微网逆变器载波移相同步系统的制作方法

本实用新型涉及微电网
技术领域：
，特别是涉及一种微网逆变器载波移相同步系统。
背景技术：
：微网逆变器并联系统中，并联谐振是影响微电网可靠稳定运行的关键问题。独立直流源输入的微网逆变器并联至公共交流母线运行易产生谐振问题，谐振会使并网电流畸变严重，增加损耗，降低系统效率。各个逆变器模块调制波、载波等不一致性因素，很容易引起逆变器模块间的电流谐振。一般采用LCL滤波器参数优化和引入虚拟阻抗的方法来抑制逆变器并联产生的谐振问题，这些方法对电流谐波有一定抑制效果，但无法从本质上解决并联谐振问题。因此现有技术一般通过逆变器模块间载波移相同步解决上述电流谐波问题，为了消除交流侧并联后电流的谐波，N台逆变器之间的载波相移一般按180°/N来设定。但现有技术在实现载波移相同步时，系统中由于多台逆变器间参数及传输距离等因素引起的差异，无法实现各逆变器模块间的高精度载波移相同步。微网逆变器模块化并联系统需要实现热插拔及冗余控制。现有技术在解决单点故障或冗余控制时，系统需要暂停工作进行维护，不利于微网逆变器的自由投切，不利于系统模块化管理。技术实现要素：基于此，有必要针对上述的技术问题，提供一种高准确性和可靠性的微网逆变器载波移相同步系统。一种微网逆变器载波移相同步系统，包括：主站，所述主站包括第一网口、第二网口、计算机以及与所述计算机连接的发送单元以及接收单元，所述计算机用于发送载波移相同步信号，所述发送单元分别与所述第一网口以及所述第二网口连接，所述接收单元分别与所述第一网口以及所述第二网口连接；若干从站，所述从站包括若干微网逆变器以及用于接收所述载波移相同步信号并实现载波移相同步的控制芯片，每一所述控制芯片对应与一所述微网逆变器连接；若干所述控制芯片依次连接，且所述第一网口与第一个所述控制芯片连接，所述第二网口与最后一个所述控制芯片连接。在其中一个实施例中，所述接收单元具有接收端RX1，所述发送单元具有发送端TX1，所述接收端RX1分别与所述第一网口以及所述第二网口连接，所述发送端TX1分别与所述第一网口以及所述第二网口连接。在其中一个实施例中，所述第一网口具有接收端RX2和发送端TX2，所述第二网口具有接收端RX3和发送端TX3，所述接收端RX1分别与所述接收端RX2以及所述接收端RX3连接，所述发送端TX1分别与所述接收端TX2以及所述接收端TX3连接。在其中一个实施例中，包括第1个、第2个...第i个至第N个所述从站，N为正整数；其中，第1个所述从站具有接收端RX11、接收端RX12、发送端TX11和发送端TX12，第2个所述从站具有接收端RX21、接收端RX22、发送端TX21和发送端TX22，第i个所述从站具有接收端RXi1、接收端RXi2、发送端TXi1和发送端TXi2，第N个所述从站具有接收端RXN1、接收端RXN2、发送端TXN1和发送端TXN2，所述接收端RX11与所述主站的所述发送端TX1连接，所述发送端TX12与所述主站的所述接收端RX1连接；所述发送端TX11与所述接收端RX21连接；所述接收端RX12与所述发送端TX22连接；所述发送端TX21与所述接收端RXi1连接；所述接收端RX22与所述发送端TXi2连接；所述发送端TXi1与所述接收端RXN1连接；所述接收端RXi2与所述发送端TXN2连接；所述发送端TXN1与所述主站的所述接收端RX3连接，所述接收端RXN2与所述主站的所述发送端TX3连接。在其中一个实施例中，包括第1个、第2个...第i个至第N个所述微网逆变器其中，N为正整数。