CN115313820A - 一种并联型储能变流器的载波同步控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种并联型储能变流器的载波同步控制方法及装置。在执行方法时，首先获取主机载波同步信号和从机载波同步信号；然后记录主机载波同步信号和从机载波同步信号的过零时刻；根据主机载波同步信号的过零时刻测算主机载波同步信号的频率，根据从机载波同步信号的过零时刻测算从机载波同步信号的频率；最后根据主机载波同步信号的频率调整从机载波同步信号的频率，以实现从机载波同步信号与主机载波同步信号的同步。这样，通过利用主机的载波同步信号对从机的载波同步信号进行调整，达到了各并联的储能变流器的载波同步的目的，解决了现有技术中并联系统出现单点或多点故障时载波无法同步的问题。

Description

一种并联型储能变流器的载波同步控制方法及装置
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种并联型储能变流器的载波同步控制方法及装置。
背景技术
随着储能系统的快速发展，对于过程控制系统的需求越来越偏向大容量化，为了满足市场需求，通过多机并联的方式实现大功率输出已成为行业的发展趋势。
但是在多机并联的系统中，各个并联的过程控制系统之间由于载波相位不同步会出现高频环流现象，这不仅会增加系统的损耗、降低系统的效率，甚至会造成严重的电磁干扰，危及系统的安全运行。
对于载波相位不同步的问题，现有技术中通常会采用载波同步的形式来解决，现有技术中实现载波同步的方案通常采用主从载波同步技术，或采用基于串型通信协议(CAN)通信机制实现主从自动分配的载波同步方案，或者基于光纤单收发环形网络主从自动识别分配方案等。
主从载波同步技术，是通过系统中预设的主机在固定相位点如载波过零时刻，对系统中的其余从机发送同步修正指令。这种方案灵活度低，一旦主机发生故障，系统中因无法确立新的主机，导致整个系统无法运行。
基于CAN通讯机制的无主从同步方式，由于CAN通信时间和软件响应时间无法准确计算，同步精度存在不足，另外信道出错时存在优先级较低的节点信号会被暂时或永久堵塞等缺陷。
基于光纤单收发环形网络主从自动识别分配方案，当出现两个及以上非相邻节点出现故障时，故障节点之间的设备因同步信号传输网络被中断，无法继续同步运行。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种并联型储能变流器的载波同步控制方法及装置，旨在解决现有技术中并联系统出现单点或多点故障时载波无法同步的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种并联型储能变流器的载波同步控制方法，所述方法包括：
获取主机载波同步信号和从机载波同步信号；
记录所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号的过零时刻；
根据所述主机载波同步信号的过零时刻测算所述主机载波同步信号的频率，根据所述从机载波同步信号的过零时刻测算所述从机载波同步信号的频率；
根据所述主机载波同步信号的频率调整所述从机载波同步信号的频率，以实现所述从机载波同步信号与所述主机载波同步信号的同步。
可选的，确定主机、从机的方法具体包括：
利用集中控制器指定多个并联的储能变流器中任意一个储能变流器为主机；未被指定的储能变流器为从机。
可选的，若主机出现故障，所述方法还包括：
按照序号递增的规则，将与故障主机序号差值最小的非故障储能变流器作为新的主机。
可选的，所述根据所述主机载波同步信号的频率调整所述从机载波同步信号的频率，具体包括：
读取所述从机载波同步信号上升沿时刻的时基计数寄存器值；
若所述时基计数寄存器值超过所述主机载波同步信号周期值的预设比例，并且所述时基计数寄存器值为增计数，则增加所述从机载波同步信号的周期值；
若所述时基计数寄存器值超过所述主机载波同步信号周期值的预设比例，并且所述时基计数寄存器值为减计数，则减少所述从机载波同步信号的周期值。
可选的，所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号的生成方法，具体包括：
在载波计数值为零或达到周期寄存器值时，对预设接口的电平进行电平翻转，得到所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号。
第二方面，本申请实施例提供了一种并联型储能变流器的载波同步控制装置，所述装置包括：获取模块、记录模块、测算模块、调整模块；
所述获取模块，用于获取主机载波同步信号和从机载波同步信号；
所述记录模块，用于记录所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号的过零时刻；
所述测算模块，用于根据所述主机载波同步信号的过零时刻测算所述主机载波同步信号的频率，根据所述从机载波同步信号的过零时刻测算所述从机载波同步信号的频率；
