CN107271813B - 逆变器故障发生时间分辨率的提高方法 - Google Patents

逆变器故障发生时间分辨率的提高方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种逆变器故障发生时间分辨率的提高方法，利用PWM中断的周期细化分辨率作为计时基础，对逆变器故障的发生时间进行计算。本发明的逆变器故障发生时间分辨率的提高方法，利用PWM中断处理模块的周期，作为系统故障发生时间的分辨率，在不额外增加系统硬件基础上，将系统故障发生时间分辨率提高到微秒级别，满足对系统故障发生时间的排序，利于对系统故障的定位。

Description

逆变器故障发生时间分辨率的提高方法
技术领域
本发明涉及逆变器故障检测技术领域，特别是涉及一种逆变器故障发生时间分辨率的提高方法。
背景技术
随着工业社会对清洁能源的不断追求，光伏发电越来越受到人们的青睐，然而将光能转化为电能的重要控制电路为光伏逆变器，因此对光伏逆变器进行故障诊断判别出主控元件开关管的好坏具有重要的意义。
目前逆变器多采用DSP作为处理器进行控制，载波频率多在3Khz以上，甚至高达500Khz，在主机和从机的两次通讯之间，逆变器有可能产生多种故障，在目前的故障时间分辨率下，无法准确区分每一种故障的发生顺序，不利于故障的定位，将影响工作效率。
发明内容
基于此，本发明提供一种逆变器故障发生时间分辨率的提高方法，可以在不额外增加系统硬件基础上，将系统故障发生时间的分辨率提高。
为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种逆变器故障发生时间分辨率的提高方法，包括如下步骤：
步骤S10：Modbus协议修改，设置02功能码、04功能码，进入步骤S20；
步骤S20：定义PWM中断次数K＝0，当前发生的故障次数i＝0，进入步骤S21；
步骤S21：检测系统是否有新的故障发生，若检测到新的故障发生，进入步骤S22；否则，继续执行S21保持检测；
步骤S22：PWM中断次数K进行加1，当前发生的故障次数i进行加1，进入步骤S23；
步骤S23：对当前新故障进行故障编号ErrID，并计算得出该新故障的故障相对发生时间ErrT，进入步骤S24；
步骤S24：将当前故障的故障编号ErrID及其故障相对发生时间ErrT存入到对应的寄存器，进入步骤S30；
步骤S30：监控记录当前的系统时间SystemTime作为监控基础时间，进入步骤S31；
步骤S31：判断主控是否接受到监控的访问数据请求，如果有，则进入步骤S32；否则，返回执行步骤S21；
步骤S32：主控接收到的监控访问数据请求中，请求访问的数据地址是否等于步骤S23中故障编号ErrID及其故障相对发生时间ErrT在寄存器GetAnalog[n]中的地址GetAnalog[n+i]与GetAnalog[n+10+i]，如果是，则进入步骤S33；否则，返回执行步骤S21；
步骤S33：访问寄存器GetAnalog[n]，将故障编号ErrID及其故障相对发生时间ErrT上传给监控，进入步骤S34；
步骤S34：计算得出故障发生的具体时间为ErrTime，进入步骤S35；
步骤S35：寄存器GetAnalog[n]进行清零，返回执行步骤S20。
本发明的逆变器故障发生时间分辨率的提高方法，利用PWM中断处理模块的周期，作为系统故障发生时间的分辨率，在不额外增加系统硬件基础上，将系统故障发生时间分辨率提高到us级别，满足对系统故障发生时间的排序，利于对系统故障的定位。
在其中一个实施例中，PWM中断的周期Tpwm作为检测故障相对发生时间的分辨率；PWM载波频率为10KHz，检测故障相对发生时间的分辨率为Tpwm＝100us。
在其中一个实施例中，步骤S23对当前故障进行故障编号及其故障相对发生时间进行设置，采用如下规则：
新故障的故障编号规则如下：
每当逆变器检测到新的故障发生时，对当前的故障计数值i进行加1操作后，对该新故障进行故障编号ErrID，分别记录为ErrID_1到ErrID_10；