在其中一个实施例中，第1个微网逆变器与第1个所述从站的所述控制芯片连接，第2个微网逆变器与第2个所述从站的所述控制芯片连接；第i个微网逆变器与第i个所述从站的所述控制芯片连接，第N个微网逆变器与第N个所述从站的所述控制芯片连接。在其中一个实施例中，所述第一网口以及所述第二网口均为以太网类型的网口。上述微网逆变器载波移相同步系统，通过主站的计算机通过发送单元以及接收单元并经由第一网口和第二网口与每一个从站的控制芯片连接，主站进行故障检测及故障判别，并根据检测和判别的结果选择不同帧传输策略，控制芯片接收主站发送的经过故障检测及故障判别后的载波移相同步信号后，对应地对与其连接的微网逆变器进行载波移相同步，从而从系统层面上解决了微网系统出现单点或是多点故障时载波无法同步的问题，提高微网逆变器并联系统载波移相同步的可靠性及准确性，减小了各逆变器并联后的交流电流谐波，抑制并联谐振。附图说明图1为一个实施例中微网逆变器载波移相同步系统的结构示意图；图2为一个实施例中载波移相同步方法步骤流程示意图；图3为一个实施例中微网逆变器载波移相同步系统正常工作时的传输延时测量原理图；图4为一个实施例中微网逆变器载波移相同步系统发生链路或节点故障时的结构示意图；图5为一个实施例中微网逆变器载波移相同步系统发生链路或节点故障时的传输延时测量原理图；图6为一个实施例中微网逆变器载波移相同步系统发生网口A故障时的结构示意图；图7为一个实施例中微网逆变器载波移相同步系统发生网口B故障时的结构示意图。具体实施方式为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。请参阅图1，其为一个实施例中微网逆变器载波移相同步系统10的结构示意图，一种微网逆变器载波移相同步系统10包括主站101以及若干从站102。主站101与每一从站102连接，用于对从站102进行故障检测及故障判别，根据检测和判别的结果选择不同帧传输策略、计算各从站102本地时钟漂移量、修正从站102时间，实现载波移相同步。主站101包括第一网口A、第二网口B、计算机103以及与计算机103连接的发送单元104以及接收单元105，计算机103用于发送载波移相同步信号，发送单元104分别与第一网口A以及第二网口B连接，接收单元105分别与第一网口A以及第二网口B连接。优选的，第一网口A以及第二网口B均为以太网类型的网口。从站102包括若干微网逆变器106、用于接收载波移相同步信号并实现载波移相同步的控制芯片ESC，每一控制芯片ESC对应与一微网逆变器106连接。若干控制芯片ESC依次连接，且第一网口A与第一个控制芯片ESC连接，第二网口B与最后一个控制芯片ESC连接。需要说明的是，本实施例中的控制芯片ESC、计算机103、微网逆变器106等，均可采用现有产品实现，本实用新型及其各实施例，其所要求保护的范围并不包括控制芯片ESC、计算机103、微网逆变器106等的具体结构及其控制方式，而是通过这些结构的连接关系及其结合应用所能够达到预计的技术效果。上述微网逆变器106载波移相同步系统，通过主站101的计算机103通过发送单元104以及接收单元105并经由第一网口A和第二网口B与每一个从站102的控制芯片ESC连接，主站101进行故障检测及故障判别，并根据检测和判别的结果选择不同帧传输策略，控制芯片ESC接收主站101发送的经过故障检测及故障判别后的载波移相同步信号后，对应地对与其连接的微网逆变器106进行载波移相同步，从而从系统层面上解决了微网系统出现单点或是多点故障时载波无法同步的问题，提高微网逆变器106并联系统载波移相同步的可靠性及准确性，减小了各逆变器并联后的交流电流谐波，抑制并联谐振。可以理解，本实施例为基于EtherCAT(EtherControlAutomationTechnology，控制自动化技术)的微网逆变器载波移相同步方法。