CN110392009A - 具有冗余功能的多逆变器并联载波同步装置及其同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有冗余功能的多逆变器并联载波同步装置及其同步方法，该同步系统包括一台主机、一台备用主机和多个从机，主机和备用主机结构相同，所述主机与备用主机均以广播方式与各个从机通过同步光纤连接在一起，各个从机通过二条同步线分别与主机和备用主机相连，主机与备用主机之间也通过二条同步线相连；该同步方法包括主机同步处理方法、备用主机同步处理方法和从机同步处理方法。本发明设计合理，主机/备用主机同时发送和接收同步信号，在主机故障时，备用主机仍能保证系统的正常运行，当主机恢复正常后，先与备用主机同步，同步后再投入运行，可实现平滑接入无冲击，提高了系统可靠性，能够将故障时的功率损失降到最低。

Description

具有冗余功能的多逆变器并联载波同步装置及其同步方法

技术领域

本发明属于多逆变器并联技术领域，尤其是一种具有冗余功能的多逆变器直接并联载波同步装置及其同步方法。

背景技术

目前，多逆变器并联技术已经得到了广泛的应用，如何对多逆变器进行有效的同步控制是多逆变器并联系统正常工作的前提。现有的载波同步技术通常采用主从方式，这种主从式控制方式不具有主机故障冗余功能，一旦主机出现故障，则整个系统不能正常运行，从而造成较大损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理且安全可靠的具有冗余功能的多逆变器并联载波同步装置及其同步方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种具有冗余功能的多逆变器并联载波同步装置，包括一台主机、一台备用主机和多个从机，所述主机和备用主机结构相同且均包括依次连接的主机/备用主机载波同步单元、逆变器数字信号处理器和逆变器主电路，所述从机包括依次连接的从机载波同步单元、逆变器数字信号处理器和逆变器主电路，所述主机的主机/备用主机载波同步单元与备用主机的主机/备用主机载波同步单元均以广播方式与各个从机的从机载波同步单元通过同步光纤连接在一起，各个从机通过二条同步线分别与主机和备用主机相连，主机与备用主机之间也通过二条同步线相连。

所述主机/备用主机载波同步单元包括FPGA芯片、多个光电转换单元及同步光纤，所述FPGA芯片与多个光电转换单元相连接，多个光电转换单元与其他主机、从机通过同步光纤相连接；所述FPGA芯片与其对应的逆变器数字信号处理器相连接。

所述从机载波同步单元包括FPGA芯片、二个光电转换单元及同步光纤，所述FPGA芯片与二个光电转换单元相连接，二个光电转换单元与主机、备用主机通过同步光纤相连接；所述FPGA芯片与其对应的逆变器数字信号处理器相连接。

所述主机上的主机/备用主机载波同步单元与其逆变器数字信号处理器通过高速数据通讯接口相连接并集成在一块主控板上；所述备用主机上的主机/备用主机载波同步单元与其逆变器数字信号处理器通过高速数据通讯接口相连接并集成在一块主控板上；所述从机上的从机载波同步单元与其逆变器数字信号处理器通过高速数据通讯接口相连接并集成在一块主控板上。

一种具有冗余功能的多逆变器并联载波同步装置的同步方法，包括主机同步处理方法、备用主机同步处理方法和从机同步处理方法；

所述主机同步处理方法包括以下步骤：

步骤1、主机是正常运行状态还是刚上电状态，如果是正常运行状态，则执行步骤3，否则执行步骤2；

步骤2、判断是否接收到备用主机同步信号，是则与备用主机同步信号进行同步，并执行步骤3，否则执行步骤3；

步骤3、向备用主机与各从机发同步信号，然后返回步骤1；

所述备用主机同步处理方法包括以下步骤；

步骤1、备用主机是否接收到主机同步信号？是则接收主机同步信号，然后执行步骤3，否则执行步骤2；

步骤2、向主机发出同步信号，然后执行步骤3；

步骤3、向各从机发同步信号，然后返回步骤1；

所述从机同步处理方法包括以下步骤：

步骤1、从机是否接收到主机同步信号？是则与主机同步，然后执行步骤3，否则执行步骤2；

步骤2、判断是否接收到备用主机同步信号？是则与备用主机同步，然后执行步骤3，否则执行步骤4；

步骤3、从机正常运行，并返回步骤1；

步骤4、从机停机，并返回步骤1。

本发明的优点和积极效果是：

1、本同步装置在主从广播模式的载波同步基础上，增加备用主机的冗余，主机/备用主机和从机之间采用广播方式传输同步信号，主机/备用主机同时发送和接收同步信号，在主机故障时，备用主机仍能保证系统的正常运行，当主机恢复正常后，先与备用主机同步，同步后再投入运行，可实现平滑接入无冲击，提高了系统可靠性。

2、本同步装置的载波同步单元由FPGA、光电转换单元、同步光纤组成，各载波同步单元之间传输信号为光信号，具备较强的抗干扰能力；该载波同步单元与逆变器数字信号处理器集成在同一控制板上，结构紧凑，可靠性高。