新故障对应的故障相对发生时间ErrT的计算规则如下：
当检测到新的故障发生时，对当前新故障与上一故障的时间段内PWM中断的次数K进行累加1，并将该累加值K作为主控的故障对应监控基础时间的相对发生时间；若检测到新的故障为系统启动后的第一次故障，则累加当前新故障与系统启动的时间段内PWM中断次数K；
具体地，当检测到一新故障，该新故障与其上一故障的时间间隔内PWM中断次数K，则该新故障的故障相对发生时间ErrT＝Tpwm×K，单位为us；
其中，故障编号ErrID_1与故障相对发生时间ErrT_1对应，故障编号ErrID_2与故障相对发生时间ErrT_2对应……以此类推。
在其中一个实施例中，步骤S24中，04功能码对应的寄存器数组名称为GetAnalog[n]，将步骤S23内得出的新故障对应的故障编号ErrID及该新故障对应的故障相对发生时间ErrT保存到寄存器GetAnalog[n]中，即GetAnalog[n+i]＝ErrID_i，GetAnalog[n+10+i]＝ErrT_i。
在其中一个实施例中，故障发生的具体时间为ErrTime＝SystemTime+ErrT。
附图说明
图1为本发明一较佳实施方式的逆变器系统的监控与主控的通讯示意图；
图2为图1所述逆变器系统的02功能码表；
图3为图1所述逆变器系统的04功能码表；
图4及图5为本发明的逆变器故障发生时间分辨率的提高方法的流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请参阅图1至图5，为本发明一较佳实施方式的逆变器故障发生时间分辨率的提高方法，可以在不额外增加系统硬件基础上，将系统故障发生时间的分辨率提高，满足系统故障的故障排序，利于故障的定位。
如图1所示，逆变器中通常采用串口SCI通过Modbus协议实现主控与监控的通讯，其中监控为主机，主控为从机。为保障通讯成功率，通常采用9600波特率，且主机以轮询的方式向从机要求数据。假设载波信号采用9600波特率，主机向从机读取一个模拟量(04功能码)为例，根据Modbus协议，询问帧格式为“起始(≥3.5Ts)+从站地址+功能码+起始地址高位+起始地址低位+寄存器数高位+寄存器数低位+CRCH+CRCL+结束(≥3.5Ts)”，最少时间为(1/9600)*11*(3.5+3.5+1)*1000＝9.16ms。实际上主机和从机通讯通常包括状态量读取(02功能码)，模拟量读取(04功能码)，设置量下发(06功能码)等，轮询时间超过100ms以上，即故障时间分辨率在100ms以下。
一种逆变器故障发生时间分辨率的提高方法，利用PWM中断的周期细化分辨率作为计时基础，对逆变器故障的发生时间进行计算，包括如下步骤：
步骤S10：Modbus协议修改，设置02功能码、04功能码，进入步骤S20；
假设在一个周期Tz＝100ms的周期内，监控向主控循环访问读取数据，并假设该逆变器在周期Tz内发生的故障数量最高为10个。
如图2所示，02功能码中，逆变器发生的每一个故障，对应产生一个唯一的故障编号。
如图3所示，04功能码中，在第n字节地址后开辟一个20个字节长度的地址，为地址n+1到地址n+20。上文已假设该逆变器在周期Tz内发生的故障数量最高为10个，故前10个字节的地址分别存储每一个故障编号ErrID，即地址n+1到地址n+10分别对应存储故障编号ErrID1到ErrID10；后10个字节的地址分别存储每一个故障编号ErrID相对于监控基础时间的故障相对发生时间ErrT，即地址n+11到地址n+20分别对应存储ErrT1到ErrT10。
步骤S20：定义PWM中断次数K＝0，当前发生的故障次数i＝0，进入步骤S21；
步骤S21：检测系统是否有新的故障发生，若检测到新的故障发生，进入步骤S22；否则，继续执行S21保持检测；
步骤S22：PWM中断次数K进行加1，当前发生的故障次数i进行加1，进入步骤S23；
步骤S23：对当前新故障进行故障编号ErrID，并计算得出新故障的故障相对发生时间ErrT，进入步骤S24；