用PC机作为主站，各微网逆变器及其从站控制ESC芯片作为从站。主站用于发送载波移相同步信号，并监控所述N个从站的工作状态；N个从站用于接收所述载波移相同步信号并实现载波移相同步。可以实现EtherCAT冗余机制和分布时钟的兼容，可保证系统出现单点故障时主从站能正常通信，提高载波移相同步的可靠性及准确性，从而减小各逆变器并联后的交流电流谐波，抑制并联谐振。请再次参阅图1，本实施例中，接收单元105具有接收端RX1，发送单元104具有发送端TX1。接收端RX1分别与第一网口A以及第二网口B连接，发送端TX1分别与第一网口A以及第二网口B连接。第一网口A具有接收端RX2和发送端TX2，第二网口B具有接收端RX3和发送端TX3。接收端RX1分别与接收端RX2以及接收端RX3连接，发送端TX1分别与接收端TX2以及接收端TX3连接。进一步的，微网逆变器载波移相同步系统包括第1个、第2个...第i个至第N个从站102，需要说明的是，N为正整数，i为大于0且小于或者等于N的整数。其中，第1个从站102具有接收端RX11、接收端RX12、发送端TX11和发送端TX12，第2个从站102具有接收端RX21、接收端RX22、发送端TX21和发送端TX22，第i个从站102具有接收端RXi1、接收端RXi2、发送端TXi1和发送端TXi2，第N个从站102具有接收端RXN1、接收端RXN2、发送端TXN1和发送端TXN2。接收端RX11与主站101的发送端TX1连接，发送端TX12与主站101的接收端RX1连接。发送端TX11与接收端RX21连接。接收端RX12与发送端TX22连接。发送端TX21与接收端RXi1连接。接收端RX22与发送端TXi2连接。发送端TXi1与接收端RXN1连接。接收端RXi2与发送端TXN2连接。发送端TXN1与主站101的接收端RX3连接，接收端RXN2与主站101的发送端TX3连接。进一步的，微网逆变器载波移相同步系统包括第1个、第2个...第i个至第N个微网逆变器106其中，N为正整数。第1个微网逆变器106与第1个从站102的控制芯片ESC连接，第2个微网逆变器106与第2个从站102的控制芯片ESC连接；第i个微网逆变器106与第i个从站102的控制芯片ESC连接，第N个微网逆变器106与第N个从站102的控制芯片ESC连接。为便于理解本实施例，图2示出了一种载波移相同步方法20的步骤流程示意图，该载波移相同步方法20应用于本实施例的微网逆变器载波移相同步系统。该一种载波移相同步方法20包括步骤S201、步骤S202以及步骤S203。步骤S201：主站进行故障检测及故障判别，根据检测和判别的结果选择不同帧传输策略。具体的：首先，根据读取网口状态判断是否出现故障及故障类型。如果网口A或网口B状态为未连接或连接出错，则表明出现了网口故障；如果网口A接收到了环回的帧(ESC从站控制器具有在断点处自动环回功能)，则表明为链路故障或节点故障；否则，表明系统正常。然后，对网口A和网口B的接收帧进行侦听和WKC分析。根据子报文的报文指令类型，以及子报文的WKC值，可以判断出该子报文是否得以执行。从而，检测出网口A和故障点之间离故障点最近的有效节点及网口B和故障点之间离故障点最近的有效节点。最后，可以判断出故障点出现在2个有效节点之间的链路或节点上。所述的工作帧传输策略包括以下四种情况：(a)正常工作帧传输策略：载波移相同步帧交由网口A发送，遍历从站节点，经网口B接收；交由网口B发送，以原链路环回，经网口A接收后，进入接收队列。