CN113726687A - 数据传输系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据传输系统及方法，发送单元向接收单元发送数据，数据发送包括：按任务周期、任务优先级对不同种类和数据量的变流器应用数据进行划分，按传输优先级从划分的各组变流器应用数据中抽取数据进行组帧，形成数据帧进行处理和发送；接收单元接收来自发送单元的数据，传输优先级包括任务优先级、每组数据量和传输时间片的权重组合；通过多个控制器之间和/或一个控制器内部包含发送单元和接收单元，使得多个控制器之间和/或一个控制器内部协同工作时实施数据分时传输机制。

Description

数据传输系统及方法

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，特别涉及一种数据传输系统及方法。

背景技术

在变流器大功率应用场景下，变流器并联是系统扩容的主要方式。在多个变流器并联的控制系统中，随着并联支路的增加，主控制器和从控制之间的交互数据也大大增加，包括母线电压、三相电流、功率套件温度、控制指令、配置参数、从站高速录波数据、从站日志文件等，这就对变流器控制系统的通讯方案设计提出了更高的要求。

现有的多个变流器并联工作时的数据交互方法主要有以下几种：

中国专利申请CN104950765A提到了一种基于CAN总线的逆变器并联系统。主控制器定时通过CAN总线向所有从机发送状态信息请求，所有从控制器响应请求并将自身的状态信息发送到CAN总线。此方法的缺点是CAN通讯的传输速率较低，因而数据交互速率也低；此外CAN通讯在高压电磁环境下易受到干扰，影响数据传输，稳定性较差。

中国专利申请CN107834817A提到了一种基于EtherCAT以太网通讯的变流器并联系统。EtherCAT主站根据各变流器的反馈数据生成调制波和控制命令，写入各EtherCAT从站控制器中。各微处理器再将获取的变流器反馈数据写入对应的EtherCAT从站控制器中，由EtherCAT主站读取。此方法的缺点是依赖于专用的EtherCAT软硬件，增加额外成本投入；此外故障发生后不利于诊断。

中国专利申请CN111817592A提到了基于SPI通信的大功率逆变器并联系统。上位机通过RS422通信向所有逆变器控制单元发送一个数据帧，包含电压指令和PWM脉冲使能指令；上位机每发送一次数据帧，逆变器控制单元随即将自身的状态数据发送给上位机。主机控制单元通过SPI通信将其生成的PWM脉冲信号发送给从机控制单元。此方法的缺点是通讯接线复杂，并且通讯速率低，高压电磁环境下易受干扰。

此外上述现有技术中，控制器之间交互的数据都比较固定和单一，在数据种类较多或者数据量较大的情况下需重新设计传输方式，不利于灵活扩展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数据传输系统及方法，以解决现有的变流器控制系统的通讯方案在数据种类较多或者数据量较大的情况下不利于灵活扩展的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种数据传输方法，包括：

发送单元向接收单元发送数据，其中数据发送的方法包括：

按任务周期、任务优先级对不同种类和数据量的变流器应用数据进行划分，以及

按传输优先级从划分的各组变流器应用数据中抽取数据进行组帧，形成数据帧进行处理和发送；

接收单元接收来自发送单元的数据，

所述传输优先级包括任务优先级、每组数据量和传输时间片的权重组合；

通过多个控制器之间和/或一个控制器内部包含发送单元和接收单元，使得多个控制器之间和/或一个控制器内部协同工作时实施数据分时传输机制。

可选的，在所述的数据传输方法中，其中数据接收的方法包括：

按传输优先级对接收的数据帧进行解帧，以及

按任务周期、任务优先级将解帧后的数据恢复为不同种类和数据量的变流器应用数据；

所述控制器应用于变流装置。

可选的，在所述的数据传输方法中，所述变流装置包括至少一个变流器、变流器集群和/或变流器组件，每个变流器、变流器集群和/或变流器组件分别对应一个从控制器，从控制器采集其对应的变流器、变流器集群和/或变流器组件的状态数据提供至主控制器，提供自身的状态数据至主控制器，并接收主控制器发送的控制信息，以实现主控制器和多个从控制器之间进行通信以传递交互数据；

