的高可靠性。

根据本发明的一方面，提供一种用于链式储能系统的通讯实现方法，所述方法将主控制器与所有底层控制器的通讯光纤进行环形连接，同步光纤采用星形方式，以减少整个系统的光纤数量，同步光纤采用星形方式以增强系统的同步性。每个底层控制器拥有2个光纤接收器和1个光纤发送器，2个光纤接收器分别用于通讯和同步，1个光纤发送器则用于通讯，而主控制器则需要有3n+1个光纤发送器和1个光纤接收器，n为每相级联的模块数。由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，并最终传回主控制器。而底层控制器上传的数据帧则由主控制器发出的空数据帧开始，经过每个底层控制器添加需要上传的数据，最终传回至主控制器。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状态及数据，以及主控制器下发的命令及数据。同步脉冲由主控制器发出，几乎同时到达每个底层控制器，使底层控制器中三角载波的相位更加精确。

优选地，所述通讯数据帧包括底层控制器需要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数据帧。

根据本发明的另一方面，提供一种用于链式储能系统的通讯实现系统，所述链式储能系统的主控制器与所有底层控制器的通讯光纤进行环形连接，同步光纤采用星形方式，其中：每个底层控制器拥有2个光纤接收器和1个光纤发送器，2个光纤接收器分别用于通讯和同步，1个光纤发送器则用于通讯；而主控制器则有3n+1个光纤发送器和1个光纤接收器，其中1个光纤发送器和1个光纤接收器为通讯光纤接收器和通讯光纤发送器，3n个光纤发送器为同步光纤发送器，n为每相级联的模块数；所述主控制器的通讯光纤发送器经光纤连接到第一底层控制器的通讯光纤接收器，同时第一底层控制器的通讯光纤发送器经光纤连接到第二底层控制器的通讯光纤接收器，以此类推，最后一个底层控制器的通讯光纤发送器经光纤连接到主控制器的通讯光纤接收器，至此，通讯光纤环路连接完成；用于同步的星形连接，则由主控制器上的3n个同步光纤发送器经光纤直接与3n个底层控制器的同步光纤接收器相连。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明的通讯方式，即通讯光纤采用环形连接方式，同步光纤采用星形连接方式。相比传统通讯和同步均用星形的方式，所需要的光纤数量减小，主控制器的硬件需求减小。而相比通讯和同步均用环形的方式，同步的效果更好，系统的可靠性更高。

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是链式储能系统的传统星形连接通讯方式；

图3是本发明实施例的光纤通讯系统连接方式；

图4是本发明实施例的主控制器下发命令及数据的帧结构；

图5是本发明实施例的底层控制器上传状态及数据的帧结构。

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，本发明是基于图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3，本发明所提供的用于链式储能系统的光纤通讯系统，通讯光纤采用环形方式以减少整个系统的光纤数量，同步光纤采用星形方式以增强系统的同步性。图中，101表示通讯光纤接收器，102表示通讯光纤发送器，103则表示同步光纤接收器，104表示同步光纤发送器。底层控制器使用FPGA或CPLD作为主要的通讯和同步模块，每个底层控制器上有两个光纤接收器和一个光纤发送器，分别为通讯光纤接收器101、通讯光纤发送器102和同步光纤接收器103。主控制器则需要有3n+1个光纤发送器和1个光纤接收器，其中1个光纤发送器和1个光纤接收器为通讯光纤接收器101和通讯光纤发送器102，3n个光纤发送器为同步光纤发送器104（n为每相级联的模块数）。主控制器的通讯光纤发送器102经光纤连接到底层控制器A1的通讯光纤接收器101，同时底层控制器A1的通讯光纤发送器102经光纤连接到底层控制器A2的通讯光纤接收器101，以此类推，最后底层控制器C1的通讯光纤发送器102经光纤连接到主控制器的通讯光纤接收器101。至此，通讯环路连接完成。而用于同步的星形连接，则是由主控制器上的3n个同步光纤发送器104经光纤直接与3n个底层控制器的同步光纤接收器103相连。

参照图4，主控制器下发的数据帧包括所有的底层控制器的命令和数据，包括自定义的帧头，主控制器下发给底层控制器A1至Cn的地址帧、占空比数据和命令帧，以及自定义的帧尾。主控制器通过通讯光纤发送器102发送通讯数据帧，经过光纤传至底层控制器A1的通讯光纤接收器101。底层控制器A1接收数据帧并进行处理，将属于自己的数据帧截取并使用，然后传送剩余的数据帧通过通讯光纤发送器102传至底层控制器A2的通讯光纤接收器101。依次类推，当底层控制器An接收到数据帧后，将剩余数据帧经通讯光纤发送器102传至底层控制器B1的通讯光纤接收器101；同理，底层控制器Bn会将剩余数据帧经通讯光纤发送器102传至底层控制器C1的通讯光纤接收器101。最后，底层控制器Cn将空数据帧经通讯光纤发送器102传给主控制器的通讯光纤接收器101。至此，主控下发命令及数据过程完成。