(b)节点或者中间线路故障帧传输策略：载波移相同步帧交由网口A发送，遍历至故障点处环回，经网口A接收，交由网口B发送，从另一个方向遍历至故障点处环回，经网口B接收后，进入接收队列。(c)网口A故障帧传输策略：载波移相同步帧交由网口B发送，反向到达第一个从站节点，以原链路环回，经网口B接收后，进入接收队列。(d)网口B故障帧传输策略：载波移相同步帧交由网口A发送，到达最后一个从站节点，以原链路环回，经网口A接收后，进入接收队列。步骤S202：计算各从站本地时钟漂移量。具体的：所述的本地时钟漂移量计算方法包括计算正常工作、中间链路或节点故障、网卡1故障和网卡2故障四种工作状态下各从站的本地时钟漂移量的计算。系统启动时，各从站的本地时钟tlocal(i)和参考时钟tsys_ref之间有一定的差异，称为时钟初始偏移量Toffset(i)。数据帧在各个从站之间传播时的延时称为传输延时Tdelay(i)。在运行过程中，由于各从站使用的晶振等原因，它们的计时周期会有微小差别，称为时钟漂移。本地时钟漂移量Δt由式(1)计算。Δt＝tlocal(i)-Toffset(i)-Tdelay(i)-tsys_ref(1)步骤S203：修正从站时间，实现载波移相同步。具体的：主站每4个载波周期发送一次载波移相同步帧。从站接收到载波移相同步帧后，计算本地时钟漂移量Δt，然后根据式(2)获得自身载波周期误差值，根据载波周期误差值调节数字信号处理器上的ePWM时间基准相位寄存器值，从而实现各从站的载波移相同步。Te(i)=Δt(i)2TBtc+12(N-1)(i-1)TB---(2)]]>式(2)中，i表示微网逆变器的序号，N表示微网逆变器的总台数，表示所述第i个从站的载波周期误差值，Δt(i)表示所述第i个从站的本地时钟漂移量，TB表示所述ePWM时间基准相位寄存器值，tc表示所述载波周期值，1≤i≤N。请再次参阅图1，微网逆变器载波移相同步系统组成参照图1，使用PC机作为主站，连接N个带有从站控制芯片ESC的微网逆变器作为从站。主站包括发送单元和接收单元，主站装有两个以太网接口，分别为网口A和网口B。若系统各部分都正常工作，按照正常工作时的载波移相同步过程执行载波移相同步；系统出现故障时，通过故障检测与判断，判断出故障类型，按照相应的单点故障时的载波移相同步方法执行载波移相同步。下面结合图1至图7对微网逆变器并联的冗余系统各工作状态下的载波移相同步过程进行详细介绍。例如，微网逆变器载波移相同步系统正常工作时的载波移相同步过程说明如下。例如，微网逆变器载波移相同步系统的正常工作帧传输策略说明如下：系统中各模块上电初始化后，主站选取其连接的第一个从站的时钟作为参考时钟，以参考时钟来同步其他从站设备和主站时钟。主站将载波移相同步帧交由网口A发送，遍历从站节点，经网口B接收；交由网口B发送，以原链路环回，经网口A接收后，进入接收队列。例如，微网逆变器载波移相同步系统的正常工作时本地时钟漂移量计算说明如下：请参考下表，参数描述tsys_ref参考时钟tlocal(i)从站i的本地时钟Toffset(i)从站i的时钟初始偏移量Tdelay(i)参考时钟从站到从站i的传输延时T1工作帧到达参考时钟从站时，tsys_ref为T1时刻T2(i)工作帧到达从站i时，本地时钟为T2(i)时刻T3(i)工作帧环回到达从站i时，本地时钟为T3(i)时刻T4工作帧环回到达参考时钟从站时，tsys_ref为T4时刻传输延时和时钟初始偏移量的测量原理参照图3，假设tlocal(i)＞tsys_ref，它们的关系由下式确定：tlocal(i)＝tsys_ref+Toffset(i)主站发送一个载波移相同步数据帧，载波移相同步帧到达每个从站后，每个从站设备保存其端口接收到载波移相同步帧前导符的第一位的时刻。