所述主控制器和从控制器均包含发送单元和接收单元：

其中主控制器的发送单元发送数据至从控制器的接收单元；

其中从控制器的发送单元发送数据至主控制器的接收单元；

主控制器向从控制器发送控制指令以控制变流器、变流器集群和/或变流器组件的动作；以及

主控制器向从控制器发送配置参数对从控制器功能模块进行配置；

其中变流器、变流器集群和/或变流器组件的状态数据包括母线电压、三相电流和功率套件温度，从控制器的状态数据包括从站高速录波数据和从站日志文件。

可选的，在所述的数据传输方法中，多个变流装置之间和/或一个变流装置内部协同工作时实施数据分时传输机制包括：

主控制器和从控制器之间的交互数据按优先级进行分类，交互数据包括变流器的状态数据、从控制器的状态数据、控制指令、配置参数；

调节主控制器与从控制器的数据传输频率、传输数据量与传输时间片，以增加数据传输的灵活性与可靠性。

可选的，在所述的数据传输方法中，还包括：

发送单元和接收单元在设计上分为应用层、数据链路层和物理层；

在所述发送单元中，应用层对所有要传输的交互数据按任务周期、任务优先级进行划分，分为m组；

应用层生成m个数据buffer，并将按照任务周期、任务优先级划分成m组的交互数据，依次填入各个数据buffer；

数据链路层确定每帧数据的数据格式，将每帧数据的传输固定为n个字节；

数据链路层按照组帧算法，确定每帧数据的组帧格式，然后按照组帧格式从各个数据buffer中抽取交互数据进行打包，形成打包好的帧数据；

物理层将打包好的帧数据进行处理和发送；

在所述接收单元中，应用层、数据链路层和物理层的设计均为发送单元的逆向过程。

可选的，在所述的数据传输方法中，还包括：数据链路层按照组帧算法，确定每帧数据的组帧格式包括：

确定每帧数据的固定传输为n个字节；

确定m个数据buffer的每组数据量，记为L1，L2，…，Lm个字节；

确定m组数据buffer中，每组数据buffer的传输周期分别为几帧，定义为N1，N2，…，Nm帧；

确定每组数据buffer的传输时间片分别为第a1～b1帧，第a2～b2帧，…，第am～bm帧，其中0≤ax≤bx≤Nx,x∈[1,m]。

可选的，在所述的数据传输方法中，还包括：按照组帧格式从各个数据buffer中抽取交互数据进行打包，形成打包好的帧数据包括：

组帧时，根据m个数据buffer的每组数据量、帧数和传输时间片，计算每组数据buffer的传输优先级；

其中传输优先级为任务优先级、每组数据量和传输时间片的权重组合；

按照传输优先级由高到低的顺序，对优先级最高的数据buffer进行如下操作：

从数据buffer中抽取其中一个数据填入数据包，已抽取的数据buffer的数据量减1，重复该步骤直到一帧数据打包完成；

各个数据buffer在各自的传输周期内更新一次。

可选的，在所述的数据传输方法中，还包括：对主控制器和从控制器之间的交互数据进行分类，包括：

主控制器至从控制器数据，其由主控制器传输至从控制器；

从控制器至主控制器数据，其由从控制器传输至主控制器；

将两种数据分别按任务周期和任务优先级进行划分，分为m组；

确定m组数据的传输参数，包括传输周期、传输起始帧、传输结束帧和每组数据量；通过调整每组数据的传输参数，生成分时传输不同的传输效果。

可选的，在所述的数据传输方法中，

其中包括m组数据，任务优先级由高到低为第1buffer、第2buffer、…、第mbuffer；

第一buffer的传输周期为N1帧，传输起始帧为第a1帧，传输结束帧为第b1帧，数据量为L1byte；其中0≤a1≤b1≤N1

第二buffer的传输周期为N2帧，传输起始帧为第a2帧，传输结束帧为第b2帧，数据量为L2byte；其中0≤a2≤b2≤N2

第m buffer的传输周期为Nm帧，传输起始帧为第am帧，传输结束帧为第bm帧，数据量为Lmbyte；其中0≤am≤bm≤Nm。

可选的，在所述的数据传输方法中，多帧数据包的分时传输包括：

每帧数据由第一buffer、第二buffer、…、第m buffer进行组合；

各个buffer数据在各自确定的传输时间片内进行传输；

各个buffer数据在各自确定的传输周期内传输一次；

通过调整第一buffer、第二buffer、…、第m buffer的传输参数，生成分时传输不同的传输效果。

本发明还提供一种数据传输系统，包括：

发送单元，被配置为向接收单元发送数据，其中数据发送的方法包括：

按任务周期、任务优先级对不同种类和数据量的变流器应用数据进行划分，以及

按传输优先级从划分的各组变流器应用数据中抽取数据进行组帧，形成数据帧进行处理和发送；

接收单元，被配置为接收来自发送单元的数据；

所述传输优先级包括任务优先级、每组数据量和传输时间片的权重组合；

通过多个控制器之间和/或一个控制器内部包含发送单元和接收单元，使得多个控制器之间和/或一个控制器内部协同工作时实施数据分时传输机制。

本发明还提供一种发电系统，包括控制器，所述控制器被配置为执行上述所述数据传输方法。本发明提供的发电系统，其具有控制器，所述控制器执行上述方法。所述发电系统包括风力发电系统、水力发电系统、光伏发电系统、潮汐发电系统等；所述控制器可以用软件、硬件或固件或其组合来实现。控制器既可以单独存在，也可以是某个部件的一部分。