所述调整模块，用于根据所述主机载波同步信号的频率调整所述从机载波同步信号的频率，以实现所述从机载波同步信号与所述主机载波同步信号的同步。
可选的，所述装置还包括确定模块，所述确定模块具体用于：
利用集中控制器指定多个并联的储能变流器中任意一个储能变流器为主机；未被指定的储能变流器为从机。
可选的，所述确定模块还用于：
按照序号递增的规则，将与故障主机序号差值最小的非故障储能变流器作为新的主机。
可选的，所述调整模块具体包括：读取单元、第一调整单元、第二调整单元；
所述读取单元，具体用于读取所述从机载波同步信号上升沿时刻的时基计数寄存器值；
若所述时基计数寄存器值超过所述主机载波同步信号周期值的预设比例，并且所述时基计数寄存器值为增计数，所述第一调整单元用于增加所述从机载波同步信号的周期值；
若所述时基计数寄存器值超过所述主机载波同步信号周期值的预设比例，并且所述时基计数寄存器值为减计数，所述第二调整单元用于减少所述从机载波同步信号的周期值。
可选的，所述装置还包括生成模块，所述生成模块具体用于：
在载波计数值为零或达到周期寄存器值时，对预设接口的电平进行电平翻转，得到所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号。
本申请实施例提供了一种并联型储能变流器的载波同步控制方法。在执行所述方法时，首先获取主机载波同步信号和从机载波同步信号；然后记录所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号的过零时刻；根据所述主机载波同步信号的过零时刻测算所述主机载波同步信号的频率，根据所述从机载波同步信号的过零时刻测算所述从机载波同步信号的频率；最后根据所述主机载波同步信号的频率调整所述从机载波同步信号的频率，以实现所述从机载波同步信号与所述主机载波同步信号的同步。这样，通过利用主机的载波同步信号对从机的载波同步信号进行调整，达到了各并联的储能变流器的载波同步的目的，解决了现有技术中并联系统出现单点或多点故障时载波无法同步的问题。
附图说明
为更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的过程控制系统并联载波同步系统框图；
图2为本申请实施例提供的一种并联型储能变流器的载波同步控制方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的载波同步调整过程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种并联型储能变流器的载波同步控制装置的结构示意图。
具体实施方式
随着储能系统的快速发展，对于过程控制系统的需求越来越偏向大容量化，为了满足市场需求，通过多机并联的方式实现大功率输出已成为行业的发展趋势。
但是在多机并联的系统中，各个并联的过程控制系统之间由于载波相位不同步会出现高频环流现象，这不仅会增加系统的损耗、降低系统的效率，甚至会造成严重的电磁干扰，危及系统的安全运行。
对于载波相位不同步的问题，现有技术中通常会采用载波同步的形式来解决，现有技术中实现载波同步的方案通常采用主从载波同步技术，或采用基于串型通信协议(CAN)通信机制实现主从自动分配的载波同步方案，或者基于光纤单收发环形网络主从自动识别分配方案等。
主从载波同步技术，是通过系统中预设的主机在固定相位点如载波过零时刻，对系统中的其余从机发送同步修正指令。这种方案灵活度低，一旦主机发生故障，系统中因无法确立新的主机，导致整个系统无法运行。
基于CAN通讯机制的无主从同步方式，由于CAN通信时间和软件响应时间无法准确计算，同步精度存在不足，另外信道出错时存在优先级较低的节点信号会被暂时或永久堵塞等缺陷。
基于光纤单收发环形网络主从自动识别分配方案，当出现两个及以上非相邻节点出现故障时，故障节点之间的设备因同步信号传输网络被中断，无法继续同步运行。
有鉴于此，本申请发明人为了克服上述现有技术存在的不足，结合现有储能变流器的硬件控制架构，提供一种基于光纤收发网络并由集中控制器裁决的无主从载波同步方法，从系统层面解决并联系统出现单点或是多点故障时载波无法同步的问题，提高并联系统载波同步的稳定可靠性。
本发明提供一种基于光纤收发网络并由集中控制器裁决的无主从载波同步方案，其架构包括：系统集中控制层、光纤网络传输层、变流器自主同步控制层；所述系统集中控制层由集中控制器构成，所述变流器自主同步控制层由N个并联运行的储能变流器构成，所述集中控制器和N个储能变流器通过光纤收发网络互联，集中控制器指定任意一个变流器单元为主机，剩余变流器单元相应变为从机，集中控制器单独选通当前主机发送的同步方波信号，并发送给剩余的从机单元，从机单元接收同步方波信号后，调整自身的载波相位与主机保持同步。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1，图1为本申请实施例提供的过程控制系统(process control systems，PCS)并联载波同步系统框图，集中控制器主要是由片选模块1、片选模块2、集中控制DSP等组成。
