微網逆變器載波移相同步系統的制作方法

本實用新型涉及微電網
技術領域：
，特別是涉及一種微網逆變器載波移相同步系統。
背景技術：
：微網逆變器并聯系統中，并聯諧振是影響微電網可靠穩定運行的關鍵問題。獨立直流源輸入的微網逆變器并聯至公共交流母線運行易產生諧振問題，諧振會使并網電流畸變嚴重，增加損耗，降低系統效率。各個逆變器模塊調制波、載波等不一致性因素，很容易引起逆變器模塊間的電流諧振。一般采用LCL濾波器參數優化和引入虛擬阻抗的方法來抑制逆變器并聯產生的諧振問題，這些方法對電流諧波有一定抑制效果，但無法從本質上解決并聯諧振問題。因此現有技術一般通過逆變器模塊間載波移相同步解決上述電流諧波問題，為了消除交流側并聯后電流的諧波，N臺逆變器之間的載波相移一般按180°/N來設定。但現有技術在實現載波移相同步時，系統中由于多臺逆變器間參數及傳輸距離等因素引起的差異，無法實現各逆變器模塊間的高精度載波移相同步。微網逆變器模塊化并聯系統需要實現熱插拔及冗余控制。現有技術在解決單點故障或冗余控制時，系統需要暫停工作進行維護，不利于微網逆變器的自由投切，不利于系統模塊化管理。技術實現要素：基于此，有必要針對上述的技術問題，提供一種高準確性和可靠性的微網逆變器載波移相同步系統。一種微網逆變器載波移相同步系統，包括：主站，所述主站包括第一網口、第二網口、計算機以及與所述計算機連接的發送單元以及接收單元，所述計算機用于發送載波移相同步信號，所述發送單元分別與所述第一網口以及所述第二網口連接，所述接收單元分別與所述第一網口以及所述第二網口連接；若干從站，所述從站包括若干微網逆變器以及用于接收所述載波移相同步信號并實現載波移相同步的控制芯片，每一所述控制芯片對應與一所述微網逆變器連接；若干所述控制芯片依次連接，且所述第一網口與第一個所述控制芯片連接，所述第二網口與最后一個所述控制芯片連接。在其中一個實施例中，所述接收單元具有接收端RX1，所述發送單元具有發送端TX1，所述接收端RX1分別與所述第一網口以及所述第二網口連接，所述發送端TX1分別與所述第一網口以及所述第二網口連接。在其中一個實施例中，所述第一網口具有接收端RX2和發送端TX2，所述第二網口具有接收端RX3和發送端TX3，所述接收端RX1分別與所述接收端RX2以及所述接收端RX3連接，所述發送端TX1分別與所述接收端TX2以及所述接收端TX3連接。在其中一個實施例中，包括第1個、第2個...第i個至第N個所述從站，N為正整數；其中，第1個所述從站具有接收端RX11、接收端RX12、發送端TX11和發送端TX12，第2個所述從站具有接收端RX21、接收端RX22、發送端TX21和發送端TX22，第i個所述從站具有接收端RXi1、接收端RXi2、發送端TXi1和發送端TXi2，第N個所述從站具有接收端RXN1、接收端RXN2、發送端TXN1和發送端TXN2，所述接收端RX11與所述主站的所述發送端TX1連接，所述發送端TX12與所述主站的所述接收端RX1連接；所述發送端TX11與所述接收端RX21連接；所述接收端RX12與所述發送端TX22連接；所述發送端TX21與所述接收端RXi1連接；所述接收端RX22與所述發送端TXi2連接；所述發送端TXi1與所述接收端RXN1連接；所述接收端RXi2與所述發送端TXN2連接；所述發送端TXN1與所述主站的所述接收端RX3連接，所述接收端RXN2與所述主站的所述發送端TX3連接。在其中一個實施例中，包括第1個、第2個...第i個至第N個所述微網逆變器其中，N為正整數。在其中一個實施例中，第1個微網逆變器與第1個所述從站的所述控制芯片連接，第2個微網逆變器與第2個所述從站的所述控制芯片連接；第i個微網逆變器與第i個所述從站的所述控制芯片連接，第N個微網逆變器與第N個所述從站的所述控制芯片連接。