一种级联型储能系统的脉冲同步控制装置和方法与流程

本发明涉及储能技术和电子电力技术领域，特别涉及一种级联型储能系统的脉冲同步控制装置和方法。

背景技术：

大容量的电池储能系统具有削峰填谷、稳定电网、紧急备用等技术优点，近年来逐渐开始在电网和重要电力负荷端进行推广。在众多形式的储能系统中，采用H桥级联型拓扑结构的储能系统凭借其转换效率高、电能质量好等优点获得业内关注，被认为是一种优秀的解决大容量储能问题的技术方案。

随着级联型储能系统容量等级和电压等级的不断提高，一套兆瓦级的级联型储能系统需要在数百平方米，甚至数千平方米的范围内进行安装和布置。实际工程中级联型储能系统的主控制器与各个功率链节之间的距离不可能完全相同，此时即使采用常规的光纤通讯，仍然会出现各个功率链节之间接收的PWM((Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)脉冲控制信号不同步的现象，PWM脉冲控制信号不同步不但会增大储能系统中储能变流器控制的难度，还会导致各个链节功率不平衡，影响储能系统整体的运行能力。

技术实现要素：

本发明提供了一种级联型储能系统的脉冲同步控制装置和方法，以解决级联型储能系统的各个功率链节之间接收的PWM脉冲控制信号不同步的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种级联型储能系统的脉冲同步控制装置，所述脉冲同步控制器包括：主控光纤口、链节光纤口、时钟芯片和中心处理器，所述中心处理器分别与主控光纤口、链节光纤口和时钟芯片相连；

主控光纤口，用于接收所述储能系统的主控制器下发的各个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号并发送给所述中心处理器；

中心处理器，用于从所述各个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号中提取每个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号，并根据时钟芯片提供的时间参考同步控制所述链节光纤口将每个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号发送给所述储能系统的相应的功率链节。

另一方面，本发明提供了一种级联型储能系统的脉冲同步控制方法，所述方法包括：

通过主控光纤口接受储能系统的主控制器下发的各个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号；

从所述各个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号中提取每个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号，并根据时钟芯片提供的时间参考同步控制链节光纤口将每个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号发送给所述储能系统的相应的功率链节。

本发明的有益效果是：本发明通过设置包括主控光纤口、链节光纤口、时钟芯片、中心处理器的脉冲同步控制装置，利用主控光纤口和链节光纤口实现储能系统的主控制器、各个功率链节与脉冲同步控制装置的中心处理器之间的信号传输，利用中心处理器和时钟芯片对链节光纤口的子端口进行同步控制，使得级联型储能系统的各个功率链节之间接收的PWM脉冲控制信号同步。

附图说明

图1为本发明实施例提供的脉冲同步控制装置示意图；

图2为本发明实施例提供的脉冲同步控制装置与储能系统的交互示意图；

图3为本发明实施例提供的脉冲同步控制装置处理PWM脉冲信号和动作信号的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的脉冲同步控制装置处理链节状态信号的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的时钟芯片检测链节光纤口的每个子端口到相应功率链节7的传输延时示意图；

图6为本发明实施例提供的延时补偿示意图；

图7为本发明实施例提供的脉冲同步控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1为本发明实施例提供的脉冲同步控制装置示意图，本发明实施例的脉冲同步控制装置用于级联型储能系统。

如图1所示，本实施例的脉冲同步控制装置1包括：主控光纤口2、链节光纤口3、时钟芯片4和中心处理器5，中心处理器5分别与主控光纤口2、链节光纤口3和时钟芯片4相连；

主控光纤口3，用于接收储能系统的主控制器下发的各个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号并发送给中心处理器5。

中心处理器5，用于从各个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号中提取每个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号，并根据时钟芯片4提供的时间参考同步控制链节光纤口3将每个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号发送给储能系统的相应的功率链节；其中，动作信号包括但不限于使功率链节工作或非工作的使能信号，切除故障功率链节的冗余控制信号等。

本实施例通过设置包括主控光纤口、链节光纤口、时钟芯片、中心处理器的脉冲同步控制装置，利用主控光纤口和链节光纤口实现储能系统的主控制器、各个功率链节与脉冲同步控制装置的中心处理器之间的信号传输，利用中心处理器和时钟芯片对链节光纤口的子端口进行同步控制，使得级联型储能系统的各个功率链节之间接收的PWM脉冲控制信号同步。

实际应用中，链节光纤口3包括对应于储能系统的功率链节数量的子端口，每个子端口连接一个功率链节，用于将该子端口对应功率链节的PWM脉冲信号和动作信号发送给所述功率链节；中心处理器5可以将提取的每个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号按照与链节光纤口的子端口对应的映射地址进行存储，存储完成后对各个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号的传输进行同步控制，即中心处理器5在将提取的每个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号按照与链节光纤口的子端口对应的映射地址进行存储之后，根据时钟芯片4提供的时间参考同步控制链节光纤口3将每个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号发送给储能系统的相应的功率链节，以保证脉冲同步控制装置对PWM脉冲信号和动作信号处理的可靠性。