片选模块1和片选模块2的输入通道(IN1、IN2…INn)同时接收来自各并联PCS单元发送的载波同步方波信号。
参见图2，图2为本申请实施例提供的一种并联型储能变流器的载波同步控制方法的流程图，包括：
S201、获取主机载波同步信号和从机载波同步信号。
如图1中片选模块1的输入通道同时接收来自各并联PCS单元发送的载波同步方波信号，即为从机载波同步信号；片选模块2的输入通道同时接收来自各并联PCS单元发送的载波同步方波信号，即为主机载波同步信号。
S202、记录所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号的过零时刻。
S203、根据所述主机载波同步信号的过零时刻测算所述主机载波同步信号的频率，根据所述从机载波同步信号的过零时刻测算所述从机载波同步信号的频率。
片选模块1输出端接至集中控制DSP的CAP1模块，CAP1模块通过上升沿触发记录当前载波同步信号过零时刻t1，同时测算方波同步信号的频率，用于判断当前选中PCS单元的载波频率是否正常。
片选模块2输出作为系统当前的主机载波同步方波信号，其连接2个通道，一个通道接至集中控制DSP的CAP2模块，CAP2模块通过上升沿触发记录当前主机载波同步信号过零时刻t2，同时测算方波同步信号的频率，用于判断当前主机的载波频率是否正常。另一个通道通过电光转换电路和光纤网络将同步信号发送给系统中的每一个PCS单元，用于调整各自的载波相位与主机保持同步。
S204、根据所述主机载波同步信号的频率调整所述从机载波同步信号的频率，以实现所述从机载波同步信号与所述主机载波同步信号的同步。
如果t1和t2的时间差绝对值在预先设定的阈值范围内，则判定当前片选模块1选中的从机与主机的载波同步跟踪状态良好。若t1和t2的时间差绝对值超过预先设定的阈值，则判定当前片选模块1选中的从机与主机的载波未保持同步，并以报警的形式请求系统对从机进行处理。按照此方法，半个工频周期可以实现系统的所有从机与主机的同步状态判定，同时可以识别系统中主机或从机是否出现故障。
本申请实施例提供了一种并联型储能变流器的载波同步控制方法。在执行所述方法时，首先获取主机载波同步信号和从机载波同步信号；然后记录所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号的过零时刻；根据所述主机载波同步信号的过零时刻测算所述主机载波同步信号的频率，根据所述从机载波同步信号的过零时刻测算所述从机载波同步信号的频率；最后根据所述主机载波同步信号的频率调整所述从机载波同步信号的频率，以实现所述从机载波同步信号与所述主机载波同步信号的同步。这样，通过利用主机的载波同步信号对从机的载波同步信号进行调整，达到了各并联的储能变流器的载波同步的目的，解决了现有技术中并联系统出现单点或多点故障时载波无法同步的问题。
本申请可选的实施例，集中控制器指定任意一个储能变流器为主机，其余的储能变流器为从机，即通过集中控制器对多PCS单元进行主机裁决。
确定主机、从机的过程具体为：系统上电稳定后，对于先前已经分配过主机的系统，集中控制DSP读取存储单元存储的当前主机ID号，并将片选模块2输出通道切换到与ID号所对应的输入通道(IN1、IN2…INn)，用于指定当前系统的主机同步控制信号。对于首次运行的并联系统，存储单元未存储任何主机ID号，则系统默认片选模块2中输入IN1作为当前系统的主机同步控制信号，IN1若无同步信号，则片选IN2，以此类推，按照序号递增的规则指定系统中主机同步控制信号，同时存储当前主机对应的ID号。
若主机出现故障，则集中控制器同样按照序号递增的规则，自动将片选模块2的片选信号切换至下一个输入，切换之前需要排查即将被选中为主机的ID号是否保存在历史故障ID列表中，若是，则不予选中，以此规则确定系统中新的主机，同时将当前故障的主机ID号保存在存储单元中，在故障未解除前，出现故障的主机是不具备再分配为主机的权限。存储单元具备掉电存储功能，其不仅记录当前的主机ID号同时记录历史故障PCS的ID号。
进一步地，由于大功率储能变流器运行起来，电磁干扰对通信影响不可忽视，考虑到载波同步信号传输的可靠性和时效性，本申请实施例采用了比CAN传输更稳定的光纤传输。自主同步控制层主要实现主机载波同步信号的输入判断、自身载波周期的调整以及自身载波对应的高频方波同步信号的生成、发送。