在本发明提供的数据传输系统及方法中，通过多个控制器之间的数据传输在设计上分为物理层、数据链路层和应用层，使得多个控制器并联工作时实施数据分时传输机制，实现了多个控制器并联工作时的数据分时传输，满足控制系统的通讯方案设计对高灵活性、高时效性的要求，解决了现有的控制系统的通讯方案不利于灵活扩展的问题。

本发明提出一种多个变流器并联工作时的数据分时传输机制。本发明中主控制器和从控制之间的交互数据按优先级进行分类，且主控制器与从控制器的数据传输频率可调，传输数据量与传输时间片可调，大大增加了数据传输的灵活性与可靠性，易于模块扩展。

本发明优点如下：主控制器与从控制器的数据传输频率可调，传输数据量与传输时间片可调，增加了数据传输的灵活性，易于模块扩展。传输方法分层次设计，分工明确，在传输故障时易于定位。在帧校验的基础上，可增加应用层每组数据的校验，增强了数据传输的可靠性。避免数据拥堵、冲突等。

本发明的数据传输方法应用于发电、储存、变流装置、驱动和伺服控制领域。

附图说明

图1是本发明一实施例变流装置数据传输方法每帧数据包示意图；

图2是本发明一实施例变流装置数据传输方法帧数据打包示意图；

图3是本发明一实施例中的变流器并联控制系统示意图；

图4是本发明一实施例中的变流器并联控制系统的自定义数据帧示意图；

图5是本发明一实施例中的变流器并联控制系统中多个主控制器连接示意图；

图6是本发明一实施例中的变流器并联控制系统中总控制器和主控制器连接示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。

在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。

在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。

在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。

另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的变流装置数据传输系统及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的目的在于提供一种变流装置数据传输系统及方法，以解决现有的变流器控制系统的通讯方案不利于灵活扩展的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种变流装置数据传输系统及方法，包括发送单元和接收单元，发送单元和接收单元在设计上均分为应用层、数据链路层和物理层：

物理层，被配置为在“bit”的层次实现多个变流器之间的数据传输；数据链路层，被配置为在“帧”的层次对多个变流器的数据进行管理，负责数据的组帧；应用层，被配置为对不同数据种类和数据量的应用进行支持；通过多个变流器之间的数据传输包含发送单元和接收单元，并在设计上分为物理层、数据链路层和应用层，使得多个变流器并联工作时实施数据分时传输机制。

本发明提出一种多个变流器并联工作时的数据分时传输机制。本发明中主控制器和从控制之间的交互数据按优先级进行分类，且主控制器与从控制器的数据传输频率可调，传输数据量与传输时间片可调，大大增加了数据传输的灵活性与可靠性，易于模块扩展。

在本发明的一个实施例中，一种多个变流器并联工作时的数据分时传输机制，其数据传输在设计上分为三层：物理层，数据链路层和应用层。物理层在“bit”的层次实现数据的传输；数据链路层在“帧”的层次对数据进行管理，负责数据的组帧；应用层负责对不同数据种类，数据量的应用进行支持。

在本发明的一个实施例中，具体的数据传输方法为：应用层对所有要传输的数据按任务周期、任务优先级进行划分，分为m组；应用层生成m个数据buffer，并将要传输的数据按照划分，依次填入各个数据buffer；数据链路层确定每帧的数据格式，每帧数据传输固定为n个字节；数据链路层按照组帧算法，确定每一帧的组帧格式，然后按照组帧格式从各个数据buffer中抽取数据进行打包；物理层将打包好的帧数据进行处理和发送。

