CN114826540A - 一种整流逆变器载波同步方法及系统 - Google Patents

一种整流逆变器载波同步方法及系统 Download PDF

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张青
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Abstract

本发明提供了储能系统技术领域的一种整流逆变器载波同步方法及系统，方法包括如下步骤：步骤S10、各整流逆变器实时监听总线的电平值，基于所述电平值判断总线状态；步骤S20、各整流逆变器基于所述总线状态进行主机和从机的切换；步骤S30、主机将主机载波信号发送至总线上；步骤S40、各从机从总线上获取所述主机载波信号，基于所述主机载波信号以及本机的从机载波信号计算载波误差；步骤S50、从机基于所述载波误差调整从机载波信号，完成所述主机载波信号与从机载波信号的同步。本发明的优点在于：极大的提升了载波同步的精度。

Description

一种整流逆变器载波同步方法及系统
技术领域
本发明涉及储能系统技术领域，特别指一种整流逆变器载波同步方法及系统。
背景技术
通过多模块并联或者多机并联来实现大容量储能系统是当今电源技术的发展方向；多模块并联的储能系统中，各模块功率开关管的电流应力降低,从根本上保证可靠性。
对于整流逆变器(PCS)的并联,需要保证各整流逆变器输出的电压幅值、频率以及相位相同,以尽可能减小内部的环流。通过数字控制的多台整流逆变器,载波由内部的PWM模块产生，由于各整流逆变器上电时间不一致等随机问题，会造成各整流逆变器的载波不同步而引起高频环流，影响储能系统的稳定性、增加系统损耗、存在一定的安全隐患，最终严重影响用户使用体验。
为了对整流逆变器的载波进行同步，传统上需要设置主从结构，或者冗余设计主机备用，虽然一定程度克服了主机载波丢失时储能系统异常的问题，但由于主从机批量化生产的差异化以及售后维护等情况，无法从根本上解决载波不同步的问题；且传统的载波同步是通过DSP或通讯来进行的，而载波一般为高频信号，容易受到干扰，并且引入通讯延时，减低了控制精度。
因此，如何提供一种整流逆变器载波同步方法及系统，实现提升载波同步的精度，成为一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种整流逆变器载波同步方法及系统，实现提升载波同步的精度。
第一方面，本发明提供了一种整流逆变器载波同步方法，包括如下步骤：
步骤S10、各整流逆变器实时监听总线的电平值，基于所述电平值判断总线状态；
步骤S20、各整流逆变器基于所述总线状态进行主机和从机的切换；
步骤S30、主机将主机载波信号发送至总线上；
步骤S40、各从机从总线上获取所述主机载波信号，基于所述主机载波信号以及本机的从机载波信号计算载波误差；
步骤S50、从机基于所述载波误差调整从机载波信号，完成所述主机载波信号与从机载波信号的同步。
进一步地，所述步骤S10中，所述基于所述电平值判断总线状态具体为：
电平值保持高电平，生成总线上不存在主机的总线状态；电平值保持低电平，生成存在故障的总线状态；电平值出现翻转，生成总线上存在主机的总线状态。
进一步地，所述步骤S20具体为：
作为从机的整流逆变器基于总线状态判断总线上不存在主机时，向总线发送主机切换请求，总线将最先接收到的所述主机切换请求对应的整流逆变器切换为主机；
作为主机的整流逆变器基于总线状态判断存在故障时，自动从主机切换为从机。
进一步地，所述步骤S30具体为：
主机将DSP产生的主机载波信号通过FPGA发送至总线上。
进一步地，所述步骤S40具体为：
各从机通过FPGA从总线上获取所述主机载波信号，并从DSP获取本机的从机载波信号，基于所述主机载波信号和从机载波信号的相位计算载波误差，并将所述载波误差发送给DSP。