在其中一個實施例中，所述第一網口以及所述第二網口均為以太網類型的網口。上述微網逆變器載波移相同步系統，通過主站的計算機通過發送單元以及接收單元并經由第一網口和第二網口與每一個從站的控制芯片連接，主站進行故障檢測及故障判別，并根據檢測和判別的結果選擇不同幀傳輸策略，控制芯片接收主站發送的經過故障檢測及故障判別后的載波移相同步信號后，對應地對與其連接的微網逆變器進行載波移相同步，從而從系統層面上解決了微網系統出現單點或是多點故障時載波無法同步的問題，提高微網逆變器并聯系統載波移相同步的可靠性及準確性，減小了各逆變器并聯后的交流電流諧波，抑制并聯諧振。附圖說明圖1為一個實施例中微網逆變器載波移相同步系統的結構示意圖；圖2為一個實施例中載波移相同步方法步驟流程示意圖；圖3為一個實施例中微網逆變器載波移相同步系統正常工作時的傳輸延時測量原理圖；圖4為一個實施例中微網逆變器載波移相同步系統發生鏈路或節點故障時的結構示意圖；圖5為一個實施例中微網逆變器載波移相同步系統發生鏈路或節點故障時的傳輸延時測量原理圖；圖6為一個實施例中微網逆變器載波移相同步系統發生網口A故障時的結構示意圖；圖7為一個實施例中微網逆變器載波移相同步系統發生網口B故障時的結構示意圖。具體實施方式為使本實用新型的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下做類似改進，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。請參閱圖1，其為一個實施例中微網逆變器載波移相同步系統10的結構示意圖，一種微網逆變器載波移相同步系統10包括主站101以及若干從站102。主站101與每一從站102連接，用于對從站102進行故障檢測及故障判別，根據檢測和判別的結果選擇不同幀傳輸策略、計算各從站102本地時鐘漂移量、修正從站102時間，實現載波移相同步。主站101包括第一網口A、第二網口B、計算機103以及與計算機103連接的發送單元104以及接收單元105，計算機103用于發送載波移相同步信號，發送單元104分別與第一網口A以及第二網口B連接，接收單元105分別與第一網口A以及第二網口B連接。優選的，第一網口A以及第二網口B均為以太網類型的網口。從站102包括若干微網逆變器106、用于接收載波移相同步信號并實現載波移相同步的控制芯片ESC，每一控制芯片ESC對應與一微網逆變器106連接。若干控制芯片ESC依次連接，且第一網口A與第一個控制芯片ESC連接，第二網口B與最后一個控制芯片ESC連接。需要說明的是，本實施例中的控制芯片ESC、計算機103、微網逆變器106等，均可采用現有產品實現，本實用新型及其各實施例，其所要求保護的范圍并不包括控制芯片ESC、計算機103、微網逆變器106等的具體結構及其控制方式，而是通過這些結構的連接關系及其結合應用所能夠達到預計的技術效果。上述微網逆變器106載波移相同步系統，通過主站101的計算機103通過發送單元104以及接收單元105并經由第一網口A和第二網口B與每一個從站102的控制芯片ESC連接，主站101進行故障檢測及故障判別，并根據檢測和判別的結果選擇不同幀傳輸策略，控制芯片ESC接收主站101發送的經過故障檢測及故障判別后的載波移相同步信號后，對應地對與其連接的微網逆變器106進行載波移相同步，從而從系統層面上解決了微網系統出現單點或是多點故障時載波無法同步的問題，提高微網逆變器106并聯系統載波移相同步的可靠性及準確性，減小了各逆變器并聯后的交流電流諧波，抑制并聯諧振。