载波移相同步帧到达参考时钟从站时tsys_ref为T1时刻，到达从站i时该从站的本地时钟时刻为T2(i)，则：Toffset(i)＝T2(i)－T1－Tdelay(i)载波移相同步帧经过所有的从站后，经网口B接收，再立即由网口B发送，环回至从站i时，从站i的本地时钟时刻为T3(i)，环回至参考时钟从站时tsys_ref为T4时刻；假设线缆延时均匀，所有从站设备的处理和转发的延时一样，则得出从站i与参考时钟从站间的传输延时：Tdelay(i)＝[(T4－T1)－(T3(i)－T2(i))]/2保持本地时钟的自由运行，每个从站使用自己的本地时钟tlocal(i)和本地时钟初始偏移量Toffset(i)计算本地系统时间tsys_local(i)，用来产生同步信号和锁存信号时间标记，供从站微处理器使用。tsys_local(i)＝tlocal(i)－Toffset(i)在测得传输延时和时钟初始偏移量后，主站发送数据报文从参考时钟从站读取系统时间tsys_ref并写入之后的每个从站设备中。从站根据得到的tsys_ref和之前保存于每个从站中的Toffset(i)和Tdelay(i)，计算出本地时钟漂移量Δt：Δt＝tsys_local(i)－Tdelay(i)－tsys_ref＝tlocal(i)－Toffset(i)－Tdelay(i)－tsys_ref(3)载波移相同步过程：主站每4个载波周期发送一次载波移相同步帧。从站接收到载波移相同步帧后，计算本地时钟漂移量Δt，然后根据下式获得自身载波周期误差值，根据载波周期误差值调节数字信号处理器上的ePWM时间基准相位寄存器值，从而实现各从站的载波移相同步。Te(i)=Δt(i)2TBtc+12(N-1)(i-1)TB]]>i表示微网逆变器的序号，N表示微网逆变器的总台数，表示所述第i个从站的载波周期误差值，Δt(i)表示所述第i个从站的本地时钟漂移量，TB表示所述ePWM时间基准相位寄存器值，tc表示所述载波周期值，1≤i≤N。例如，微网逆变器载波移相同步系统的冗余系统链路或节点故障时的载波移相同步过程说明如下。例如，微网逆变器载波移相同步系统的故障检测及故障判别说明如下：首先，根据读取网口状态判断是否出现故障及故障类型。如果网口A或网口B状态为未连接或连接出错，则表明出现了网口故障；如果网口A接收到了环回的帧(ESC从站控制器具有在断点处自动环回功能)，则表明为链路故障或节点故障；否则，表明系统正常。然后，对网口A和网口B的接收帧进行侦听和WKC分析。工作帧经过每个从站时，从站对工作帧进行了正确的处理，WKC就会加1。根据子报文的报文指令类型，以及子报文的WKC值，可以判断出该子报文是否得以执行。从而，检测出网口A和故障点之间离故障点最近的有效节点及网口B和故障点之间离故障点最近的有效节点。最后，可以判断出故障点出现在2个有效节点之间的链路或节点上。例如，微网逆变器载波移相同步系统的节点或者中间线路故障帧传输策略说明如下：载波移相同步帧交由网口A发送，遍历至故障点处环回，经网口A接收，交由网口B发送，从另一个方向遍历至故障点处环回，经网口B接收后，进入接收队列。例如，微网逆变器载波移相同步系统的链路或节点故障时本地时钟漂移量计算说明如下：，请参考下表，参数描述T1工作帧到达参考时钟从站时，tsys_ref为T1时刻T2(i)工作帧到达从站i时，本地时钟为T2(i)时刻T3(i)工作帧环回到达从站i时，本地时钟为T3(i)时刻T4工作帧环回到达参考时钟从站时，tsys_ref为T4时刻T5工作帧回到主站时，tsys_ref为T5时刻T6工作帧反向遍历节点回环至主站时，tsys_ref为T5时刻假设系统在从站k处发生链路或节点故障，从站k及其前端的各从站的本地时钟漂移量与正常工作时计算方法相同。