本发明实施例为使储能系统的主控制器能够获知各个功率链节的状态信息，还设置链节光纤口3接收每个功率链节上传的链节状态信号并发送给中心处理器5；相应的，中心处理器5对接收到的各个功率链节的链节状态信号进行整合处理，将整合处理后的各个功率链节的链节状态信号通过主控光纤口2发送给储能系统的主控制器，使主控制器获知各个功率链节的状态；其中，链节状态信号包括但不限于功率链节处于工作状态、功率链节处于非工作状态、功率链节处于故障切除状态等。

在本发明的一个实施例中，中心处理器5还用于检测链节光纤口3的每个子端口到相应功率链节的传输延时，并将传输延时最大值作为延时基准值，计算每个子端口到相应功率链节的传输延时于所述延时基准值的差值，该差值为子端口传输PWM脉冲信号和动作信号的延时补偿；根据每个子端口传输PWM脉冲信号和动作信号的延时补偿和时钟芯片提供的时间参考，控制子端口将所述PWM脉冲信号和动作信号发送给相应的功率链节，实现对链节光纤口传输PWM脉冲信号和动作信号的补偿处理。

中心处理器5，具体是通过所述链节光纤口的一个子端口发送对时信号，发送完成时，控制时钟芯片启动计时，记为t1时刻；接收所述链节光纤口的该子端口传输的来自相应功率链节回送的对时信号，接收完成时，控制时钟芯结束计时，记为t2时刻；将作为该子端口传输PWM脉冲信号和动作信号的传输延时。

为详细说明本发明实施例的脉冲同步控制装置，下面结合图2～6具体说明。

图2为本发明实施例提供的脉冲同步控制装置与储能系统的交互示意图，图2示出的脉冲同步控制装置与图1示出的脉冲同步控制装置具有大体相同的结构。

如图2所示，主控光纤口2通过光纤与储能系统的主控制器6连接，主控光纤口2包括第一光电转换器，第一光电转换器将来自主控制器6的光信号转换为电信号后发送给中心处理器5，以及将来自中心处理器5的电信号转换为光信号后通过光纤发送给主控制器6。示例性地，本实施例的第一光电转换器包括接收器21和发送器22；其中，接收器21接收主控制器6下发的光信号，转换为电信号后传送给中心处理器5，发送器22接收中心处理器5的电信号，转换为光信号后上传给主控制器6。

链节光纤口3的每个子端口分别通过光纤与相应的功率链节7连接，每个子端口均包括第二光电转换器，第二光电转换器将来自相应功率链节7的光信号转换为电信号后发送给中心处理器5，以及将来自中心处理器5的电信号转换为光信号后通过光纤发送给功率链节7。示例性地，本实施例的每个第二光电转换器均包括接收器31和发送器32；接收器31接收相应功率链节7上传的光信号，转换为电信号后传送给中心处理器5，发送器33接收中心处理器5的电信号，转换为光信号后下发给相应的功率链节7。

本实施例中的时钟芯片4为高速晶振，为同步控制装置提供时间参考；中心处理器5可以为可编程逻辑器件，按照设定的控制程序接收和发送控制信号，实现对信息分配/整合、传输延时检测和延时自动补偿处理等功能。

其中，本实施例的同步控制装置进行信息分配/整合的过程为：

图3为本发明实施例提供的脉冲同步控制装置处理PWM脉冲信号和动作信号的流程示意图，如图2-3所示，主控光纤口2的接收器21接收储能系统的主控制器6下发的光信号，将其转化为电信号后传送给中心处理器5，储能系统的主控制器6下发的信号为串行编码形式，包含了各个功率链节7的PWM脉冲信号和动作信号，中心处理器5解码后提取出每个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号，并将提取出的信号按照与链节光纤口3的发送器32对应的映射地址进行分配和存放；中心处理器5对存放好的PWM脉冲信号和动作信号进行再次编码，并通过链节光纤口3的发送器32转化为光信号发送至每个功率链节7；经过这个过程后，储能系统的主控制器6计算出的功率链节的PWM脉冲信号和动作信号被同步控制装置发送到了相应的功率链节。

图4为本发明实施例提供的脉冲同步控制装置处理链节状态信号的流程示意图，如图3-4所示，链节光纤口3的每个子端口的接收器31接收功率链节7上传的光信号，将其转化为电信号传送给中心处理器5，功率链节7上传的信号为串行编码形式，包含了该功率链节的链节状态信号，中心处理器5解码后提取出每个功率链节的链节状态信号，并将提取出的各个功率链节的链节状态信号进行整合和再编码；对编码后的链节状态信号，通过主控光纤口2的发送器22转化为光信号后上传至储能系统的主控制器6；经过这个过程后，储能系统的主控制器6能接收到来自于各个功率链节的链节状态信号，或者各个功率链节的链节状态，以便于后续对各个功率链节进行控制。

