CN116260678A - 一种多机并联载波同步方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多机并联载波同步方法及系统,该方法包括如下步骤:S1:采用通信方法实现多机设备PWM载波同步,所述多机包括主机和从机;S2:主机计算出接收时载波同步值,并填充到载波同步帧数据域进行发送;S3:从机接收主机的同步值后进行载波同步设置,并进行微调同步,从而实现多机的载波同步;其中,主机设置有主机载波通信延时测量器CARRY_COM和主机载波器CARRY_M,从机设置有从机载波接收同步器CARRY_SYNC和从机载波器CARRY_S。本发明采用通信控制方法实现载波同步,通信帧具有校验机制,不容易受到干扰,通信具有容错机制,发生错误帧或通信超时主机不更新通信延时值,从机端则不进行同步操作,具有更高的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域,尤其涉及一种多机并联载波同步方法及系统。
背景技术
近年来随着新能源的快速发展,电力系统容量需求越来越高,尤其在微电网应用中经常需要增容,为增加系统负载能力,通常采用逆变器的并联运行方式来增加系统容量,同时可以增加冗余度,提高微网系统运行稳定性。但由于逆变器控制硬件差异性,或运行过程中电磁干扰,或发生负载扰动容易对并联系统的运行产生影响,导致多个逆变器输出电压不同步而产生环流,环流会导致电能质量下降,内部损耗增加,会缩短逆变器的使用寿命,严重时则导致电力系统发生振荡甚至崩溃。尤其是在大功率逆变器并联系统中,环流导致的损耗增加不容忽视,环流降低了电能的利用率,载波同步技术是逆变器并联运行的关键技术,可以有效解决因为载波不同步引起的环流问题,降低逆变器的单元损耗,提升整个系统运行效率。
常规技术手段中多采用光IO信号或采用电IO信号进行多机间载波同步,虽然可以达到同步功能,但是IO同步信号没有抗干扰能力,非常容易发生误同步或IO延时大,同步精度不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种多机并联载波同步方法及系统,以解决如何实现储能逆变器多机之间载波同步的技术问题。
本发明是采用以下技术方案实现的:一种多机并联载波同步方法,包括如下步骤:
S1:采用通信方法实现多机设备PWM载波同步,所述多机包括主机和从机;
S2:主机计算出接收时载波同步值,并填充到载波同步帧数据域进行发送;
S3:从机接收主机的同步值后进行载波同步设置,并进行微调同步,从而实现多机的载波同步;
其中,主机设置有主机载波通信延时测量器CARRY_COM和主机载波器CARRY_M,从机设置有从机载波接收同步器CARRY_SYNC和从机载波器CARRY_S。
进一步的,所述通信方法为:采用单线传输方式将主机与从机首尾相连,形成通信环路,通过通信数据将载波同步值发送给每台设备。
进一步的,所述载波同步帧包括帧头、控制域、数据域和校验域。
进一步的,步骤S2包括如下子步骤:
S21:主机在发送载波同步帧的时刻复位主机载波通信延时测量器CARRY_COM的计数器,并启动计数器,检测接收端口,当检测到有效载波同步帧时,停止计数器计数,并更新载波同步帧延时测量值DELAY;
S22:主机根据当前主机载波器CARRY_M的计数值,结合载波同步帧延时测量值DELAY,叠加计算之后得到载波同步值,并将载波同步值写入到载波同步帧的数据域中进行发送。
进一步的,对载波同步帧进行容错处理,避免载波同步帧在传输过程中受到干扰和线路不稳定的因素影响,导致通信失败或发生帧数据错误。
进一步的,所述容错处理为:当载波同步帧发生错误时,载波同步帧延时测量值DELAY不进行更新,当发生帧超出设定时间时,标记载波同步帧接收超时状态,载波同步帧延时测量值DELAY也不进行更新,只有当帧通信成功,才更新载波同步帧延时测量值DELAY。
进一步的,步骤S3包括如下步骤:
S31:从机接收到有效的载波同步帧后,读取载波同步值,并用载波同步值对从机载波接收同步器CARRY_SYNC的计数器进行直接更新;
S32:从机载波接收同步器CARRY_SYNC输出载波同步脉冲信号对从机载波器CARRY_S进行微调。