在故障节点后端各从站的本地时钟漂移量如下所述：载波移相同步帧遍历至故障点环回，到达主站时tsys_ref为T5时刻，再由网口B发送，反向到达从站i(k+1≤i≤N)时该从站的本地时钟时刻为T2(i)，则：Toffset(i)＝T2(i)－T1－Tdelay(i)载波移相同步帧遍历至故障点，环回至从站i时，从站i的本地时钟时刻为T3(i)，环回至主站时tsys_ref为T6时刻；假设线缆延时均匀，所有从站设备的处理和转发的延时一样，则得出从站i与参考时钟从站间的传输延时：Tdelay(i)＝[(T6－T5)－(T3(i)－T2(i))]/2+(T5－T1)保持本地时钟的自由运行，每个从站使用自己的本地时钟tlocal(i)和本地时钟初始偏移量Toffset(i)计算本地系统时间tsys_local(i)，用来产生同步信号和锁存信号时间标记，供从站微处理器使用。tsys_local(i)＝tlocal(i)－Toffset(i)在测得传输延时和时钟初始偏移量后，主站发送数据报文从参考时钟从站读取系统时间tsys_ref并写入之后的每个从站设备中。从站根据得到的tsys_ref和之前保存于每个从站中的Toffset(i)和Tdelay(i)，计算出本地时钟漂移量Δt：Δt＝tsys_local(i)－Tdelay(i)－tsys_ref＝tlocal(i)－Toffset(i)－Tdelay(i)－tsys_ref例如，微网逆变器载波移相同步系统的载波移相同步过程中：链路或节点故障时的载波移相同步过程与正常工作时相同。例如，微网逆变器载波移相同步系统的冗余系统网口A故障时的载波移相同步过程说明如下。例如，微网逆变器载波移相同步系统的网口A故障帧传输策略是：载波移相同步帧交由网口B发送，反向到达第一个从站节点，以原链路环回，经网口B接收后，进入接收队列。对于微网逆变器载波移相同步系统的网口A故障时本地时钟漂移量计算，下面进一步举例说明。网口A故障时，载波移相同步帧交由网口B发送，主站选取其连接的第一个从站的时钟作为参考时钟，即选取从站N时钟为参考时钟。此外与正常工作时的本地时钟漂移量计算方法相同。(3)载波移相同步过程：网口A故障时的载波移相同步过程与正常工作时相同。四、冗余系统网口B故障时的载波移相同步过程(1)网口B故障帧传输策略：载波移相同步帧交由网口A发送，到达最后一个从站节点，以原链路环回，经网口A接收后，进入接收队列。(2)网口B故障时本地时钟漂移量计算：网口B故障时本地时钟漂移量计算方法与正常工作时相同。(3)载波移相同步过程：网口B故障时的载波移相同步过程与正常工作时相同。本发明及其各实施例的有益效果体现在：1、利用PC机作为主站，若干个微网逆变器作为从站，构成一种基于EtherCAT总线的微网逆变器并联系统。主站用于发送载波移相同步信号，并监控所述N个从站的工作状态，能从系统层面解决逆变器并联系统出现单点或是多点故障时载波无法同步的问题，提高了系统的稳定性和可靠性。2、EtherCAT的分布时钟机制可以保障从站设备使用相同的系统时间，从而可以方便地控制各微网逆变器实现载波移相同步，简化了载波移相同步控制算法。3、EtherCAT实行动态数据处理机制，从站直接读取主站发送的数据帧中的数据块或改变数据帧中的一部分数据，这样所引入的总延时小于100ns，提高了微网逆变器并联系统的载波移相同步精度。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3