由于PWM中断在主控中断中占有最高优先级，因此，可将PWM中断的周期Tpwm作为检测故障相对发生时间的分辨率。
进一步地，若PWM载波频率为10KHz，则检测故障相对发生时间的分辨率为Tpwm＝100us(微秒)，将系统故障发生时间分辨率提高到us级别。
新故障的故障编号规则如下：
每当逆变器检测到新的故障发生时，对当前的故障计数值i进行加1操作后，对该新故障进行故障编号ErrID，分别记录为ErrID_1到ErrID_10。
新故障对应的故障相对发生时间ErrT的计算规则如下：
当检测到新的故障发生时，对当前新故障与上一故障的时间段内PWM中断的次数K进行累加1，并将该累加值K作为主控的故障对应监控基础时间的相对发生时间。若检测到新的故障为系统启动后的第一次故障，则累加当前新故障与系统启动的时间段内PWM中断次数K。
具体地，当检测到一新故障，该新故障与其上一故障的时间间隔内PWM中断次数K，则该新故障的故障相对发生时间ErrT＝Tpwm×K，单位为us。
其中，故障编号ErrID_1与故障相对发生时间ErrT_1对应，故障编号ErrID_2与故障相对发生时间ErrT_2对应……以此类推。
步骤S24：将当前故障的故障编号ErrID及其故障相对发生时间ErrT存入到对应的寄存器，进入步骤S30；
假设04功能码对应的寄存器数组名称为GetAnalog[n]，将步骤S23内得出的新故障对应的故障编号ErrID及该新故障对应的故障相对发生时间ErrT保存到寄存器GetAnalog[n]中，即GetAnalog[n+i]＝ErrID_i，GetAnalog[n+10+i]＝ErrT_i。
步骤S30：监控记录当前的系统时间SystemTime作为监控基础时间，进入步骤S31；
根据步骤S10，监控以每个周期Tz定时向主控询问数据，同时记录当前系统时间SystemTime作为监控基础时间，其中系统时间的分辨率需要保持与监控的通讯定时器周期一致，即当前监控的通讯定时器周期为100ms，则系统时间分辨率为100ms。
步骤S31：判断主控是否接受到监控的访问数据请求，如果有，则进入步骤S32；否则，返回执行步骤S21；
步骤S32：主控接收到的监控访问数据请求中，请求访问的数据地址是否等于步骤S23中故障编号ErrID及其故障相对发生时间ErrT在寄存器GetAnalog[n]中的地址GetAnalog[n+i]与GetAnalog[n+10+i]，如果是，则进入步骤S33；否则，返回执行步骤S21；
根据步骤S10，监控以每个周期Tz定时向主控询问数据，主控是否接受到监控访问数据请求，也相当于判断监控是否100ms定时触发轮询动作。
具体地，当主控接收到监控的访问数据请求时，判断请求数据地址是否为步骤S23中所述故障编号ErrID及其故障相对发生时间ErrT所保存的地址，如果是，则代表监控对主控的故障编号ErrID及其故障相对发生时间ErrT进行了读取。
步骤S33：访问寄存器GetAnalog[n]，将故障编号ErrID及其故障相对发生时间ErrT上传给监控，进入步骤S34；
步骤S34：计算得出故障发生的具体时间为ErrTime，进入步骤S35；
监控向主控请求数据访问，将寄存器GetAnalog[n]中的地址GetAnalog[n+1]到GetAnalog[n+20]中的数据读取并解析后，即可获得监控对主控的相邻两次轮询动作之间发生故障的故障编号ErrID及其故障相对发生时间ErrT，则可计算出每一个故障发生的具体时间＝监控基础时间+故障发生相对时间，即ErrTime＝SystemTime+ErrT。
步骤S35：寄存器GetAnalog[n]进行清零，返回执行步骤S20。
执行完毕步骤S34后，已计算得出故障发生的具体时间，寄存器GetAnalog[n]进行清零，清空寄存器GetAnalog[n]内存储的ErrID与ErrT，同时返回执行步骤S20，相当于将步骤S22的PWM中断次数K、故障次数i进行清零，以确保下一次监控对主控04功能码通讯时获取的故障编号ErrID及其故障相对发生时间ErrT为更新后的最新值。