可以理解，本實施例為基于EtherCAT(EtherControlAutomationTechnology，控制自動化技術)的微網逆變器載波移相同步方法。用PC機作為主站，各微網逆變器及其從站控制ESC芯片作為從站。主站用于發送載波移相同步信號，并監控所述N個從站的工作狀態；N個從站用于接收所述載波移相同步信號并實現載波移相同步。可以實現EtherCAT冗余機制和分布時鐘的兼容，可保證系統出現單點故障時主從站能正常通信，提高載波移相同步的可靠性及準確性，從而減小各逆變器并聯后的交流電流諧波，抑制并聯諧振。請再次參閱圖1，本實施例中，接收單元105具有接收端RX1，發送單元104具有發送端TX1。接收端RX1分別與第一網口A以及第二網口B連接，發送端TX1分別與第一網口A以及第二網口B連接。第一網口A具有接收端RX2和發送端TX2，第二網口B具有接收端RX3和發送端TX3。接收端RX1分別與接收端RX2以及接收端RX3連接，發送端TX1分別與接收端TX2以及接收端TX3連接。進一步的，微網逆變器載波移相同步系統包括第1個、第2個...第i個至第N個從站102，需要說明的是，N為正整數，i為大于0且小于或者等于N的整數。其中，第1個從站102具有接收端RX11、接收端RX12、發送端TX11和發送端TX12，第2個從站102具有接收端RX21、接收端RX22、發送端TX21和發送端TX22，第i個從站102具有接收端RXi1、接收端RXi2、發送端TXi1和發送端TXi2，第N個從站102具有接收端RXN1、接收端RXN2、發送端TXN1和發送端TXN2。接收端RX11與主站101的發送端TX1連接，發送端TX12與主站101的接收端RX1連接。發送端TX11與接收端RX21連接。接收端RX12與發送端TX22連接。發送端TX21與接收端RXi1連接。接收端RX22與發送端TXi2連接。發送端TXi1與接收端RXN1連接。接收端RXi2與發送端TXN2連接。發送端TXN1與主站101的接收端RX3連接，接收端RXN2與主站101的發送端TX3連接。進一步的，微網逆變器載波移相同步系統包括第1個、第2個...第i個至第N個微網逆變器106其中，N為正整數。第1個微網逆變器106與第1個從站102的控制芯片ESC連接，第2個微網逆變器106與第2個從站102的控制芯片ESC連接；第i個微網逆變器106與第i個從站102的控制芯片ESC連接，第N個微網逆變器106與第N個從站102的控制芯片ESC連接。為便于理解本實施例，圖2示出了一種載波移相同步方法20的步驟流程示意圖，該載波移相同步方法20應用于本實施例的微網逆變器載波移相同步系統。該一種載波移相同步方法20包括步驟S201、步驟S202以及步驟S203。步驟S201：主站進行故障檢測及故障判別，根據檢測和判別的結果選擇不同幀傳輸策略。具體的：首先，根據讀取網口狀態判斷是否出現故障及故障類型。如果網口A或網口B狀態為未連接或連接出錯，則表明出現了網口故障；如果網口A接收到了環回的幀(ESC從站控制器具有在斷點處自動環回功能)，則表明為鏈路故障或節點故障；否則，表明系統正常。然后，對網口A和網口B的接收幀進行偵聽和WKC分析。根據子報文的報文指令類型，以及子報文的WKC值，可以判斷出該子報文是否得以執行。從而，檢測出網口A和故障點之間離故障點最近的有效節點及網口B和故障點之間離故障點最近的有效節點。最后，可以判斷出故障點出現在2個有效節點之間的鏈路或節點上。所述的工作幀傳輸策略包括以下四種情況：(a)正常工作幀傳輸策略：載波移相同步幀交由網口A發送，遍歷從站節點，經網口B接收；交由網口B發送，以原鏈路環回，經網口A接收后，進入接收隊列。