本申请可选的实施例，载波同步信号的输入判断，没有采用DSP的CAP口捕获方案，由于三相大功率储能变流器需要检测三相电网电压的频率，因此DSP的3个CAP口资源是被完全占用的。这里利用DSP的外部XINT中断检测外部同步信号的输入，配置任一个IO口作为中断输入源，当高频同步信号输入对应的外部中断输入IO口并发生上升沿跳变时，触发系统外部XINT中断，中断响应程序中读取DSP EPWM模块的时基计数寄存器TBCTR的值。理论上PCS自身载波相位和外部同步输入信号相位同步时，同步输入信号上升沿时刻，对应的载波计数寄存器TBCTR值应为0，但由于延时误差存在，这里定义TBCTR的值低于当前载波周期值的0.5％时，认为载波是保持同步的，目标PCS不需对自身的载波周期进行调整。
参见图3，图3为本申请实施例提供的载波同步调整过程示意图，当载波不同步时，读取同步信号上升沿时刻的TBCTR值，如果TBCTR的值超过当前载波周期值预设比例，可以设为0.5％，且当前是增计数，则所述目标PCS模块的载波是超前与同步信号的，目标模块应增大自身的载波周期值。如果TBCTR的值超过当前载波周期值0.5％，且当前是减计数，则所述目标PCS的载波是滞后与同步信号的，目标PCS应减小自身的载波周期值。
本申请可选的实施例，主机载波同步信号和从机载波同步信号的生成方法可采用以下方式：
程序中配置当载波计数值为零和达到周期寄存器值时均触发一次EPWM中断，并在中断响应程序中对指定的IO口进行电平翻转，这样便可产生一个和自身载波同频同相的高频方波信号。高频方波信号通过光纤网络发送给集中控制器，由集中控制器裁决具体哪一个高频方波信号作为当前系统的主机载波同步信号，同时判断当前PCS单元的载波是否准确跟踪系统主机载波信号。
以上为本申请实施例提供一种并联型储能变流器的载波同步控制方法的一些具体实现方式，基于此，本申请还提供了对应的一种并联型储能变流器的载波同步控制装置。下面将从功能模块化的角度对本申请实施例提供的装置进行介绍。
参见图4，图4为本申请实施例提供的一种并联型储能变流器的载波同步控制装置的结构示意图，该装置包括：获取模块401、记录模块402、测算模块403、调整模块404；
所述获取模块401，用于获取主机载波同步信号和从机载波同步信号；
所述记录模块402，用于记录所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号的过零时刻；
所述测算模块403，用于根据所述主机载波同步信号的过零时刻测算所述主机载波同步信号的频率，根据所述从机载波同步信号的过零时刻测算所述从机载波同步信号的频率；
所述调整模块404，用于根据所述主机载波同步信号的频率调整所述从机载波同步信号的频率，以实现所述从机载波同步信号与所述主机载波同步信号的同步。
本申请实施例提供了一种并联型储能变流器的载波同步控制方法。在执行所述方法时，首先获取主机载波同步信号和从机载波同步信号；然后记录所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号的过零时刻；根据所述主机载波同步信号的过零时刻测算所述主机载波同步信号的频率，根据所述从机载波同步信号的过零时刻测算所述从机载波同步信号的频率；最后根据所述主机载波同步信号的频率调整所述从机载波同步信号的频率，以实现所述从机载波同步信号与所述主机载波同步信号的同步。这样，通过利用主机的载波同步信号对从机的载波同步信号进行调整，达到了各并联的储能变流器的载波同步的目的，解决了现有技术中并联系统出现单点或多点故障时载波无法同步的问题。
进一步地，本申请可选的实施例，所述装置还包括确定模块，所述确定模块具体用于：
利用集中控制器指定多个并联的储能变流器中任意一个储能变流器为主机；未被指定的储能变流器为从机。
进一步地，本申请可选的实施例，所述确定模块还用于：
按照序号递增的规则，将与故障主机序号差值最小的非故障储能变流器作为新的主机。
进一步地，本申请可选的实施例，所述调整模块404具体包括：读取单元、第一调整单元、第二调整单元；
所述读取单元，具体用于读取所述从机载波同步信号上升沿时刻的时基计数寄存器值；
若所述时基计数寄存器值超过所述主机载波同步信号周期值的预设比例，并且所述时基计数寄存器值为增计数，所述第一调整单元用于增加所述从机载波同步信号的周期值；
若所述时基计数寄存器值超过所述主机载波同步信号周期值的预设比例，并且所述时基计数寄存器值为减计数，所述第二调整单元用于减少所述从机载波同步信号的周期值。
进一步地，本申请可选的实施例，所述装置还包括生成模块，所述生成模块具体用于：
在载波计数值为零或达到周期寄存器值时，对预设接口的电平进行电平翻转，得到所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号。
本申请实施例中提到的“第一调整单元”、“第二调整单元”等名称中的“第一”、“第二”只是用来做名字标识，并不代表顺序上的第一、第二。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(英文：read-only memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如路由器等网络通信设备)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅是本申请示例性的实施方式，并非用于限定本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种并联型储能变流器的载波同步控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取主机载波同步信号和从机载波同步信号；