本发明的逆变器故障发生时间分辨率的提高方法，利用PWM中断处理模块的周期，作为系统故障发生时间的分辨率，在不额外增加系统硬件基础上，将系统故障发生时间分辨率提高到微秒级别，满足对系统故障发生时间的排序，利于对系统故障的定位。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种逆变器故障发生时间分辨率的提高方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S10：Modbus协议修改，设置02功能码、04功能码，进入步骤S20；
步骤S20：定义PWM中断次数K＝0，当前发生的故障次数i＝0，进入步骤S21；
步骤S21：检测系统是否有新的故障发生，若检测到新的故障发生，进入步骤S22；否则，继续执行S21保持检测；
步骤S22：PWM中断次数K进行加1，当前发生的故障次数i进行加1，进入步骤S23；
步骤S23：对当前新故障进行故障编号ErrID，并计算得出该新故障的故障相对发生时间ErrT，进入步骤S24；
步骤S24：将当前故障的故障编号ErrID及其故障相对发生时间ErrT存入到对应的寄存器，进入步骤S30；
步骤S30：监控记录当前的系统时间SystemTime作为监控基础时间，进入步骤S31；
步骤S31：判断主控是否接受到监控的访问数据请求，如果有，则进入步骤S32；否则，返回执行步骤S21；
步骤S32：主控接收到的监控访问数据请求中，请求访问的数据地址是否等于步骤S23中故障编号ErrID及其故障相对发生时间ErrT在寄存器GetAnalog[n]中的地址GetAnalog[n+i]与GetAnalog[n+10+i]，如果是，则进入步骤S33；否则，返回执行步骤S21；
步骤S33：访问寄存器GetAnalog[n]，将故障编号ErrID及其故障相对发生时间ErrT上传给监控，进入步骤S34；
步骤S34：计算得出故障发生的具体时间为ErrTime，进入步骤S35；
步骤S35：寄存器GetAnalog[n]进行清零，返回执行步骤S20。
2.根据权利要求1所述的逆变器故障发生时间分辨率的提高方法，其特征在于，步骤S23对当前故障进行故障编号及其故障相对发生时间进行设置，采用如下规则：
新故障的故障编号规则如下：
每当逆变器检测到新的故障发生时，对当前的故障计数值i进行加1操作后，对该新故障进行故障编号ErrID，分别记录为ErrID_1到ErrID_10；
新故障对应的故障相对发生时间ErrT的计算规则如下：
当检测到新的故障发生时，对当前新故障与上一故障的时间段内PWM中断的次数K进行累加1，并将该累加值K作为主控的故障对应监控基础时间的相对发生时间；若检测到新的故障为系统启动后的第一次故障，则累加当前新故障与系统启动的时间段内PWM中断次数K；
具体地，当检测到一新故障，该新故障与其上一故障的时间间隔内PWM中断次数K，则该新故障的故障相对发生时间ErrT＝Tpwm×K，单位为us；
其中，故障编号ErrID_1与故障相对发生时间ErrT_1对应，故障编号ErrID_2与故障相对发生时间ErrT_2对应……以此类推。
3.根据权利要求1所述的逆变器故障发生时间分辨率的提高方法，其特征在于，步骤S24中，04功能码对应的寄存器数组名称为GetAnalog[n]，将步骤S23内得出的新故障对应的故障编号ErrID及该新故障对应的故障相对发生时间ErrT保存到寄存器GetAnalog[n]中，即GetAnalog[n+i]＝ErrID_i，GetAnalog[n+10+i]＝ErrT_i。
4.根据权利要求1或2所述的逆变器故障发生时间分辨率的提高方法，其特征在于，故障发生的具体时间为ErrTime＝SystemTime+ErrT。
5.根据权利要求1所述的逆变器故障发生时间分辨率的提高方法，其特征在于，PWM中断的周期Tpwm作为检测故障相对发生时间的分辨率；PWM载波频率为10KHz，检测故障相对发生时间的分辨率为Tpwm＝100us。
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