第二方面，本发明提供了一种整流逆变器载波同步系统，包括如下模块：
总线状态判断模块，用于各整流逆变器实时监听总线的电平值，基于所述电平值判断总线状态；
主从机切换模块，用于各整流逆变器基于所述总线状态进行主机和从机的切换；
主机载波信号发送模块，用于主机将主机载波信号发送至总线上；
载波误差计算模块，用于各从机从总线上获取所述主机载波信号，基于所述主机载波信号以及本机的从机载波信号计算载波误差；
载波同步模块，用于从机基于所述载波误差调整从机载波信号，完成所述主机载波信号与从机载波信号的同步。
进一步地，所述总线状态判断模块中，所述基于所述电平值判断总线状态具体为：
电平值保持高电平，生成总线上不存在主机的总线状态；电平值保持低电平，生成存在故障的总线状态；电平值出现翻转，生成总线上存在主机的总线状态。
进一步地，所述主从机切换模块具体为：
作为从机的整流逆变器基于总线状态判断总线上不存在主机时，向总线发送主机切换请求，总线将最先接收到的所述主机切换请求对应的整流逆变器切换为主机；
作为主机的整流逆变器基于总线状态判断存在故障时，自动从主机切换为从机。
进一步地，所述主机载波信号发送模块具体为：
主机将DSP产生的主机载波信号通过FPGA发送至总线上。
进一步地，所述载波误差计算模块具体为：
各从机通过FPGA从总线上获取所述主机载波信号，并从DSP获取本机的从机载波信号，基于所述主机载波信号和从机载波信号的相位计算载波误差，并将所述载波误差发送给DSP。
本发明的优点在于：
通过主从仲裁总线逻辑对整流逆变器进行主机和从机的切换，主机将本机的主机载波信号发送至总线上，主机无需进行载波同步，从机从总线上获取主机载波信号，并计算主机载波信号和从机载波信号的载波误差，进而调整从机载波信号的相位，直至主机载波信号和从机载波信号的相位一致，完成整流逆变器的载波同步；由于无需像传统上设置主从结构，基于载波误差即可进行载波同步，克服各整流逆变器硬件差异带来的影响；整流逆变器结合FPGA和DSP进行载波误差计算和载波同步，响应速度快，最终极大的提升了载波同步的精度。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种整流逆变器载波同步方法的流程图。
图2是本发明一种整流逆变器载波同步系统的结构示意图。
图3是本发明的硬件架构图。
具体实施方式
本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：主机将主机载波信号发送至总线上，从机从总线上获取主机载波信号并计算主机载波信号和从机载波信号的载波误差，进而调整从机载波信号的相位进行载波同步，无需设置主从结构，且基于FPGA和DSP进行载波误差计算和载波同步响应速度快，以提升载波同步的精度。
请参照图1至图3所示，本发明一种整流逆变器载波同步方法的较佳实施例，包括如下步骤：
步骤S10、各整流逆变器实时监听总线的电平值，基于所述电平值判断总线状态；各整流逆变器在载波信号的下降沿时检测总线的电平值，避免高电平对总线造成影响；
步骤S20、各整流逆变器基于所述总线状态进行主机和从机的切换；
步骤S30、主机将主机载波信号发送至总线上；
步骤S40、各从机从总线上获取所述主机载波信号，基于所述主机载波信号以及本机的从机载波信号计算载波误差；
步骤S50、从机的DSP基于所述载波误差调整从机载波信号，完成所述主机载波信号与从机载波信号的同步。
载波同步的核心原理是控制不同整流逆变器中的三角波载波(载波信号)进行同步，而三角载波通过控制底层硬件寄存器对三角波载波进行超前和滞后的控制，因此三角波载波的超前滞后量为系统输出量，而通过FPGA测量从机和主机的三角波载波的载波误差(相位误差)作为系统输入量，可知载波误差与输出量为线性关系，故此可以通过PID进行控制，使储能系统快速达到稳态，在设备突加或突卸时也具备快速反应能力。