进一步的,步骤S32具体为:从机载波器CARRY_S在同步信号的触发下,每个载波周期逐步进行微调修偏,直到从机载波器CARRY_S和从机载波接收同步器CARRY_SYNC完全同步,从而实现从机载波器CARRY_S和主机载波器CARRY_M之间的同步。
进一步的,所述主机载波通信延时测量器CARRY_COM、主机载波器CARRY_M、从机载波接收同步器CARRY_SYNC和从机载波器CARRY_S保持相同的载波频率设置。
一种多机并联载波同步系统,包括主机和从机,采用通信方法实现主机和从机设备PWM载波同步;主机计算出接收时载波同步值,并填充到载波同步帧数据域进行发送;从机接收主机的同步值后进行载波同步设置,并进行微调同步,从而实现多机的载波同步。
本发明的有益效果在于:本发明采用通信控制方法实现载波同步,通信帧具有校验机制,不容易受到干扰,通信具有校验机制,发生错误帧或通信超时主机不更新通信延时值,从机端则不进行同步操作,具有更高的可靠性;多机间可实现载波完全同步,有效果解决多机间载波不同步引起的环流问题;载波同步不存在突变情况,载波器通过载波同步接收器的输出脉冲进行同步,同步调节过程缓和、柔性,避免了载波突变和PWM输出突变;多机通信时间隔插入一帧载波同步帧,同步数据量小,通信占用时间短,对整个系统的数据通信影响极小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例,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示出的结构获得其他的附图。
图1为载波同步通信连接方式图;
图2为载波同步帧数据结构图;
图3为载波延时测量原理图;
图4为载波同步值计算原理图;
图5为从机载波同步微调原理图;
图6为从机载波同步完成后的信号图;
图7为载波器输入输出接口示意图;
图8为载波器同步脉冲信号图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。下面结合附图,对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1:一种多机并联载波同步方法,包括如下步骤:
S1:采用通信方法实现多机设备PWM载波同步,所述多机包括主机和从机;
S2:主机计算出接收时载波同步值,并填充到载波同步帧数据域进行发送;
S3:从机接收主机的同步值后进行载波同步设置,并进行微调同步,从而实现多机的载波同步;
其中,主机设置有主机载波通信延时测量器CARRY_COM和主机载波器CARRY_M,从机设置有从机载波接收同步器CARRY_SYNC和从机载波器CARRY_S。
见图1,通信方法为:采用单线传输方式,如串口,通过数据线将主机与从机首尾相连,形成通信环路,通过通信数据将载波同步值发送给每台设备,同时,为了避免从机直接操作载波发生器引起载波突变,输出不稳定PWM驱动信号,从机设备接收到载波同步值后,对载波同步接收器进行直接重置,从机载波接收同步器CARRY_SYNC在同步点时刻输出同步脉冲信号,对从机载波器CARRY_S进行微同步,载波同步过程柔性调节,不会出现载波突变情况,输出载波连续平稳。
本发明通信载波同步方式需在通信协议中增加载波同步帧,所述载波同步帧包括帧头、控制域、数据域和校验域,主机根据主机载波器CARRY_M计数值和载波同步帧延时测量值DELAY,计算出接收时载波同步值,并填充到载波同步帧数据域进行发送,从机端接收到同步计数值后更新从机载波接收同步器CARRY_SYNC的计数值,载波同步帧数据结构见图2。
具体的,步骤S2包括如下子步骤:
S21:通信实现载波同步过程中,涉及到通信数据传输延时问题,主机载波在通信过程中需要测量出波同步帧所需要的延时时间,主机在发送载波同步帧的时刻复位主机载波通信延时测量器CARRY_COM的计数器,并启动计数器,检测接收端口,当检测到有效载波同步帧时,停止计数器计数,并更新载波同步帧延时测量值DELAY;(主机载波延时测量见图3)
S22:图3中,T1时刻,主机根据当前主机载波器CARRY_M的计数值V1,结合载波同步帧延时测量值DELAY,叠加计算之后得到在T2接收时刻的载波同步值V2,并将载波同步值V2写入到载波同步帧的数据域中进行发送。(主机载波同步值计算方法见图4)