在本发明的一个实施例中，数据分时传输的核心步骤在于数据链路层的组帧方法。具体方法如下：首先确定每帧固定传输n个字节；确定m组数据的每组数据量，记为L1，L2，…，Lm个字节；确定m组数据中，每组数据的传输周期分别为几帧，定义为N1，N2，…，Nm帧；确定每组数据的传输时间片分别为第a1～b1帧，第a2～b2帧，…，第am～bm帧(其中0≤ax≤bx≤Nx,x∈[1,m])；组帧时按照以上参数计算每组数据的传输优先级，在传输优先级最高的数据buffer中，抽取出一个数据填入数据包；此处的传输优先级可以是任务优先级、数据量、传输时间片中的权重组合。已抽取的buffer数据量减1，重新回到抽取出一个数据填入数据包的步骤并循环，直到一帧数据打包完成。各个数据buffer在各自的传输周期内更新一次。

本发明优点如下：主控制器与从控制器的数据传输频率可调，传输数据量与传输时间片可调，增加了数据传输的灵活性，易于模块扩展。传输方法分层次设计，分工明确，在传输故障时易于定位。在帧校验的基础上，可增加应用层每组数据的校验，增强了数据传输的可靠性。避免数据拥堵、冲突等。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，提供一种数据链路层的通讯帧格式。对变流器的主控制器和从控制器之间交互的母线电压、三相电流、功率套件温度、控制指令、配置参数、从站高速录波数据、从站日志文件等按主控制器—>从控制器和从控制器—>主控制器分类。以从控制器—>主控制器的数据为例：按任务周期、任务优先级进行划分，分为3组。确定这几组数据的传输参数，如表1所示。任务优先级为第一buffer最高，第二buffer次之，第三buffer最低。

如图2所示，提供一种数据分时传输实例，展示了3组数据的分时传输效果。图2中一行代表一帧的数据包，共展示了8帧数据包的分时传输效果。实例中每帧数据由第一buffer，第二buffer，第三buffer进行组合。各个buffer数据在各自确定的传输时间片内进行传输。各个buffer数据在各自确定的传输周期内传输一次。通过调整表1的传输参数，分时传输还可以有不同的传输效果。因此变流器主从控制器之间的数据传输可以根据配置来进行调节，大大增加了数据传输的灵活性，易于模块扩展。

表1

n2＝35bytes

在变流器大功率应用场景下，变流器并联是系统扩容的主要方式。载波同步是变流器并联的关键技术之一。若发生载波不同步的情况会导致变流器间出现环流，从而使并网电流畸变严重，造成功率浪费，发热与干扰，从而影响整个系统的安全性与可靠性。

现有的多个变流器并联工作时的载波同步方法主要有以下几种：

一是将多个变流器控制系统中的主控制器与从控制器通过通讯线连接，然后由主控制器产生专有的同步信号传输至每个从控制器，周期性地进行同步。此方法的缺点是除了传输控制数据之外，还需要额外的通讯线来传输专有的同步信号，增加了连线数量；部分还需要特殊的硬件电路用于产生同步信号，增加了硬件成本。

二是主控制器和从控制器之间通过CAN总线的方式进行通讯，主控制器是通过向从控制器发送CAN同步帧的方式来进行同步。此方法的缺点是CAN通讯的传输速率较低，影响同步效果；此外CAN通讯在高压电磁环境下易受到干扰，影响数据传输，稳定性较差。

三是主控制器和从控制器之间通过以太网通讯的方式进行通讯，例如EtherCAT通讯方式。控制器之间的同步则是依赖于EtherCAT提供的时钟同步功能；虽然此方法同步精度较高，可达40ns，但具有依赖专用的软硬件、增加额外成本投入、故障发生后不利于诊断的缺点。

本发明通过提供一种多个变流器并联时的载波同步方法，应用于一种变流器并联控制系统，解决了现有的多个变流器并联工作时的载波同步需要额外专有同步线，抗干扰能力弱，同步精度低，额外软硬件投入等问题。

本发明提供一种变流装置协同工作时的同步方法，应用于变流器控制系统，如图3～6所示，包括：第一控制器，被配置为同时向多个第二控制器发送自定义通信帧，其中自定义通信帧包括帧头和原有交互数据包；以及第二控制器，每个第二控制器被配置为执行以下动作：根据自定义通信帧的帧头提取出同步信号，以及根据原有交互数据包提取该变流装置的应用信息。其中，第一控制器可以为主控制器，第二控制器可以为从控制器。主控制器和从控制器从属于所述变流器控制系统；所述变流装置包括至少一个变流器、变流器集群和/或变流器组件。

在本发明的一个实施例中，如图3所示，在所述的同步方法中，在第一控制器和与其相应的第二控制器之间：所述第一控制器包括自定义通讯主模块，其发送自定义通信帧至第二控制器，并接收第二控制器发送的自定义通信帧；所述第二控制器包括自定义通讯从模块，其发送自定义通信帧至第一控制器，并接收第一控制器发送的自定义通信帧；自定义通讯主模块以第一固有周期向各个自定义通讯从模块发送自定义通信帧；各个自定义通讯从模块以第二固有周期向自定义通讯主模块发送自定义通信帧。