参照图5，底层控制器上传的数据帧包括所有需要上传的状态和数据，包括自定义的帧头，底层控制器A1至Cn上传给主控制器的地址帧、直流侧电压和储能系统状态（SOC）和底层控制器状态，以及自定义的帧尾。主控制器发送空数据帧，经通讯光纤发送器102传至底层控制器A1的通讯光纤接收器101。底层控制器A1接收空数据帧后，按照图5中的数据帧结构将自己的数据加入并填写地址，然后经通讯光纤发送器102传送新的数据帧至A2上的通讯光纤接收器101。依次类推，最后，Cn将完整的数据帧经过通讯光纤发送器102传给主控制器的通讯光纤接收器101。至此，底层控制器上传状态及数据过程完成。

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

1.一种用于链式储能系统的通讯实现方法，其特征在于：所述方法将主控制器与所有底层控制器的通讯光纤进行环形连接，同步光纤采用星形方式，其中：每个底层控制器拥有2个光纤接收器和1个光纤发送器，2个光纤接收器分别用于通讯和同步，1个光纤发送器则用于通讯；而主控制器则有3n+1个光纤发送器和1个光纤接收器，其中1个光纤发送器和1个光纤接收器为通讯光纤接收器和通讯光纤发送器，3n个光纤发送器为同步光纤发送器，n为每相级联的模块数；所述主控制器下发通讯数据帧，经通讯光纤传递至每个底层控制器，并最终传回主控制器，而底层控制器上传的数据帧则由主控制器发出的空数据帧开始，经过每个底层控制器添加需要上传的数据，最终传回至主控制器；同步脉冲由主控制器发出，几乎同时到达每个底层控制器，使底层控制器中三角载波的相位更加精确。

2.根据权利要求1所述的用于链式储能系统的通讯实现方法，其特征在于：所述主控制器的通讯光纤发送器经光纤连接到第一底层控制器的通讯光纤接收器，同时第一底层控制器的通讯光纤发送器经光纤连接到第二底层控制器的通讯光纤接收器，以此类推，最后一个底层控制器的通讯光纤发送器经光纤连接到主控制器的通讯光纤接收器，至此，通讯环路连接完成；用于同步的星形连接，则由主控制器上的3n个同步光纤发送器经光纤直接与3n个底层控制器的同步光纤接收器相连。

3.根据权利要求1所述的用于链式储能系统的通讯实现方法，其特征在于：所述通讯数据帧包括底层控制器需要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数据帧。

4.根据权利要求3所述的用于链式储能系统的通讯实现方法，其特征在于：所述主控制器下发的数据帧包括所有的底层控制器的命令和数据，包括自定义的帧头，主控制器下发给底层控制器的地址帧、占空比数据和命令帧，以及自定义的帧尾。

5.根据权利要求3所述的用于链式储能系统的通讯实现方法，其特征在于：底层控制器上传的数据帧包括所有需要上传的状态和数据，包括自定义的帧头，底层控制器上传给主控制器的地址帧、直流侧电压和储能系统状态和底层控制器状态，以及自定义的帧尾。

6.根据权利要求1-5任一项所述的用于链式储能系统的通讯实现方法，其特征在于：所述底层控制器使用FPGA或CPLD作为主要的通讯和同步模块。

7.一种用于链式储能系统的通讯实现系统，其特征在于：所述链式储能系统的主控制器与所有底层控制器的通讯光纤进行环形连接，同步光纤采用星形方式，其中：每个底层控制器拥有2个光纤接收器和1个光纤发送器，2个光纤接收器分别用于通讯和同步，1个光纤发送器则用于通讯；而主控制器则有3n+1个光纤发送器和1个光纤接收器，其中1个光纤发送器和1个光纤接收器为通讯光纤接收器和通讯光纤发送器，3n个光纤发送器为同步光纤发送器，n为每相级联的模块数；所述主控制器的通讯光纤发送器经光纤连接到第一底层控制器的通讯光纤接收器，同时第一底层控制器的通讯光纤发送器经光纤连接到第二底层控制器的通讯光纤接收器，以此类推，最后一个底层控制器的通讯光纤发送器经光纤连接到主控制器的通讯光纤接收器，至此，通讯光纤环路连接完成；用于同步的星形连接，则由主控制器上的3n个同步光纤发送器经光纤直接与3n个底层控制器的同步光纤接收器相连。