CN105978554A - 一种并联型逆变器载波同步系统及同步方法 - Google Patents

Abstract

一种并联型逆变器载波同步系统及同步方法，包括多个并联逆变单元，每个逆变单元均通过独立的可编程逻辑器件同步模块连接传输同步信号的同步总线，可编程逻辑器件同步模块与同步总线之间通过一个同步输出端口和一个同步输入端口相连，所述可编程逻辑器件同步模块与逆变单元的MCU之间通过同步输出IO相连，该IO连接到MCU的外部PWM同步输入端口；所有并联逆变单元都向同步总线发送和接收同步信号，由可编程罗辑器件同步模块根据总线上的同步信号调整自身的同步周期，最终使得自身同步输出信号与总线同步信号保持一致；本发明每个逆变单元的地位平等，无需区分主从机，系统中任何一个逆变单元出现故障，系统也会存在同步信号，极大的提高了载波同步信号的可靠性。

Description

一种并联型逆变器载波同步系统及同步方法

技术领域

本发明涉及并联型逆变器载波同步技术领域，具体涉及一种并联型逆变器载波同步系统及同步方法。

背景技术

随着新能源电站容量的不断扩大，逆变器单机容量越来越大，逆变器并联成了技术发展的趋势。并联型逆变器一般由多个相互独立的逆变单元构成，在工作过程中，若逆变单元间的脉宽调制步调不一致，会在逆变单元之间产生环流，影响并联型逆变器正常运行。针对此种情况，通常采用载波同步技术解决并联型逆变器间的环流问题，传统的并联型逆变器采用一主多从的载波同步方式，即并联型逆变器中其中一个逆变单元作为主机，产生并发出同步信号；其他逆变单元均为从机，接收主机发出的同步信号进行载波同步。

目前传统的载波同步方式存在以下缺点：

(1)系统中只有主机发出载波同步信号，一旦主机出现故障，将会导致系统其余各逆变单元失去同步信号，严重影响系统的可靠运行；

(2)即使有主机切换逻辑，即在主机出现故障后，系统自动竞争出新主机，但是主机竞争时间一般过长，主机竞争期间同步信号同样会丢失，影响系统的可靠运行；

(3)不利于逆变器间的并联运行：如果两台并联型逆变器均采用一主多从的载波同步方式，当需要将这两台逆变器并联运行时，由于存在两个主机，不能直接将这两台逆变器的载波同步总线直接连接起来，否则载波同步信号会出现紊乱；

(4)同步过程容易受同步总线上干扰脉冲影响，引起误同步。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种并联型逆变器载波同步系统及同步方法，每个逆变单元的地位平等，无需区分主从机，系统中任何一个逆变单元出现故障，系统也会存在同步信号，极大的提高了载波同步信号的可靠性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种并联型逆变器载波同步系统，包括多个并联逆变单元，每个逆变单元均通过独立的可编程逻辑器件同步模块连接传输同步信号的同步总线，所述可编程逻辑器件同步模块与同步总线之间通过一个同步输出端口和一个同步输入端口相连，所述可编程逻辑器件同步模块与逆变单元的MCU之间通过同步输出IO相连，该IO连接到MCU的外部PWM同步输入端口；所述可编程逻辑器件同步模块作为载波同步系统的核心，一方面向同步总线和逆变单元的MCU发送同步信号，另一方面通过同步总线输入端口接收同步总线上的同步信号；所有并联逆变单元都向同步总线发送和接收同步信号，由可编程罗辑器件同步模块根据总线上的同步信号调整自身的同步周期，最终使得自身同步输出信号与总线同步信号保持一致。

所述可编程逻辑器件同步模块由同步脉冲产生模块和同步脉冲识别模块两大子模块组成；所述同步脉冲产生模块有两个分别接收来自同步脉冲识别模块输出信号的输入端口，输入信号分别为Syn_Reset信号与Syn_Fault信号，Syn_Reset信号与Syn_Faul信号分别为同步脉冲计数器1和同步调整计数器2的输入信号，同步脉冲计数器1发出的信号Syn_Out1和同步调整计数器2发出的信号Syn_En同时接入与门的输入端，与门的输出端输出的信号接入非门的输入端，非门的输出端输出的数据接入同步脉冲产生模块的输出端Syn_Out，同步脉冲产生模块的输出端Syn_Out接入同步总线，另外从与门的输出端引出另外一同步脉冲产生模块的输出端口，该端口直接与逆变单元的MCU相连接，用于给逆变单元的MCU的PWM提供同步输入；同步脉冲识别模块的输入端Syn_In连接同步总线，输入端Syn_In连接非门输入端，非门输出端连接同步脉冲周期测量模块3和同步脉冲宽度测量模块4输入端，同步脉冲周期测量模块3和同步脉冲宽度测量模块4均连接与门输入端，与门输出端一方面直接作为同步脉冲识别模块的一个输出信号Syn_Fault，另一方面与门输出的信号再与输入端非门输出的信号Syn_In_n通过另外一个与门相与后作为同步脉冲识别模块的另一个输出信号Syn_Reset，同步脉冲识别模块的两个输出信号分别接入同步脉冲产生模块的两个输入端；同步脉冲产生模块由同步脉冲计数器1控制产生周期性的同步脉冲信号，同步脉冲识别模块通过监测同步总线上的同步脉冲周期和脉宽，一方面输出Syn_Fault信号控制同步脉冲产生模块的同步脉冲是否能输出到同步总线，另一方面输出Syn_Reset信号用于调整同步脉冲产生模块中同步脉冲计数器1的计数周期，能使该同步脉冲计数器1与同步总线脉冲保持一致。