通信过程中,由主机发起的载波同步帧在传输过程中有可能受到干扰、线路不稳定等因素影响,导致通信失败或发生帧数据错误,需要对载波同步帧进行容错处理,当载波同步帧发生错误时,载波同步帧延时测量值DELAY不进行更新,当发生帧超出设定时间时,标记载波同步帧接收超时状态,载波同步帧延时测量值DELAY也不进行更新,只有当帧通信成功,才更新载波同步帧延时测量值DELAY。
具体的,步骤S3包括如下步骤:
S31:从机从通信接口接收到有效的载波同步帧后,读取载波同步值V2,并用载波同步值V2对从机载波接收同步器CARRY_SYNC的计数器进行直接更新;从而保持从机载波接收同步器CARRY_SYNC和主机端的从机载波器CARRY_S完全同步,由于从机载波接收同步器CARRY_SYNC是直接操作更新方式进行同步,不能直接用于载波斩波生成PWM驱动信号
S32:从机载波接收同步器CARRY_SYNC输出载波同步脉冲信号对从机载波器CARRY_S进行微调,从机载波器CARRY_S在同步信号的触发下,每个载波周期逐步进行微调修偏,直到从机载波器CARRY_S和从机载波接收同步器CARRY_SYNC完全同步,从而实现从机载波器CARRY_S和主机载波器CARRY_M之间的同步。该方式缓和调节从机载波器CARRY_S,避免了载波计数器突变可能引起PWM驱动信号突变。从机载波器微调过程见图5。从机载波器根据载波同步接收器的输出同步脉冲信号进行微调,经过一段时间的微调后最终完成同步,完成同步见图6。初始调节时,载波偏差较大,但经过一段时间的同步后偏差减少,同步后载波同步帧调节的幅度只是修正微弱偏差。
载波器(包括主机载波器CARRY_M和从机载波器CARRY_S)具有频率可调节性,通过控制周期计数器控制载波频率,从而实现PWM输出频率控制。进一步的,所述主机载波通信延时测量器CARRY_COM、主机载波器CARRY_M、从机载波接收同步器CARRY_SYNC和从机载波器CARRY_S保持相同的载波频率设置,否则将因为频率差异,输出同步脉冲频率不一致,导致实现同步。载波器的输入输出相关接口见图7。载波器在计数器过零时刻输出同步脉冲信号,用于载波器之间同步,计数过零时刻一般不会发生载波比较生成PWM,该时刻调节载波影响性最小,载波器同步脉冲信号见图8。
一种多机并联载波同步系统,用以实现上述所述的多机并联载波同步方法,该系统包括主机和从机,采用通信方法实现主机和从机设备PWM载波同步;主机计算出接收时载波同步值,并填充到载波同步帧数据域进行发送;从机接收主机的同步值后进行载波同步设置,并进行微调同步,从而实现多机的载波同步。
本发明利用通信机制实现,通过载波同步帧进行载波同步,即可实现多机间通信数据互联,又可以实现多机间载波同步,主机设置主机载波通信延时测量器CARRY_COM对通信延时值进行测量,计算出同步帧接收时刻的载波计数值,并将载波计数值通过通信数据发送到每个从机设备,从机设备设置有从机载波接收同步器CARRY_SYNC,接收主机的同步值后进行载波同步设置,从机载波接收同步器CARRY_SYNC输出载波同步脉冲信号控制从机载波发生器CARRY_S进行微调同步,从而实现各个模块的载波同步功能,该方法具有极高的稳健性和同步精确性,且不影响原系统的通信性能。
本发明至少具有以下技术效果:
本发明通过通信方式解决载波同步问题,通信方式具有帧错误检测能力,发生帧错误时直接丢弃,少量的同步帧错误或丢失,短时间内载波不会失步,只要通信过程检测到一个同步,各个设备间将进行同步修正,有效解决了同步干扰问题。本发明多机并联后,各台逆变器输出PWM相位完全一致,输出环流小于<1%,多设备并联时系统运行更加稳定,低的环流特性也可降低设备损耗。由于从机载波器调节过程非常柔和,每个载波周期进行一次微调,运行过程不会发生因载波同步引起的脉冲性PWM。由于通信同步帧中只有载波同步值数据需要传输,数据量小,同时主机端每隔一段时间(如20ms)发送一次同步帧,对整体系统的通信占用率低,对系统的影响极小。本发明同步故障容易被发现,采用同步IO控制线,当同步线发生断开时无法被有效的检测到,需通过专用仪器观测或引起环流严重时才能发现,而采用通信帧载波同步方法通信异常可以直接发现,同步故障容易被检测,故障排错性更好。