为保证同步控制装置的控制效果，本实施例要求主控光纤口2的通信速率至少是链节光纤口的数十倍以上，示例性地，如图3和图4所示，本实施例中主控光纤口2的通信速率为200Mbit/s，链节光纤口的通讯速率为4Mbit/s。

本实施例的同步控制装置进行传输延时检测的过程为：

本实施例的同步控制器检测链节光纤口3的某个子端口到相应功率链节7的传输延时如下：

中心处理器5通过链节光纤口3的一个子端口的发送器32发出一个对时信号，发送完成时，时钟芯片4启动计时，如图5所示，此时记为t1时刻；功率链节7接收到对时信号后即刻上传一个相同的对时信号，中心处理器5通过链节光纤口3的该子端口的接收器31接收回送的对时信号，接收完成时，时钟芯片4结束计时，如图5所示，此时记为t2时刻；中心处理器5根据发送和接收对时信号的时间计算出链节光纤口的该子端口对应的传输延时为

由此，同步控制器可以检测链节光纤口3的每个子端口到相应功率链节7的传输延时。同步控制器可以同时检测全部子端口到相应功率链节的传输延时，也可以逐次检测每个子端口到相应功率链节的传输延时，本实施例对此不作限制。

进一步需要说明的是，本实施例忽略中心处理器5的计算延时和功率链节7的响应延时，同时认为功率光纤口的发送回路和接收回路延时相等。

实际应用中，本实施例所涉及的对时信号，可以是某一个固定宽度的方波信号，也可以是一定数量的脉冲列信号；如图5所示，本实施例示例性地采用固定宽度的方波信号进行对时。

本实施例的同步控制装置进行延时补偿的过程为：

中心处理器5检测出每个子端口对应的传输延时后，对每个子端口对应的传输延时进行比较，以传输延时最大值作为基准值，根据时钟芯片4提供的时间参考，依次计算出每个子端口对应的传输延时与基准值的时间差，以这个时间差作为延时补偿；中心处理器5在通过链节光纤口3的子端口的发送器32下发PWM信号和动作信号时，除了传输延时最大的子端口不需要做延时补偿以外，其他子端口都要加上该子端口对应的时间差，如图6所示，以传输延时最长的一路为基准，链节光纤口3的第j个子端口和第k个子端口发送PWM信号和动作信号时分别延时ΔTj和ΔTk，以使得功率链节7接收到的每路的PWM信号和动作信号都是没有延时的，即认为是同步的。

与本发明实施例提供的脉冲同步控制装置相对应的，本发明实施例还提供了一种脉冲同步控制方法，本发明实施例脉冲同步控制方法应用于级联型储能系统。

图7为本发明实施例提供的脉冲同步控制方法流程图，如图7所示，所述方法包括：

S710，通过主控光纤口接受储能系统的主控制器下发的各个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号。

S720，从所述各个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号中提取每个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号，并根据时钟芯片提供的时间参考同步控制链节光纤口将每个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号发送给所述储能系统的相应的功率链节。

在实施例的一个实现方案中，同步控制链节光纤口将每个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号发送给所述储能系统的相应的功率链节的方法如下：

设置链节光纤口包括对应于所述储能系统的功率链节数量的子端口，建立子端口与功率链节的对应关系；

将提取的每个功率链节的PWM脉冲信号和动作信号按照与链节光纤口的子端口对应的映射地址进行存储，存储完成后，根据子端口与功率链节的对应关系，将每个子端口的对应的映射地址存储的PWM脉冲信号和动作信号的传输进行同步控制。

具体是，检测链节光纤口的每个子端口到相应功率链节的传输延时，并将传输延时最大值作为延时基准值，计算每个子端口到相应功率链节的传输延时于所述延时基准值的差值，该差值为所述子端口传输PWM脉冲信号和动作信号的延时补偿；根据每个子端口传输PWM脉冲信号和动作信号的延时补偿和时钟芯片提供的时间参考，控制所述子端口将所述PWM脉冲信号和动作信号发送给相应的功率链节。

本实现方案可以通过下述方法检测链节光纤口的一个子端口对应的传输延时：

通过链节光纤口的一个子端口发送对时信号，发送完成时，控制时钟芯片启动计时，记为t1时刻；接收该子端口传输的来自相应功率链节回送的对时信号，接收完成时，控制时钟芯结束计时，记为t2时刻，将作为该子端口传输PWM脉冲信号和动作信号的传输延时。

在本实施例的另一个实现方案中，图7中的方法还包括：

通过所述链节光纤口接收每个功率链节上传的链节状态信号；

对接收到的各个功率链节的链节状态信号进行整合处理，将整合处理后的各个功率链节的链节状态信号通过所述主控光纤口发送给所述储能系统的主控制器，使所述主控制器获知各个功率链节的状态。

本发明方法实施例中各步骤的具体执行方式，可以参见本发明装置实施例的具体内容，在此不再赘述。

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。