(b)節點或者中間線路故障幀傳輸策略：載波移相同步幀交由網口A發送，遍歷至故障點處環回，經網口A接收，交由網口B發送，從另一個方向遍歷至故障點處環回，經網口B接收后，進入接收隊列。(c)網口A故障幀傳輸策略：載波移相同步幀交由網口B發送，反向到達第一個從站節點，以原鏈路環回，經網口B接收后，進入接收隊列。(d)網口B故障幀傳輸策略：載波移相同步幀交由網口A發送，到達最后一個從站節點，以原鏈路環回，經網口A接收后，進入接收隊列。步驟S202：計算各從站本地時鐘漂移量。具體的：所述的本地時鐘漂移量計算方法包括計算正常工作、中間鏈路或節點故障、網卡1故障和網卡2故障四種工作狀態下各從站的本地時鐘漂移量的計算。系統啟動時，各從站的本地時鐘tlocal(i)和參考時鐘tsys_ref之間有一定的差異，稱為時鐘初始偏移量Toffset(i)。數據幀在各個從站之間傳播時的延時稱為傳輸延時Tdelay(i)。在運行過程中，由于各從站使用的晶振等原因，它們的計時周期會有微小差別，稱為時鐘漂移。本地時鐘漂移量Δt由式(1)計算。Δt＝tlocal(i)-Toffset(i)-Tdelay(i)-tsys_ref(1)步驟S203：修正從站時間，實現載波移相同步。具體的：主站每4個載波周期發送一次載波移相同步幀。從站接收到載波移相同步幀后，計算本地時鐘漂移量Δt，然后根據式(2)獲得自身載波周期誤差值，根據載波周期誤差值調節數字信號處理器上的ePWM時間基準相位寄存器值，從而實現各從站的載波移相同步。Te(i)=Δt(i)2TBtc+12(N-1)(i-1)TB---(2)]]>式(2)中，i表示微網逆變器的序號，N表示微網逆變器的總臺數，表示所述第i個從站的載波周期誤差值，Δt(i)表示所述第i個從站的本地時鐘漂移量，TB表示所述ePWM時間基準相位寄存器值，tc表示所述載波周期值，1≤i≤N。請再次參閱圖1，微網逆變器載波移相同步系統組成參照圖1，使用PC機作為主站，連接N個帶有從站控制芯片ESC的微網逆變器作為從站。主站包括發送單元和接收單元，主站裝有兩個以太網接口，分別為網口A和網口B。若系統各部分都正常工作，按照正常工作時的載波移相同步過程執行載波移相同步；系統出現故障時，通過故障檢測與判斷，判斷出故障類型，按照相應的單點故障時的載波移相同步方法執行載波移相同步。下面結合圖1至圖7對微網逆變器并聯的冗余系統各工作狀態下的載波移相同步過程進行詳細介紹。例如，微網逆變器載波移相同步系統正常工作時的載波移相同步過程說明如下。例如，微網逆變器載波移相同步系統的正常工作幀傳輸策略說明如下：系統中各模塊上電初始化后，主站選取其連接的第一個從站的時鐘作為參考時鐘，以參考時鐘來同步其他從站設備和主站時鐘。主站將載波移相同步幀交由網口A發送，遍歷從站節點，經網口B接收；交由網口B發送，以原鏈路環回，經網口A接收后，進入接收隊列。例如，微網逆變器載波移相同步系統的正常工作時本地時鐘漂移量計算說明如下：請參考下表，參數描述tsys_ref參考時鐘tlocal(i)從站i的本地時鐘Toffset(i)從站i的時鐘初始偏移量Tdelay(i)參考時鐘從站到從站i的傳輸延時T1工作幀到達參考時鐘從站時，tsys_ref為T1時刻T2(i)工作幀到達從站i時，本地時鐘為T2(i)時刻T3(i)工作幀環回到達從站i時，本地時鐘為T3(i)時刻T4工作幀環回到達參考時鐘從站時，tsys_ref為T4時刻傳輸延時和時鐘初始偏移量的測量原理參照圖3，假設tlocal(i)＞tsys_ref，它們的關系由下式確定：tlocal(i)＝tsys_ref+Toffset(i)主站發送一個載波移相同步數據幀，載波移相同步幀到達每個從站后，每個從站設備保存其端口接收到載波移相同步幀前導符的第一位的時刻。