3、本同步方法采用主机冗余方法，提高了系统的运行可靠性，将故障时的功率损失降到最低；在主机恢复正常后，能平滑接入系统，保证系统不间断运行。

附图说明

图1是本发明的多逆变器并联载波同步装置的线路连接图；

图2是载波同步单元与逆变器其他部分关联结构图；

图3a是主机/备用主机载波同步单元电路方框图；

图3b是从机载波同步单元电路方框图；

图4是主机由故障恢复正常后与备用主机的再同步过程示意图；

图5是主机工作流程图；

图6是备用主机工作流程图；

图7是从机工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种具有冗余功能的多逆变器并联载波同步装置，图1所示，包括一台主机、一台备用主机和多个从机，所述主机和备用主机结构相同，均包括依次连接的主机/备用主机载波同步单元、逆变器数字信号处理器和逆变器主电路，所述从机包括依次连接的从机载波同步单元、逆变器数字信号处理器和逆变器主电路，所述主机的主机/备用主机载波同步单元与备用主机的主机/备用主机载波同步单元均以广播方式与各个从机的从机载波同步单元均通过同步光纤连接在一起，即主机通过n+1条同步线分别连接至备用主机和n台从机，备用主机通过n+1条同步线分别连至主机和n台从机，各从机通过二条同步线分别与主机和备用主机相连，各从机之间无直接连接。

在本系统中，同一逆变器的载波同步单元与逆变器数字信号处理器集成在主控板上，载波同步单元与逆变器数字信号处理器之间通过高速数据通讯接口进行数据交换；不同逆变器的载波同步单元之间通过同步光纤线互联，如图2所示。

本系统在正常工况下，主机以广播方式发出载波同步信号，备用主机与主机同步后也以广播方式发出同步信号，各从机接收来自主机和备用主机的同步信号(通常情况下因主机与备用主机同步，二者一致)，并以主机同步信号作为基准产生各自的载波信号。当主机出现故障时，备用主机接收不到主机发出的同步信号，继续向各从机发出同步信号，各从机以备用主机的同步信号作为载波信号基准，保证系统正常运行。当主机恢复正常后，在正常运行前，先与备用主机同步，同步后恢复正常运行，继续向备用主机及各从机发出同步信号，各从机仍同时接收主机和备用主机的同步信号，并与主机同步。

如图3a所示，所述主机/备用主机载波同步单元包括FPGA芯片、n个光电转换单元及同步光纤，FPGA芯片与n个光电转换单元及逆变器数字信号处理器相连接，n个光电转换单元与其他主机、从机通过同步光纤相连接。其中光电转换单元1接收同步光纤线中的备用主机/主机同步信号(光信号)并将其转为电信号传送给FPGA芯片，FPGA芯片处理后将电信号传送到其他光电转换单元，其他光电转换单元将该电信号通过同步光纤输出备用主机/主机同步信号(光信号)、从机同步信号分别连接备用主机/主机同步信号(光信号)。图3a是主机电路为例进行说明，备用主机的主机/备用主机载波同步单元与主机的主机/备用主机载波同步单元结构相同。

如图3b所示，所述从机载波同步单元包括FPGA芯片、二个光电转换单元及同步光纤，FPGA芯片与二个光电转换单元及逆变器数字信号处理器相连接，二个光电转换单元与主机、备用主机通过同步光纤相连接。其中光电转换单元1、光电转换单元2分别接收同步光纤线中的主机同步信号(光信号)和备用主机同步信号(光信号)并将其转为电信号传送给FPGA芯片。

在上述载波同步单元中，FPGA起到发送/接收同步信号、根据同步信号计数/清零、生成载波、故障判定、恢复运行的作用；光电转换单元将自身FPGA输出的同步电信号转换为光信号输出至其他逆变器的载波同步单元，将接收到的其他逆变器载波同步单元输出的同步光信号转换为电信号输入至自身FPGA。各逆变器载波同步单元之间通过同步光纤互联，采用一主机、一备用主机、多从机的广播模式，主机和备用主机同时发送与接收同步信号，各从机只接收同步信号。

下面对本发明的工作原理作进一步说明：

1、正常运行时，主机、备用主机与各从机在一个载波周期内，在载波峰值点和谷值点各同步一次，每次同步，主机向备用主机和各从机发出同步信号，并接收备用主机发出的同步信号；备用主机接收主机发来的同步信号，与之同步后，向主机和各从机发出同步信号；各从机接收来自主机和备用主机的同步信号，并与主机的同步信号同步。同步完成后，主机、备用主机和各从机的相关计数器都清零，重新开始计数，各载波同步单元输出各自的载波信号，逆变器各自输出PWM脉冲。

2、设载波周期为Ts，各逆变器时钟周期为T，则当备用主机或各从机的计数器达到Ts/(2*T)+m时，即在半个载波周期之后的m个时钟周期，仍未有同步信号到来，则认为主机或备用主机出现故障。