在本发明的一个实施例中，在所述的同步方法中，如图4所示，自定义通信帧固定为n个字节，通过编码方式或设置帧头为固定数据的方式，使得帧头和原有交互数据包能够被区分开来，以使得自定义通讯主模块和自定义通讯从模块能够在每一帧中识别出帧头；自定义通讯从模块接收到自定义通信帧后，产生一个解帧信号，并根据解帧信号产生同步信号。

在本发明的一个实施例中，在所述的变流器控制系统中，生成同步信号的步骤包括：第一控制器和各个第二控制器上电加载启动；自定义通讯主模块和各个自定义通讯从模块分别开始运行；自定义通讯主模块向各个自定义通讯从模块发送自定义通信帧，至各从站的通讯帧发送时刻严格对齐；自定义通讯主模块发送完毕每一帧自定义通信帧之后，以符合第一固定周期发送下一帧，周而复始；各个自定义通讯从模块从接收的自定义通信帧中识别出帧头，产生解帧信号；各个自定义通讯从模块根据解帧信号生成同步信号。

在本发明的一个实施例中，在所述的变流器控制系统中，生成同步信号的步骤还包括：自定义通讯主模块能够识别从各个自定义通讯从模块发送的自定义通信帧的先后时差，对发送给各自定义通讯从模块的自定义通信帧的发送时刻进行调整，以减小同步信号的抖动，提高同步精度；各自定义通讯从模块的同步信号的抖动包括：第一控制器发出比特流到通讯线之间的布线和元器件抖动、各组通讯线长度参差造成的抖动、各组通讯线介质不均匀造成的抖动、通讯线到各自定义通讯从模块接收到比特流的布线和元器件抖动、各第二控制器晶振的差异造成解析时刻的抖动。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，提供一种自定义通信帧示意图，数据帧固定为n个字节，分为两部分：帧头和数据包。

在本发明的一个实施例中，在所述的变流器控制系统中，如图5所示，所述第一控制器的数量为多个，每个第一控制器对应控制多个第二控制器，每个第二控制器对应控制一台协同的变流器；在多个第一控制器中选择一基准控制器(图5中的第一控制器2)，剩余第一控制器作为跟随控制器(图6中的第一控制器1)，跟随控制器通过一组通讯线连接至基准控制器。跟随控制器不仅需要搭载自定义通讯主模块，还需搭载自定义通讯从模块。基准控制器仅搭载自定义通讯主模块。

在本发明的一个实施例中，在所述的变流器控制系统中，生成同步信号的步骤包括：多个第一控制器和各个第二控制器上电加载启动；基准控制器通过自定义通讯主模块与跟随控制器的自定义通讯从模块进行数据帧交互，其中基准控制器通过识别自定义通信帧的离开时刻与返回时刻，确定跟随控制器和基准控制器的时间差；跟随控制器在接收到来自基准控制器的帧头后，在同一时刻开始向其对应的第二控制器发送自定义通信帧；基准控制器根据识别出的时间差，调整向其对应的第二控制器发送自定义通信帧的起始时刻，使之与跟随控制器向第二控制器发送自定义通信帧的起始时刻保持一致；各个自定义通讯从模块从接收的自定义通信帧中识别出帧头并产生解帧信号，再根据解帧信号生成同步信号。

在本发明的一个实施例中，在所述的变流器控制系统中，如图6所示，还包括总控制器(图6中的第一控制器n+1)，所述第一控制器(图6中的第一控制器1～n)的数量为多个，总控制器对应控制多个第一控制器，每个第一控制器对应控制多个第二控制器，每个第二控制器对应控制一台协同的变流器；第一控制器分别通过一组通讯线连接至总控制器，从而形成多级星型通讯拓扑。在多个第一控制器中，不仅需要搭载自定义通讯主模块，还需搭载自定义通讯从模块。总控制器仅搭载自定义通讯主模块。

在本发明的一个实施例中，在所述的变流器控制系统中，生成同步信号的步骤包括：总控制器、各个第一控制器和各个第二控制器上电加载启动；自定义通讯主模块和各个自定义通讯从模块分别开始运行；总控制器的自定义通讯主模块向第一控制器的自定义通讯从模块发送自定义通信帧，至各自定义通讯从模块的通讯帧发送时刻严格对齐；总控制器的自定义通讯主模块发送完一帧自定义通信帧后，以符合第一固定周期发送下一帧，周而复始；第一控制器的自定义通讯从模块在接收的自定义通信帧中识别出帧头，产生解帧信号，根据解帧信号生成同步信号；第一控制器同步之后，在同一时刻开始向各个第二控制器发送自定义通信帧，周而复始；第二控制器的自定义通讯从模块在接收的自定义通信帧中识别出帧头，产生解帧信号，根据解帧信号生成同步信号。