本申请在各整流逆变器满足原有载波同步的情况下，能快速跟踪主机载波信号，无需设置主从结构，做到随插随用。
所述步骤S10中，所述基于所述电平值判断总线状态具体为：
电平值保持高电平，生成总线上不存在主机的总线状态；电平值保持低电平，生成存在故障的总线状态；电平值出现翻转，生成总线上存在主机的总线状态。
所述步骤S20具体为：
作为从机的整流逆变器基于总线状态判断总线上不存在主机时，向总线发送主机切换请求，总线将最先接收到的所述主机切换请求对应的整流逆变器切换为主机；
作为主机的整流逆变器基于总线状态判断存在故障时，自动从主机切换为从机。
即本申请采用如下的主从仲裁总线逻辑来进行主机和从机的切换：
Figure BDA0003584112010000051
Figure BDA0003584112010000061
所述步骤S30具体为：
主机将DSP(数字信号处理器)产生的主机载波信号通过FPGA(现场可编程逻辑门阵列)发送至总线上。
所述步骤S40具体为：
各从机通过FPGA从总线上获取所述主机载波信号，并从DSP获取本机的从机载波信号，基于所述主机载波信号和从机载波信号的相位计算载波误差，并将所述载波误差发送给DSP。
本发明一种整流逆变器载波同步系统的较佳实施例，包括如下模块：
总线状态判断模块，用于各整流逆变器实时监听总线的电平值，基于所述电平值判断总线状态；各整流逆变器在载波信号的下降沿时检测总线的电平值，避免高电平对总线造成影响；
主从机切换模块，用于各整流逆变器基于所述总线状态进行主机和从机的切换；
主机载波信号发送模块，用于主机将主机载波信号发送至总线上；
载波误差计算模块，用于各从机从总线上获取所述主机载波信号，基于所述主机载波信号以及本机的从机载波信号计算载波误差；
载波同步模块，用于从机的DSP基于所述载波误差调整从机载波信号，完成所述主机载波信号与从机载波信号的同步。
载波同步的核心原理是控制不同整流逆变器中的三角波载波(载波信号)进行同步，而三角载波通过控制底层硬件寄存器对三角波载波进行超前和滞后的控制，因此三角波载波的超前滞后量为系统输出量，而通过FPGA测量从机和主机的三角波载波的载波误差(相位误差)作为系统输入量，可知载波误差与输出量为线性关系，故此可以通过PID进行控制，使储能系统快速达到稳态，在设备突加或突卸时也具备快速反应能力。
本申请在各整流逆变器满足原有载波同步的情况下，能快速跟踪主机载波信号，无需设置主从结构，做到随插随用。
所述总线状态判断模块中，所述基于所述电平值判断总线状态具体为：
电平值保持高电平，生成总线上不存在主机的总线状态；电平值保持低电平，生成存在故障的总线状态；电平值出现翻转，生成总线上存在主机的总线状态。
所述主从机切换模块具体为：
作为从机的整流逆变器基于总线状态判断总线上不存在主机时，向总线发送主机切换请求，总线将最先接收到的所述主机切换请求对应的整流逆变器切换为主机；
作为主机的整流逆变器基于总线状态判断存在故障时，自动从主机切换为从机。
即本申请采用如下的主从仲裁总线逻辑来进行主机和从机的切换：
Figure BDA0003584112010000071
所述主机载波信号发送模块具体为：
主机将DSP数字信号处理器)产生的主机载波信号通过FPGA(现场可编程逻辑门阵列)发送至总线上。
所述载波误差计算模块具体为：
各从机通过FPGA从总线上获取所述主机载波信号，并从DSP获取本机的从机载波信号，基于所述主机载波信号和从机载波信号的相位计算载波误差，并将所述载波误差发送给DSP。
综上所述，本发明的优点在于：
