一種帶冗餘的鏈式儲能系統通訊實現方法及系統的製作方法

2023-10-27 20:08:02

專利名稱：一種帶冗餘的鏈式儲能系統通訊實現方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及鏈式儲能變流器系統，具體地，涉及一種帶冗餘的鏈式儲能系統通訊實現方法及系統。
背景技術：
鏈式儲能系統，其電路拓撲如圖1所示，有多個功率單元串聯成一相，並由三相組成星形結構。這種鏈式儲能系統採用模塊化多電平的方式，可以直接併入高壓電網，並且在較低頻率的調製波時，即可大幅降低電網側的電流諧波，從而減小濾波元件的體積。在鏈式儲能系統中，其通訊方式一般採用光纖進行。然而由於儲能系統佔地面積巨大，接入電網電壓高，所需要的光纖要求較高，因此傳統的星形連接的造價很高，而且主控制器的硬體需求很大。而環形的連接方式，則容易因為某個模塊故障而導致整個環路故障，且模塊數量比較多時不易查出具體的位置。經檢索，公開號為102394005A的中國發明專利申請，該發明公開了一種基於光纖通訊環網的局部放電測量數據傳輸系統及其控制方法，系統由局放採集單元、通訊管理單元、多模通訊光纜等硬體設備構成一個環形的通訊鏈路，採用環形串行總線主從式通訊模式，由上位機數據伺服器作為主節點，每個局放採集單元作為從節點。主、從 節點間通過嚴格的時序管理，提高光纖環網的利用率，實現高效的海量數據傳輸，提高數據在光纖環網總線上的傳輸效率。上述發明專利的明顯缺點是，在其通訊環路上的某個通訊模塊故障而導致整個環路故障，從而使得整個系統的可靠性比較低。而且環路越大即通訊管理單元越多，其故障率越大，且在故障時不易查出具體的故障位置。鏈式儲能系統對於電網的重要性要求其一定要有高的可靠性，因此此種通訊方式就不適用於鏈式儲能系統。