在本发明提供的变流器控制系统中，通过第一控制器同时向多个第二控制器发送自定义通信帧，每个第二控制器根据自定义通信帧的帧头提取出同步信号，以及根据自定义通信帧的原有交互数据包提取该变流装置的应用信息，既可以进行数据解析，又可以用于进行同步，无需额外的硬件同步线，也无需在协同系统中传输专有的同步信号或者同步帧，仅需各控制器之间正常通讯和交互数据帧，即可达到高精度的同步要求，同步精度可达25ns。

此外控制器之间的通讯线可以采用光纤、屏蔽电缆等，抗干扰能力强。

本发明优点如下：

无需额外的硬件同步线，无需传输专有同步信号或者同步帧，节省硬件资源；无需复杂的协议栈，通过某种定义方式将帧头和数据包区分开来，即可以识别出帧头进行数据解析，又可以用于进行同步，实现简单；同步周期可灵活配置；同步精度高；在本方案的实例中，实测可达25ns；可采用抗干扰性强的通讯线，例如光纤或屏蔽电缆等，克服高压电磁干扰带来的影响；扩展性好，可实现多级同步。

此同步方法相对于现有同步方法的改进点在于：

无需传输专有的同步信号，也不用传输额外的同步帧，控制器之间只是正常地交互数据；交互的数据帧一共n个字节，分为两部分：帧头和数据包。

通过某种定义方式将帧头和数据包区分开来，通过识别出帧头，既可以进行数据解析，又可以用于进行同步；定义方式可以是编码方式，也可以是固定数据，或者其他可以区分帧头和数据包的方式。

同步周期灵活可调，因为解帧信号每帧产生一次，可以通过配置每帧数据的长度或者插入空闲时间来调节每帧数据的传输时间，再通过配置将同步信号配置为每隔N帧产生一次。

本发明所述的多个变流器控制系统包括多个第一控制器和多个第二控制器，其中每个第一控制器对应多个第二控制器，每个第二控制器对应控制一台协同的变流器；每个第二控制器通过一组通讯线与第一控制器相连，从而形成星型通讯拓扑结构；其中所述通讯线可以是光纤、屏蔽电缆等抗干扰能力较强的线缆。

第一控制器和第二控制器均在各自的嵌入式处理器上实现了一种自定义通讯模块；该自定义通讯模块高度模块化，它分为主站模块(自定义通讯主模块)和从站模块(自定义通讯从模块)两种，用于第一控制器和第二控制器之间交互自定义通信帧；

自定义通讯主模块周期性地向各从站模块发送自定义通信帧，每帧发送结束后紧接着发送下一帧，周而复始；相应地，各自定义通讯从模块也周期性地向主站模块发送自定义通信帧。

自定义通信帧一共n个字节，分为两部分：帧头和数据包；自定义通信帧通过某种定义方式，使得帧头和原有交互数据包(简称为数据包)可以区分开来，从而使得自定义通讯模块可以在每一帧中识别出帧头；随后从站模块产生一个解帧信号，同步信号由此而来；其中提到的定义方式可以是编码方式，也可以是固定数据，或者其他。

如图3所示，本发明提供了一种多个变流器协同工作时的控制系统；所述的多个变流器控制系统包括一个第一控制器和n个第二控制器，其中每个第二控制器对应控制一台协同的变流器；每个第二控制器通过一组通讯线与第一控制器相连，从而形成星型通讯拓扑结构。

如图4所示，本发明提供了一种自定义通信帧格式；在具体实施例中，帧头定义为特殊数据SOF，剩余的数据包中不再出现这一数据；同步步骤为：第一控制器和各个第二控制器上电加载启动；自定义通讯主站模块和各个从站模块分别开始运行；自定义通讯主站模块向各个从站模块发送自定义通信帧，至各从站的通讯帧发送时刻严格对齐；主站模块发送完毕每一帧通讯帧之后，紧接着再发送下一帧，周而复始；各个自定义通讯从站模块从接收的通讯帧中识别出帧头SOF，产生解帧信号；各个自定义通讯从站模块根据解帧信号生成同步信号。