通过主从仲裁总线逻辑对整流逆变器进行主机和从机的切换，主机将本机的主机载波信号发送至总线上，主机无需进行载波同步，从机从总线上获取主机载波信号，并计算主机载波信号和从机载波信号的载波误差，进而调整从机载波信号的相位，直至主机载波信号和从机载波信号的相位一致，完成整流逆变器的载波同步；由于无需像传统上设置主从结构，基于载波误差即可进行载波同步，克服各整流逆变器硬件差异带来的影响；整流逆变器结合FPGA和DSP进行载波误差计算和载波同步，响应速度快，最终极大的提升了载波同步的精度。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种整流逆变器载波同步方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S10、各整流逆变器实时监听总线的电平值，基于所述电平值判断总线状态；
步骤S20、各整流逆变器基于所述总线状态进行主机和从机的切换；
步骤S30、主机将主机载波信号发送至总线上；
步骤S40、各从机从总线上获取所述主机载波信号，基于所述主机载波信号以及本机的从机载波信号计算载波误差；
步骤S50、从机基于所述载波误差调整从机载波信号，完成所述主机载波信号与从机载波信号的同步。
2.如权利要求1所述的一种整流逆变器载波同步方法，其特征在于：所述步骤S10中，所述基于所述电平值判断总线状态具体为：
电平值保持高电平，生成总线上不存在主机的总线状态；电平值保持低电平，生成存在故障的总线状态；电平值出现翻转，生成总线上存在主机的总线状态。
3.如权利要求1所述的一种整流逆变器载波同步方法，其特征在于：所述步骤S20具体为：
作为从机的整流逆变器基于总线状态判断总线上不存在主机时，向总线发送主机切换请求，总线将最先接收到的所述主机切换请求对应的整流逆变器切换为主机；
作为主机的整流逆变器基于总线状态判断存在故障时，自动从主机切换为从机。
4.如权利要求1所述的一种整流逆变器载波同步方法，其特征在于：所述步骤S30具体为：
主机将DSP产生的主机载波信号通过FPGA发送至总线上。
5.如权利要求1所述的一种整流逆变器载波同步方法，其特征在于：所述步骤S40具体为：
各从机通过FPGA从总线上获取所述主机载波信号，并从DSP获取本机的从机载波信号，基于所述主机载波信号和从机载波信号的相位计算载波误差，并将所述载波误差发送给DSP。
6.一种整流逆变器载波同步系统，其特征在于：包括如下模块：
总线状态判断模块，用于各整流逆变器实时监听总线的电平值，基于所述电平值判断总线状态；
主从机切换模块，用于各整流逆变器基于所述总线状态进行主机和从机的切换；
主机载波信号发送模块，用于主机将主机载波信号发送至总线上；
载波误差计算模块，用于各从机从总线上获取所述主机载波信号，基于所述主机载波信号以及本机的从机载波信号计算载波误差；
载波同步模块，用于从机基于所述载波误差调整从机载波信号，完成所述主机载波信号与从机载波信号的同步。
7.如权利要求6所述的一种整流逆变器载波同步系统，其特征在于：所述总线状态判断模块中，所述基于所述电平值判断总线状态具体为：
电平值保持高电平，生成总线上不存在主机的总线状态；电平值保持低电平，生成存在故障的总线状态；电平值出现翻转，生成总线上存在主机的总线状态。
8.如权利要求6所述的一种整流逆变器载波同步系统，其特征在于：所述主从机切换模块具体为：
作为从机的整流逆变器基于总线状态判断总线上不存在主机时，向总线发送主机切换请求，总线将最先接收到的所述主机切换请求对应的整流逆变器切换为主机；
作为主机的整流逆变器基于总线状态判断存在故障时，自动从主机切换为从机。
9.如权利要求6所述的一种整流逆变器载波同步系统，其特征在于：所述主机载波信号发送模块具体为：
主机将DSP产生的主机载波信号通过FPGA发送至总线上。
10.如权利要求6所述的一种整流逆变器载波同步系统，其特征在于：所述载波误差计算模块具体为：
各从机通过FPGA从总线上获取所述主机载波信号，并从DSP获取本机的从机载波信号，基于所述主机载波信号和从机载波信号的相位计算载波误差，并将所述载波误差发送给DSP。
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