載波移相同步幀到達參考時鐘從站時tsys_ref為T1時刻，到達從站i時該從站的本地時鐘時刻為T2(i)，則：Toffset(i)＝T2(i)－T1－Tdelay(i)載波移相同步幀經過所有的從站后，經網口B接收，再立即由網口B發送，環回至從站i時，從站i的本地時鐘時刻為T3(i)，環回至參考時鐘從站時tsys_ref為T4時刻；假設線纜延時均勻，所有從站設備的處理和轉發的延時一樣，則得出從站i與參考時鐘從站間的傳輸延時：Tdelay(i)＝[(T4－T1)－(T3(i)－T2(i))]/2保持本地時鐘的自由運行，每個從站使用自己的本地時鐘tlocal(i)和本地時鐘初始偏移量Toffset(i)計算本地系統時間tsys_local(i)，用來產生同步信號和鎖存信號時間標記，供從站微處理器使用。tsys_local(i)＝tlocal(i)－Toffset(i)在測得傳輸延時和時鐘初始偏移量后，主站發送數據報文從參考時鐘從站讀取系統時間tsys_ref并寫入之后的每個從站設備中。從站根據得到的tsys_ref和之前保存于每個從站中的Toffset(i)和Tdelay(i)，計算出本地時鐘漂移量Δt：Δt＝tsys_local(i)－Tdelay(i)－tsys_ref＝tlocal(i)－Toffset(i)－Tdelay(i)－tsys_ref(3)載波移相同步過程：主站每4個載波周期發送一次載波移相同步幀。從站接收到載波移相同步幀后，計算本地時鐘漂移量Δt，然后根據下式獲得自身載波周期誤差值，根據載波周期誤差值調節數字信號處理器上的ePWM時間基準相位寄存器值，從而實現各從站的載波移相同步。Te(i)=Δt(i)2TBtc+12(N-1)(i-1)TB]]>i表示微網逆變器的序號，N表示微網逆變器的總臺數，表示所述第i個從站的載波周期誤差值，Δt(i)表示所述第i個從站的本地時鐘漂移量，TB表示所述ePWM時間基準相位寄存器值，tc表示所述載波周期值，1≤i≤N。例如，微網逆變器載波移相同步系統的冗余系統鏈路或節點故障時的載波移相同步過程說明如下。例如，微網逆變器載波移相同步系統的故障檢測及故障判別說明如下：首先，根據讀取網口狀態判斷是否出現故障及故障類型。如果網口A或網口B狀態為未連接或連接出錯，則表明出現了網口故障；如果網口A接收到了環回的幀(ESC從站控制器具有在斷點處自動環回功能)，則表明為鏈路故障或節點故障；否則，表明系統正常。然后，對網口A和網口B的接收幀進行偵聽和WKC分析。工作幀經過每個從站時，從站對工作幀進行了正確的處理，WKC就會加1。根據子報文的報文指令類型，以及子報文的WKC值，可以判斷出該子報文是否得以執行。從而，檢測出網口A和故障點之間離故障點最近的有效節點及網口B和故障點之間離故障點最近的有效節點。最后，可以判斷出故障點出現在2個有效節點之間的鏈路或節點上。例如，微網逆變器載波移相同步系統的節點或者中間線路故障幀傳輸策略說明如下：載波移相同步幀交由網口A發送，遍歷至故障點處環回，經網口A接收，交由網口B發送，從另一個方向遍歷至故障點處環回，經網口B接收后，進入接收隊列。例如，微網逆變器載波移相同步系統的鏈路或節點故障時本地時鐘漂移量計算說明如下：，請參考下表，參數描述T1工作幀到達參考時鐘從站時，tsys_ref為T1時刻T2(i)工作幀到達從站i時，本地時鐘為T2(i)時刻T3(i)工作幀環回到達從站i時，本地時鐘為T3(i)時刻T4工作幀環回到達參考時鐘從站時，tsys_ref為T4時刻T5工作幀回到主站時，tsys_ref為T5時刻T6工作幀反向遍歷節點回環至主站時，tsys_ref為T5時刻假設系統在從站k處發生鏈路或節點故障，從站k及其前端的各從站的本地時鐘漂移量與正常工作時計算方法相同。