主机出故障时，从系统中切除，从机仍然可以收到备用主机发出的同步信号，备用主机和各从机组成的系统保持正常运行。

主机恢复正常后，需要先和备用主机同步，其在同步过程如图4所示：主机接到备用主机同步信号后持续n个载波周期，完成可靠同步后，主机再向从机和备用主机发出同步信号，输出PWM脉冲，加入系统中重新运行。从机也以主机输出的同步信号为基准，保证系统平稳运行。

3、备用主机或某台从机发生故障后，从系统中切除，不影响主机和其他从机的运行。故障的备用主机或从机恢复正常后，需要先与主机同步，接到主机同步信号后，立即输出PWM脉冲，加入系统中重新运行。

本发明的多逆变器并联载波同步方法包括主机同步处理方法、备用主机同步处理方法和从机同步处理方法，下面分别进行说明：

所述主机同步处理方法如图5所示，包括以下步骤：

步骤1、主机是正常运行状态还是刚上电状态，如果是正常运行状态，则执行步骤3，否则执行步骤2；

步骤2、判断是否接收到备用主机同步信号，是则与备用主机同步信号进行同步，并执行步骤3，否则执行步骤3；

步骤3、向备用主机与各从机发同步信号，然后返回步骤1。

所述备用主机同步处理方法如图6所示，包括以下步骤；

步骤1、备用主机是否接收到主机同步信号？是则接收主机同步信号，然后执行步骤3，否则执行步骤2；

步骤2、向主机发出同步信号，然后执行步骤3；

步骤3、向各从机发同步信号，然后返回步骤1。

所述从机同步处理方法如图7所示，包括以下步骤：

步骤1、从机是否接收到主机同步信号？是则与主机同步，然后执行步骤3，否则执行步骤2；

步骤2、判断是否接收到备用主机同步信号？是则与备用主机同步，然后执行步骤3，否则执行步骤4；

步骤3、从机正常运行，并返回步骤1；

步骤4、从机停机，并返回步骤1。

本发明未述及之处适用于现有技术。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种具有冗余功能的多逆变器并联载波同步装置，其特征在于：包括一台主机、一台备用主机和多个从机，所述主机和备用主机结构相同且均包括依次连接的主机/备用主机载波同步单元、逆变器数字信号处理器和逆变器主电路，所述从机包括依次连接的从机载波同步单元、逆变器数字信号处理器和逆变器主电路，所述主机的主机/备用主机载波同步单元与备用主机的主机/备用主机载波同步单元均以广播方式与各个从机的从机载波同步单元均通过同步光纤连接在一起，各个从机通过二条同步线分别与主机和备用主机相连，主机与备用主机之间也通过二条同步线相连。

2.根据权利要求1所述的具有冗余功能的多逆变器并联载波同步装置，其特征在于：所述主机/备用主机载波同步单元包括FPGA芯片、多个光电转换单元及同步光纤，所述FPGA芯片与多个光电转换单元相连接，多个光电转换单元与其他主机、从机通过同步光纤相连接；所述FPGA芯片与其对应的逆变器数字信号处理器相连接。

3.根据权利要求1所述的具有冗余功能的多逆变器并联载波同步装置，其特征在于：所述从机载波同步单元包括FPGA芯片、二个光电转换单元及同步光纤，所述FPGA芯片与二个光电转换单元相连接，二个光电转换单元与主机、备用主机通过同步光纤相连接；所述FPGA芯片与其对应的逆变器数字信号处理器相连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的具有冗余功能的多逆变器并联载波同步装置，其特征在于：所述主机上的主机/备用主机载波同步单元与其逆变器数字信号处理器通过高速数据通讯接口相连接并集成在一块主控板上；所述备用主机上的主机/备用主机载波同步单元与其逆变器数字信号处理器通过高速数据通讯接口相连接并集成在一块主控板上；所述从机上的从机载波同步单元与其逆变器数字信号处理器通过高速数据通讯接口相连接并集成在一块主控板上。

5.一种如权利要求1至4任一项所述具有冗余功能的多逆变器并联载波同步装置的同步方法，其特征在于包括主机同步处理方法、备用主机同步处理方法和从机同步处理方法；

所述主机同步处理方法包括以下步骤：

步骤1、主机是正常运行状态还是刚上电状态，如果是正常运行状态，则执行步骤3，否则执行步骤2；

步骤2、判断是否接收到备用主机同步信号，是则与备用主机同步信号进行同步，并执行步骤3，否则执行步骤3；

步骤3、向备用主机与各从机发同步信号，然后返回步骤1；

所述备用主机同步处理方法包括以下步骤；

步骤1、备用主机是否接收到主机同步信号？是则接收主机同步信号，然后执行步骤3，否则执行步骤2；

步骤2、向主机发出同步信号，然后执行步骤3；

步骤3、向各从机发同步信号，然后返回步骤1；

所述从机同步处理方法包括以下步骤：

步骤1、从机是否接收到主机同步信号？是则与主机同步，然后执行步骤3，否则执行步骤2；

步骤2、判断是否接收到备用主机同步信号？是则与备用主机同步，然后执行步骤3，否则执行步骤4；

步骤3、从机正常运行，并返回步骤1；

步骤4、从机停机，并返回步骤1。