需要说明的是,对于前述的实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本申请并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本申请,某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例属于优选实施例,所涉及的动作并不一定是本申请所必须的。
上述实施例中,描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种多机并联载波同步方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:采用通信方法实现多机设备PWM载波同步,所述多机包括主机和从机;
S2:主机计算出接收时载波同步值,并填充到载波同步帧数据域进行发送;
S3:从机接收主机的同步值后进行载波同步设置,并进行微调同步,从而实现多机的载波同步;
其中,主机设置有主机载波通信延时测量器CARRY_COM和主机载波器CARRY_M,从机设置有从机载波接收同步器CARRY_SYNC和从机载波器CARRY_S。
2.如权利要求1所述的一种多机并联载波同步方法,其特征在于,所述通信方法为:采用单线传输方式将主机与从机首尾相连,形成通信环路,通过通信数据将载波同步值发送给每台设备。
3.如权利要求1所述的一种多机并联载波同步方法,其特征在于,所述载波同步帧包括帧头、控制域、数据域和校验域。
4.如权利要求1所述的一种多机并联载波同步方法,其特征在于,步骤S2包括如下子步骤:
S21:主机在发送载波同步帧的时刻复位主机载波通信延时测量器CARRY_COM的计数器,并启动计数器,检测接收端口,当检测到有效载波同步帧时,停止计数器计数,并更新载波同步帧延时测量值DELAY;
S22:主机根据当前主机载波器CARRY_M的计数值,结合载波同步帧延时测量值DELAY,叠加计算之后得到载波同步值,并将载波同步值写入到载波同步帧的数据域中进行发送。
5.如权利要求4所述的一种多机并联载波同步方法,其特征在于,对载波同步帧进行了容错处理,避免载波同步帧在传输过程中受到干扰和线路不稳定的因素影响,导致通信失败或发生帧数据错误。
6.如权利要求5所述的一种多机并联载波同步方法,其特征在于,所述容错处理为:当载波同步帧发生错误时,载波同步帧延时测量值DELAY不进行更新,当发生帧超出设定时间时,标记载波同步帧接收超时状态,载波同步帧延时测量值DELAY也不进行更新,只有当帧通信成功,才更新载波同步帧延时测量值DELAY。
7.如权利要求1所述的一种多机并联载波同步方法,其特征在于,步骤S3包括如下步骤:
S31:从机接收到有效的载波同步帧后,读取载波同步值,并用载波同步值对从机载波接收同步器CARRY_SYNC的计数器进行直接更新;
S32:从机载波接收同步器CARRY_SYNC输出载波同步脉冲信号对从机载波器CARRY_S进行微调。
8.如权利要求7所述的一种多机并联载波同步方法,其特征在于,步骤S32具体为:从机载波器CARRY_S在同步信号的触发下,每个载波周期逐步进行微调修偏,直到从机载波器CARRY_S和从机载波接收同步器CARRY_SYNC完全同步,从而实现从机载波器CARRY_S和主机载波器CARRY_M之间的同步。
9.如权利要求1所述的一种多机并联载波同步方法,其特征在于,所述主机载波通信延时测量器CARRY_COM、主机载波器CARRY_M、从机载波接收同步器CARRY_SYNC和从机载波器CARRY_S保持相同的载波频率设置。
10.一种多机并联载波同步系统,用以实现权利要求1~9任意一项所述的一种多机并联载波同步方法,其特征在于,包括主机和从机,采用通信方法实现主机和从机设备PWM载波同步;主机计算出接收时载波同步值,并填充到载波同步帧数据域进行发送;从机接收主机的同步值后进行载波同步设置,并进行微调同步,从而实现多机的载波同步。
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