上述所述并联型逆变器载波同步系统的同步方法，同步脉冲计数器1以周期T向上计数，周期T＝n×Tz，n＝1，2，3……，其中Tz为载波周期；一方面当同步脉冲计数器1计数到周期值时复位计数值，同时输出脉冲宽度为Ta的同步脉冲信号；另一方面同步脉冲计数器1在计数过程中检测到Syn_Reset信号的上升沿时，也会复位计数器计数值，同时输出脉冲宽度为Ta的同步脉冲信号；

同步调整计数器2用来屏蔽自身同步脉冲信号的输出，接收同步总线的同步脉冲输入，用于调整自身的同步脉冲计数器；上电后同步调整计数器2从0开始计数，自动进入调整状态，输出为0；计数值>＝Ts后停止计数，保持Ts值不变，进入同步状态，输出为1；Ts＝n×T，n＝1，2，3……，即整数倍的同步周期；同步调整计数器2一旦检测到Syn_Fault信号为0，将同步调整同步脉冲计数器1计数值复位为0，进入调整状态；

同步脉冲周期测量模块3用来捕获同步总线上的同步脉冲信号上升沿，测量相邻两个同步脉冲信号之间的周期值是否误差范围内T±δ，若在误差范围内，输出为1，否则输出为0；

同步脉冲宽度测量模块4用来测量同步总线上的同步脉冲信号宽度，若脉冲宽度在误差范围内，输出为1，否则输出为0；

将同步脉冲周期测量模块3和同步脉冲宽度测量模块4的输出信号相与得到Syn_Fault信号，传输给同步调整计数器2，用于是否需要屏蔽同步信号，进行同步信号调整；

将Syn_Fault信号与Syn_In_n信号相与，输出Syn_Reset信号给同步脉冲计数器1用于复位同步脉冲计数器。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)载波同步信号与主从机无关：各逆变单元间的载波同步信号地位平等，系统中任何一个逆变单元出现故障，系统也会存在同步信号，极大的提高了载波同步信号的可靠性；

(2)方便逆变器间的并联：可以直接将逆变器间的载波同步信号线连接起来，不需要对逆变器设置主从机即可实现逆变器间的载波信号同步；

(3)载波同步信号不需要与载波周期严格一致，一般为载波周期的N倍，同步周期设置更加灵活；

(4)相比其他同步方法，本发明同步方法具有抗干扰能力强，能有效屏蔽同步总线上的干扰信号；

(5)相比其他同步方法，本发明同步方法具有同步信号故障检测功能，能有效的识别同步脉冲丢失、同步总线反接等故障，实用性很高；

(6)本发明同步方法具有故障情况下自动退出和自动投入功能，支持同步模块的热投入，同步过程不会对同步总线产生任何冲击，实现了同步脉冲的无冲击热投入。

附图说明

图1为本发明系统总体框图。

图2为可编程逻逻辑器件同步模块内部框图。

图3为同步脉冲计数器工作时序图。

图4为同步调整计数器工作时序图。

图5为Syn_Fault与Syn_Reset工作时序图。

图6为模块间同步过程时序图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明一种并联型逆变器载波同步系统，该系统的同步信号由一个总的同步总线进行传输，各并联逆变单元分别连接到同步总线上。各逆变单元与同步总线之间连接有可编程逻辑器件同步模块，该可编程逻辑器件同步模块与同步总线之间通过一个同步输出端口和一个同步输入端口相连；该可编程逻辑器件同步模块与逆变单元MCU之间通过同步输出IO相连，该IO连接到MCU的外部PWM同步输入端口。并联型逆变器单元的可编程逻辑器件同步模块作为载波同步系统的核心，一方面向同步总线和MCU发送同步信号，另一方面通过同步总线输入端口接收同步总线上的同步信号。