在故障節點后端各從站的本地時鐘漂移量如下所述：載波移相同步幀遍歷至故障點環回，到達主站時tsys_ref為T5時刻，再由網口B發送，反向到達從站i(k+1≤i≤N)時該從站的本地時鐘時刻為T2(i)，則：Toffset(i)＝T2(i)－T1－Tdelay(i)載波移相同步幀遍歷至故障點，環回至從站i時，從站i的本地時鐘時刻為T3(i)，環回至主站時tsys_ref為T6時刻；假設線纜延時均勻，所有從站設備的處理和轉發的延時一樣，則得出從站i與參考時鐘從站間的傳輸延時：Tdelay(i)＝[(T6－T5)－(T3(i)－T2(i))]/2+(T5－T1)保持本地時鐘的自由運行，每個從站使用自己的本地時鐘tlocal(i)和本地時鐘初始偏移量Toffset(i)計算本地系統時間tsys_local(i)，用來產生同步信號和鎖存信號時間標記，供從站微處理器使用。tsys_local(i)＝tlocal(i)－Toffset(i)在測得傳輸延時和時鐘初始偏移量后，主站發送數據報文從參考時鐘從站讀取系統時間tsys_ref并寫入之后的每個從站設備中。從站根據得到的tsys_ref和之前保存于每個從站中的Toffset(i)和Tdelay(i)，計算出本地時鐘漂移量Δt：Δt＝tsys_local(i)－Tdelay(i)－tsys_ref＝tlocal(i)－Toffset(i)－Tdelay(i)－tsys_ref例如，微網逆變器載波移相同步系統的載波移相同步過程中：鏈路或節點故障時的載波移相同步過程與正常工作時相同。例如，微網逆變器載波移相同步系統的冗余系統網口A故障時的載波移相同步過程說明如下。例如，微網逆變器載波移相同步系統的網口A故障幀傳輸策略是：載波移相同步幀交由網口B發送，反向到達第一個從站節點，以原鏈路環回，經網口B接收后，進入接收隊列。對于微網逆變器載波移相同步系統的網口A故障時本地時鐘漂移量計算，下面進一步舉例說明。網口A故障時，載波移相同步幀交由網口B發送，主站選取其連接的第一個從站的時鐘作為參考時鐘，即選取從站N時鐘為參考時鐘。此外與正常工作時的本地時鐘漂移量計算方法相同。(3)載波移相同步過程：網口A故障時的載波移相同步過程與正常工作時相同。四、冗余系統網口B故障時的載波移相同步過程(1)網口B故障幀傳輸策略：載波移相同步幀交由網口A發送，到達最后一個從站節點，以原鏈路環回，經網口A接收后，進入接收隊列。(2)網口B故障時本地時鐘漂移量計算：網口B故障時本地時鐘漂移量計算方法與正常工作時相同。(3)載波移相同步過程：網口B故障時的載波移相同步過程與正常工作時相同。本發明及其各實施例的有益效果體現在：1、利用PC機作為主站，若干個微網逆變器作為從站，構成一種基于EtherCAT總線的微網逆變器并聯系統。主站用于發送載波移相同步信號，并監控所述N個從站的工作狀態，能從系統層面解決逆變器并聯系統出現單點或是多點故障時載波無法同步的問題，提高了系統的穩定性和可靠性。2、EtherCAT的分布時鐘機制可以保障從站設備使用相同的系統時間，從而可以方便地控制各微網逆變器實現載波移相同步，簡化了載波移相同步控制算法。3、EtherCAT實行動態數據處理機制，從站直接讀取主站發送的數據幀中的數據塊或改變數據幀中的一部分數據，這樣所引入的總延時小于100ns，提高了微網逆變器并聯系統的載波移相同步精度。以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。當前第1頁1 2 3