如图5所示，本发明提供了又一种多个变流器协同工作时的控制系统；所述的多个变流器控制系统包括两个第一控制器和2*n个第二控制器，其中每个第一控制器对应控制n台第二控制器，每个第二控制器对应控制一台协同的变流器；两台第一控制器之间通过一组通讯线连接，两台第一控制器的通讯是由第一控制器2实现主站模块，第一控制器1实现从站模块；具体同步步骤为：两个第一控制器和各个第二控制器上电加载启动；两台第一控制器通过自定义通讯模块进行数据帧交互，其中第一控制器2通过识别自定义帧离开时刻与帧返回时刻来确定第一控制器1和第一控制器2的时间差；第一控制器1在接收到来自第一控制器2的SOF后，在同一时刻开始向n台第二控制器发送自定义通信帧；第一控制器2根据识别出的两台第一控制器之间的时间差，调整向n台第二控制器发送自定义通信帧的起始时刻，使之与第一控制器1向第二控制器发送自定义通信帧的时刻保持一致；各个自定义通讯从站模块从接收的通讯帧中识别出帧头SOF并产生解帧信号，再根据解帧信号生成同步信号。

如图6所示，本发明提供了再一种多个变流器协同工作时的控制系统；所述的多个变流器控制系统包括n+1个第一控制器和n*m个第二控制器，其中每个第一控制器对应控制m台第二控制器，每个第二控制器对应控制一台协同的变流器；第一控制器1～n分别通过一组通讯线连接至第一控制器n+1，从而形成多级星型通讯拓扑；n+1台第一控制器们之间的通讯是由第一控制器1～n实现从站模块，第一控制器n+1实现主站模块；具体同步步骤为：各个第一控制器和各个第二控制器上电加载启动；自定义通讯主站模块和各个从站模块分别开始运行；第一控制器n+1的主站模块向第一控制器1～n的从站模块发送自定义通信帧，至各从站模块的通讯帧发送时刻严格对齐；第一控制器n+1的主站模块发送完毕每一帧通讯帧之后，紧接着再发送下一帧，周而复始；第一控制器1～n的从站模块从接收的通讯帧中识别出帧头SOF，产生解帧信号，再根据解帧信号生成同步信号；第一控制器1～n同步之后，在同一时刻开始向各个第二控制器发送自定义通信帧，周而复始；第二控制器上的从站模块从接收的通讯帧中识别出帧头SOF，产生解帧信号，再根据解帧信号生成同步信号。

综上，上述实施例对变流装置数据传输系统及方法的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种数据传输方法，其特征在于：

发送单元向接收单元发送数据，其中数据发送的方法包括：

按任务周期、任务优先级对不同种类和数据量的变流器应用数据进行划分，以及

按传输优先级从划分的各组变流器应用数据中抽取数据进行组帧，形成数据帧进行处理和发送；

接收单元接收来自发送单元的数据；

所述传输优先级包括任务优先级、每组数据量和传输时间片的权重组合；

通过多个控制器之间和/或一个控制器内部包含发送单元和接收单元，使得多个控制器之间和/或一个控制器内部协同工作时实施数据分时传输机制。

2.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，其中数据接收的方法包括：

按传输优先级对接收的数据帧进行解帧，以及

按任务周期、任务优先级将解帧后的数据恢复为不同种类和数据量的变流器应用数据；

所述控制器应用于变流装置。

3.如权利要求2所述的数据传输方法，其特征在于，所述变流装置包括至少一个变流器、变流器集群和/或变流器组件，每个变流器、变流器集群和/或变流器组件分别对应一个从控制器，从控制器采集其对应的变流器、变流器集群和/或变流器组件的状态数据提供至主控制器，提供自身的状态数据至主控制器，并接收主控制器发送的控制信息；