该同步方法的最大特点是所有并联逆变单元都向同步总线发送和接收同步信号，由可编程罗辑器件同步模块根据总线上的同步信号调整自身的同步周期，最终使得自身同步输出信号与总线同步信号保持一致。所有支持线与逻辑的同步总线均可用于本文所述的逆变器载波同步方法上。

如图2所示，可编程逻辑器件同步模块由同步脉冲产生模块和同步脉冲识别模块两大子模块组成；同步脉冲产生模块有两个输入端口，分别为Syn_Fault与Syn_Reset，分别接收来自同步脉冲识别模块输出的信号，Syn_Fault信号与Syn_Reset信号分别为同步脉冲计数器1和同步调整计数器2的输入信号，同步脉冲计数器1发出的信号Syn_Out1和同步调整计数器2发出的信号Syn_En同时接入一个与门的输入端，通过与门对两个信号进行与处理，与门输出的数据信号再通过一个非门进行数据处理，最终将数据输出到同步脉冲产生模块的输出端Syn_Out，再由Syn_Out端口向同步总线发送同步脉冲，另外从与门的输出端引出另外一同步脉冲产生模块的输出端口，该端口直接与逆变单元的MCU相连接，用于给MCU的PWM提供同步输入；同步脉冲识别模块的输入端信号从同步总线取信号Syn_In，输入信号首先通过一个非门，然后非门处理后的信号分别送入同步脉冲周期测量模块3和同步脉冲宽度测量模块4，分别用来捕获同步总线上的同步脉冲信号上升沿及用来测量同步总线上的同步脉冲信号宽度，通过两个模块后输出的信号再输入到一个与门进行处理，与门处理后的信号一方面直接作为同步脉冲识别模块的一个输出信号Syn_Fault，另一方面与门输出的信号再与输入端非门输出的信号Syn_In_n通过另外一个与门相与后作为同步脉冲识别模块的另一个输出信号Syn_Reset，同步脉冲识别模块的两个输出信号分别又发送给同步脉冲产生模块的输入端。

同步脉冲产生模块由同步脉冲计数器1控制产生周期性的同步脉冲信号，同步脉冲识别模块通过监测同步总线上的同步脉冲周期和脉宽，一方面输出Syn_Fault信号控制同步脉冲生产模块的同步脉冲是否能输出到同步总线，另一方面输出Syn_Reset信号用于调整同步脉冲产生模块中同步脉冲计数器1的计数周期，使能该计数器与同步总线脉冲保持一致。

本发明并联型逆变器载波同步系统的同步控制方法如下：

同步脉冲计数器1以周期T向上计数，周期T＝n×Tz，n＝1，2，3……，其中Tz为载波周期；一方面当同步脉冲计数器1计数到周期值时复位计数值，同时输出脉冲宽度为Ta的同步脉冲信号；另一方面同步脉冲计数器1在计数过程中检测到Syn_Reset信号的上升沿时，也会复位计数器计数值，同时输出脉冲宽度为Ta的同步脉冲信号，如图3所示。

同步调整计数器2用来屏蔽自身同步脉冲信号的输出，接收同步总线的同步脉冲输入，用于调整自身的同步脉冲计数器；上电后同步调整计数器2从0开始计数，自动进入调整状态，输出为0；计数值>＝Ts后停止计数，保持Ts值不变，进入同步状态，输出为1；Ts＝n×T，n＝1，2，3……，即整数倍的同步周期；同步调整计数器2一旦检测到Syn_Fault信号为0，将同步调整同步脉冲计数器1计数值复位为0，进入调整状态，如图4所示。

同步脉冲周期测量模块3用来捕获同步总线上的同步脉冲信号上升沿，测量相邻两个同步脉冲信号之间的周期值是否误差范围内T±δ，若在误差范围内，输出为1，否则输出为0；

同步脉冲宽度测量模块4用来测量同步总线上的同步脉冲信号宽度，若脉冲宽度在误差范围内，输出为1，否则输出为0；

将同步脉冲周期测量模块3和同步脉冲宽度测量模块4的输出信号相与得到Syn_Fault信号，传输给同步调整计数器2，用于是否需要屏蔽同步信号，进行同步信号调整；

将Syn_Fault信号与Syn_In_n信号相与，输出Syn_Reset信号给同步脉冲计数器1用于复位同步脉冲计数器，Syn_Fault与Syn_Reset信号时序见图5。

Claims (3)

1.一种并联型逆变器载波同步系统，包括多个并联逆变单元，其特征在于：每个逆变单元均通过独立的可编程逻辑器件同步模块连接传输同步信号的同步总线，所述可编程逻辑器件同步模块与同步总线之间通过一个同步输出端口和一个同步输入端口相连，所述可编程逻辑器件同步模块与逆变单元的MCU之间通过同步输出IO相连，该IO连接到MCU的外部PWM同步输入端口；