记录所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号的过零时刻；
根据所述主机载波同步信号的过零时刻测算所述主机载波同步信号的频率，根据所述从机载波同步信号的过零时刻测算所述从机载波同步信号的频率；
根据所述主机载波同步信号的频率调整所述从机载波同步信号的频率，以实现所述从机载波同步信号与所述主机载波同步信号的同步。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定主机、从机的方法具体包括：
利用集中控制器指定多个并联的储能变流器中任意一个储能变流器为主机；未被指定的储能变流器为从机。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若主机出现故障，所述方法还包括：
按照序号递增的规则，将与故障主机序号差值最小的非故障储能变流器作为新的主机。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述主机载波同步信号的频率调整所述从机载波同步信号的频率，具体包括：
读取所述从机载波同步信号上升沿时刻的时基计数寄存器值；
若所述时基计数寄存器值超过所述主机载波同步信号周期值的预设比例，并且所述时基计数寄存器值为增计数，则增加所述从机载波同步信号的周期值；
若所述时基计数寄存器值超过所述主机载波同步信号周期值的预设比例，并且所述时基计数寄存器值为减计数，则减少所述从机载波同步信号的周期值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号的生成方法，具体包括：
在载波计数值为零或达到周期寄存器值时，对预设接口的电平进行电平翻转，得到所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号。
6.一种并联型储能变流器的载波同步控制装置，其特征在于，所述装置包括：获取模块、记录模块、测算模块、调整模块；
所述获取模块，用于获取主机载波同步信号和从机载波同步信号；
所述记录模块，用于记录所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号的过零时刻；
所述测算模块，用于根据所述主机载波同步信号的过零时刻测算所述主机载波同步信号的频率，根据所述从机载波同步信号的过零时刻测算所述从机载波同步信号的频率；
所述调整模块，用于根据所述主机载波同步信号的频率调整所述从机载波同步信号的频率，以实现所述从机载波同步信号与所述主机载波同步信号的同步。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括确定模块，所述确定模块具体用于：
利用集中控制器指定多个并联的储能变流器中任意一个储能变流器为主机；未被指定的储能变流器为从机。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定模块还用于：
按照序号递增的规则，将与故障主机序号差值最小的非故障储能变流器作为新的主机。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述调整模块具体包括：读取单元、第一调整单元、第二调整单元；
所述读取单元，具体用于读取所述从机载波同步信号上升沿时刻的时基计数寄存器值；
若所述时基计数寄存器值超过所述主机载波同步信号周期值的预设比例，并且所述时基计数寄存器值为增计数，所述第一调整单元用于增加所述从机载波同步信号的周期值；
若所述时基计数寄存器值超过所述主机载波同步信号周期值的预设比例，并且所述时基计数寄存器值为减计数，所述第二调整单元用于减少所述从机载波同步信号的周期值。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括生成模块，所述生成模块具体用于：
在载波计数值为零或达到周期寄存器值时，对预设接口的电平进行电平翻转，得到所述主机载波同步信号和所述从机载波同步信号。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117409815A (zh) * 2023-12-13 2024-01-16 深圳海辰储能科技有限公司 储能变流器pcs故障检测方法及相关装置

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