所述主控制器和从控制器均包含发送单元和接收单元：

其中主控制器的发送单元发送数据至从控制器的接收单元；

其中从控制器的发送单元发送数据至主控制器的接收单元；

主控制器向从控制器发送控制指令以控制变流器、变流器集群和/或变流器组件的动作；以及

主控制器向从控制器发送配置参数对从控制器功能模块进行配置；

其中变流器、变流器集群和/或变流器组件的状态数据包括母线电压、三相电流和功率套件温度，从控制器的状态数据包括从站高速录波数据和从站日志文件。

4.如权利要求3所述的数据传输方法，其特征在于，多个变流装置之间和/或一个变流装置内部协同工作时实施数据分时传输机制包括：

主控制器和从控制器之间的交互数据按优先级进行分类，交互数据包括变流器的状态数据、从控制器的状态数据、控制指令、配置参数；

调节主控制器与从控制器的数据传输频率、传输数据量与传输时间片，以增加数据传输的灵活性与可靠性。

5.如权利要求4所述的数据传输方法，其特征在于，还包括：

发送单元和接收单元在设计上分为应用层、数据链路层和物理层；

在所述发送单元中，应用层对所有要传输的交互数据按任务周期、任务优先级进行划分，分为m组；

应用层生成m个数据buffer，并将按照任务周期、任务优先级划分成m组的交互数据，依次填入各个数据buffer；

数据链路层确定每帧数据的数据格式，将每帧数据的传输固定为n个字节；

数据链路层按照组帧算法，确定每帧数据的组帧格式，然后按照组帧格式从各个数据buffer中抽取交互数据进行打包，形成打包好的帧数据；

物理层将打包好的帧数据进行处理和发送；

在所述接收单元中，应用层、数据链路层和物理层的设计均为发送单元的逆向过程。

6.如权利要求5所述的数据传输方法，其特征在于，还包括：数据链路层按照组帧算法，确定每帧数据的组帧格式包括：

确定每帧数据的固定传输为n个字节；

确定m个数据buffer的每组数据量，记为L1，L2，…，Lm个字节；

确定m组数据buffer中，每组数据buffer的传输周期分别为几帧，定义为N1，N2，…，Nm帧；

确定每组数据buffer的传输时间片分别为第a1～b1帧，第a2～b2帧，…，第am～bm帧，其中0≤ax≤bx≤Nx,x∈[1,m]。

7.如权利要求6所述的数据传输方法，其特征在于，还包括：按照组帧格式从各个数据buffer中抽取交互数据进行打包，形成打包好的帧数据包括：

组帧时，根据m个数据buffer的每组数据量、帧数和传输时间片，计算每组数据buffer的传输优先级；

其中传输优先级为任务优先级、每组数据量和传输时间片的权重组合；

按照传输优先级由高到低的顺序，对优先级最高的数据buffer进行如下操作：

从数据buffer中抽取其中一个数据填入数据包，已抽取的数据buffer的数据量减1，重复该步骤直到一帧数据打包完成；

各个数据buffer在各自的传输周期内更新一次。

8.如权利要求7所述的数据传输方法，其特征在于，还包括：对主控制器和从控制器之间的交互数据进行分类，包括：

主控制器至从控制器数据，其由主控制器传输至从控制器；

从控制器至主控制器数据，其由从控制器传输至主控制器；

将两种数据分别按任务周期和任务优先级进行划分，分为m组；

确定m组数据的传输参数，包括传输周期、传输起始帧、传输结束帧和每组数据量；通过调整每组数据的传输参数，生成分时传输不同的传输效果。

9.如权利要求8所述的数据传输方法，其特征在于，

其中包括m组数据，任务优先级由高到低为第1buffer、第2buffer、…、第m buffer；

第一buffer的传输周期为N1帧，传输起始帧为第a1帧，传输结束帧为第b1帧，数据量为L1byte；其中0≤a1≤b1≤N1

第二buffer的传输周期为N2帧，传输起始帧为第a2帧，传输结束帧为第b2帧，数据量为L2byte；其中0≤a2≤b2≤N2

第m buffer的传输周期为Nm帧，传输起始帧为第am帧，传输结束帧为第bm帧，数据量为Lmbyte；其中0≤am≤bm≤Nm。

10.如权利要求9所述的数据传输方法，其特征在于，多帧数据包的分时传输包括：

每帧数据由第一buffer、第二buffer、…、第m buffer进行组合；

各个buffer数据在各自确定的传输时间片内进行传输；

各个buffer数据在各自确定的传输周期内传输一次；

通过调整第一buffer、第二buffer、…、第m buffer的传输参数，生成分时传输不同的传输效果。

11.一种数据传输系统，其特征在于，包括：

发送单元，被配置为向接收单元发送数据，其中数据发送的方法包括：

按任务周期、任务优先级对不同种类和数据量的变流器应用数据进行划分，以及

按传输优先级从划分的各组变流器应用数据中抽取数据进行组帧，形成数据帧进行处理和发送；

接收单元，被配置为接收来自发送单元的数据；

所述传输优先级包括任务优先级、每组数据量和传输时间片的权重组合；

通过多个控制器之间和/或一个控制器内部包含发送单元和接收单元，使得多个控制器之间和/或一个控制器内部协同工作时实施数据分时传输机制。

12.一种发电系统，包括控制器，所述控制器被配置为执行权利要求1至10之一所述方法。

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