所述可编程逻辑器件同步模块作为载波同步系统的核心，一方面向同步总线和逆变单元的MCU发送同步信号，另一方面通过同步总线输入端口接收同步总线上的同步信号；所有并联逆变单元都向同步总线发送和接收同步信号，由可编程罗辑器件同步模块根据总线上的同步信号调整自身的同步周期，最终使得自身同步输出信号与总线同步信号保持一致。

2.根据权利要求1所述的一种并联型逆变器载波同步系统，其特征在于：所述可编程逻辑器件同步模块由同步脉冲产生模块和同步脉冲识别模块两大子模块组成；

所述同步脉冲产生模块有两个分别接收来自同步脉冲识别模块输出信号的输入端口，输入信号分别为Syn_Reset信号与Syn_Fault信号，Syn_Reset信号与Syn_Faul信号分别为同步脉冲计数器(1)和同步调整计数器(2)的输入信号，同步脉冲计数器(1)发出的信号Syn_Out1和同步调整计数器(2)发出的信号Syn_En同时接入与门的输入端，与门的输出端输出的信号接入非门的输入端，非门的输出端输出的数据接入同步脉冲产生模块的输出端Syn_Out，同步脉冲产生模块的输出端Syn_Out接入同步总线，另外从与门的输出端引出另外一同步脉冲产生模块的输出端口，该端口直接与逆变单元的MCU相连接，用于给逆变单元的MCU的PWM提供同步输入；

同步脉冲识别模块的输入端Syn_In连接同步总线，输入端Syn_In连接非门输入端，非门输出端连接同步脉冲周期测量模块(3)和同步脉冲宽度测量模块(4)输入端，同步脉冲周期测量模块(3)和同步脉冲宽度测量模块(4)均连接与门输入端，与门输出端一方面直接作为同步脉冲识别模块的一个输出信号Syn_Fault，另一方面与门输出的信号再与输入端非门输出的信号Syn_In_n通过另外一个与门相与后作为同步脉冲识别模块的另一个输出信号Syn_Reset，同步脉冲识别模块的两个输出信号分别接入同步脉冲产生模块的两个输入端；

同步脉冲产生模块由同步脉冲计数器(1)控制产生周期性的同步脉冲信号，同步脉冲识别模块通过监测同步总线上的同步脉冲周期和脉宽，一方面输出Syn_Fault信号控制同步脉冲产生模块的同步脉冲是否能输出到同步总线，另一方面输出Syn_Reset信号用于调整同步脉冲产生模块中同步脉冲计数器(1)的计数周期，能使该同步脉冲计数器(1)与同步总线脉冲保持一致。

3.权利要求2所述并联型逆变器载波同步系统的同步方法，其特征在于：

同步脉冲计数器(1)以周期T向上计数，周期T＝n×Tz，n＝1，2，3……，其中Tz为载波周期；一方面当同步脉冲计数器(1)计数到周期值时复位计数值，同时输出脉冲宽度为Ta的同步脉冲信号；另一方面同步脉冲计数器(1)在计数过程中检测到Syn_Reset信号的上升沿时，也会复位计数器计数值，同时输出脉冲宽度为Ta的同步脉冲信号；

同步调整计数器(2)用来屏蔽自身同步脉冲信号的输出，接收同步总线的同步脉冲输入，用于调整自身的同步脉冲计数器；上电后同步调整计数器(2)从0开始计数，自动进入调整状态，输出为0；计数值>＝Ts后停止计数，保持Ts值不变，进入同步状态，输出为1；Ts＝n×T，n＝1，2，3……，即整数倍的同步周期；同步调整计数器(2)一旦检测到Syn_Fault信号为0，将同步调整同步脉冲计数器(1)计数值复位为0，进入调整状态；

同步脉冲周期测量模块(3)用来捕获同步总线上的同步脉冲信号上升沿，测量相邻两个同步脉冲信号之间的周期值是否误差范围内T±δ，若在误差范围内，输出为1，否则输出为0；

同步脉冲宽度测量模块(4)用来测量同步总线上的同步脉冲信号宽度，若脉冲宽度在误差范围内，输出为1，否则输出为0；

将同步脉冲周期测量模块(3)和同步脉冲宽度测量模块(4)的输出信号相与得到Syn_Fault信号，传输给同步调整计数器(2)，用于是否需要屏蔽同步信号，进行同步信号调整；

将Syn_Fault信号与Syn_In_n信号相与，输出Syn_Reset信号给同步脉冲计数器(1)用于复位同步脉冲计数器。