發明內容
針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種帶冗餘的鏈式儲能系統通訊實現方法及系統，採用雙環形連接，極大地提高了鏈式儲能系統的可靠性。根據本發明的一方面，提供一種帶冗餘的鏈式儲能系統通訊實現方法，該方法將主控制器與底層控制器連接採用雙環形光纖連接，在正常工作時，一個環形連接用於主控制器與底層控制器間的通訊，另外一個環形用於主控制器與底層控制器間的同步。而在任一環路出現故障時，另一個環路即分時傳遞通訊和同步數據。雙環路冗餘的光纖連接方式，極大地提高了鏈式儲能系統的可靠性。優選地，所述主控制器與底層控制器之間的通訊數據幀，由上層主控制器發出，經通訊光纖傳遞至每個底層控制器，底層控制器截取自己相應的數據後，並在數據幀最後附上需要上傳的數據，最終由主控制器接收。通訊數據幀包括底層控制器上傳的儲能系統和底層功率單元的主要參數，以及主控制器下發的命令幀。優選地，所述主控制器與底層控制器均擁有2個光纖接收器和2個光纖發送器。主控制器與底層控制器的硬體需求均比較少，可以簡化系統的結構。
優選地，所述主控制器與底層控制器均使用FPGA或CPLD作為主要的通訊和同步模塊。根據本發明的另一方面，提供一種帶冗餘的鏈式儲能系統通訊實現系統，所述鏈式儲能系統的主控制器與底層控制器均擁有2個光纖接收器和2個光纖發送器，主控制器上用於同步與通訊的光纖發送器相連的兩條光纖接到第一底層控制器，與第一底層控制器上面用於同步與通訊的兩個光纖接收器相連，而第一底層控制器上面用於同步與通訊的光纖發送器相連的兩條光纖接到第二底層控制器，與第二底層控制器上面用於同步與通訊的兩個光纖接收器相連，以此類推，最後一個底層控制器上面用於同步與通訊的光纖發送器相連的兩條光纖接到主控制器，與主控制器上面用於同步與通訊的兩個光纖接收器相連，由此組成雙環形光纖冗餘結構。與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果本發明所提出的帶冗餘的雙環路光纖連接，其光纖數量大大少於星形連接，而比單環光纖連接的可靠性高很多，是可靠性和成本相互折衷的一種方案。本發明簡單易用，故障時切換也較簡單，在儘可能高的可靠性前提下，儘量地降低系統的成本，更適合於鏈式儲能系統。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯·圖1是現有鏈式儲能系統的結構；圖2是本發明實施例的光纖連接方式；圖3是本發明實施例的第m個底層控制器發出的數據幀結構；圖4是本發明實施例的底層控制器數據幀處理方式；圖5是本發明實施例的故障判斷流程圖；圖6是本發明實施例的故障時同步與通訊分時復用的示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。參照圖1，本實施例是基於圖1所示的鏈式儲能系統，其不限定具體電路的電壓等級，儲能單元模塊一般為電池等隔離型直流電源。參照圖2，本實施例的一種帶冗餘的鏈式儲能系統通訊的光纖系統。圖中，所有的光纖路徑均為兩根光纖，主控制器和底層控制器均擁有2個光纖接收器和2個光纖發送器，它們一起構成了雙環形的冗餘結構。具體的連接方式如下主控制器上用於同步與通訊的光纖發送器相連的兩條光纖接到底層控制器Al，與底層控制器Al上面用於同步與通訊的兩個光纖接收器相連。而Al上面用於同步與通訊的光纖發送器相連的兩條光纖接到底層控制器A2，與底層控制器A2上面用於同步與通訊的兩個光纖接收器相連。以此類推，最後底層控制器Cl上面用於同步與通訊的光纖發送器相連的兩條光纖接到主控制器，與主控制器上面用於同步與通訊的兩個光纖接收器相連。由此，雙環形的冗餘結構組成。參照圖3及圖4，本實施例中，第m個底層控制器發出的數據幀結構，包括一個已定義的幀頭，上位機發送給第m+1至第3n個底層控制器的地址幀、佔空比數據以及命令巾貞，以及第I個至第m個底層控制器上傳給主控制器的地址幀、直流側電壓以及狀態幀，最後還有一個已定義的巾貞尾。數據幀由主控制器發出時，所有的數據均為主控制器下發的數據；而經過第m個底層控制器時，其將主控制器給自己的命令和數據截取，並進行處理。同時將在幀尾前加入自己要向主控制器上傳的狀態和數據，並將數據傳遞至第m+1個底層控制器。依此類推，最後當數據又傳至主控制器時，所有的數據均已變為底層控制器上傳的數據。參照圖5，主控制器每次接收數據幀後，均需要進行對底層控制器反饋的狀態進行判斷。若發現底層控制器未接收到同步信號，則判定同步光纖故障。而若主控制器在一定時間內未接收到返回的數據幀時，則判定通訊光纖故障。此時，即使同步與通訊分時復用同一光纖。參照圖6，當同步與通訊分時復用時，需要使主控制器按50%的時間來分配兩者。而底層控制器則在接收到幀尾後，切換至同步狀態，等待同步下降沿進行同步；而當同步後並接收到上升沿時，切換至通訊狀態，等待通訊數據幀的到來。根據上述技術方案，結合第m個底層控制器的實例來說明。第m個底層控制器上共有2個光纖接收器和2個光纖發送器，2個光纖接收器分別為同步接收和通訊接收，與第m— I個底層控制器上的2個光纖發送器相連；2個光纖發送器也分別為同步發送和通訊發送，與第m+1個底層控制器上的2個光纖接收器相連。其中，同步接收和發送光纖不傳遞數據，僅傳遞高低電平，而通訊光纖傳遞數據幀。當第m個底層控制器通過通訊接收光纖接收到第m-1個底層控制器傳來的通訊數據時，如圖4，將主控制器 下發給自己的數據(包括地址幀、佔空比數據和命令幀)截取並進行處理，並把自己上傳的數據(包括地址幀、直流側電壓和狀態幀)加到幀尾的前面，並將剩下的數據(如圖3)，通過通訊發送光纖傳遞給第m+1個底層控制器。同時，第m個底層控制器的同步發送光纖與同步接收光纖保持一致，即從第m-1個底層控制器接收到高電平或低電平，即向第m+1個底層控制器發送高電平或低電平。在故障時，由於同步與通訊分時復用，則底層控制器按照圖6所示，先接收數據幀，在接收到幀尾後，切換至同步狀態，等待同步下降沿進行同步；而當同步後並接收到上升沿時，切換至通訊狀態，等待通訊數據幀的到來。從而，第m個底層控制器的整個行為完畢。通過上述的實例，可以讓第m個底層控制器準確地接收主控制器發給自己的數據，並同時上傳自己的數據，同時同步信號可以確保所有底層控制器的同步性。而故障時的分時復用，在不影響同步和通訊的前提下，增加了系統的通訊和同步的可靠性。以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。
權利要求
1.一種帶冗餘的鏈式儲能系統通訊實現方法，其特徵在於該方法將主控制器與底層控制器連接採用雙環形光纖連接，在正常工作時，一個環形連接用於主控制器與底層控制器間的通訊，另外一個環形用於主控制器與底層控制器間的同步；而在任一環路出現故障時，另一個環路即分時傳遞通訊和同步數據；上層主控制器發出通訊數據幀，經通訊光纖傳遞至每個底層控制器，底層控制器截取自己相應的數據後，並在數據幀最後附上需要上傳的數據，最終由主控制器接收；通訊數據幀包括底層控制器上傳的儲能系統和底層功率單元的主要參數，以及主控制器下發的命令幀。
2.根據權利要求1所述的一種帶冗餘的鏈式儲能系統通訊實現方法，其特徵在於第m個底層控制器發出的數據幀結構，包括一個已定義的幀頭，上位機發送給第m+1至第3n個底層控制器的地址幀、佔空比數據以及命令幀，以及第I個至第m個底層控制器上傳給主控制器的地址幀、直流側電壓以及狀態幀，最後還有一個已定義的幀尾；數據幀由主控制器發出時，所有的數據均為主控制器下發的數據；而經過第m個底層控制器時，其將主控制器給自己的命令和數據截取，並進行處理，同時將在幀尾前加入自己要向主控制器上傳的狀態和數據，並將數據傳遞至第m+1個底層控制器，依此類推，最後當數據又傳至主控制器時，所有的數據均已變為底層控制器上傳的數據，其中m取I至3η，η為每相級聯的功率單元數。
3.根據權利要求1所述的一種帶冗餘的鏈式儲能系統通訊實現方法，其特徵在於所述主控制器每次接收數據幀後，均需要進行對底層控制器反饋的狀態進行判斷，若發現底層控制器未接收到同步信號，則判定同步光纖故障，而若主控制器在一定時間內未接收到返回的數據幀時，則判定通訊光纖故障，此時，即使同步與通訊分時復用同一光纖。
4.根據權利要求3所述的一種帶冗餘的鏈式儲能系統通訊實現方法，其特徵在於當同步與通訊分時復用時，需要使主控制器按50%的時間來分配兩者，而底層控制器則在接收到幀尾後，切換至同步狀態，等待同步下降沿進行同步；而當同步後並接收到上升沿時，切換至通訊狀態，等待通訊數據幀的到來。
5.根據權利要求1-4任一項所述的一種帶冗餘的鏈式儲能系統通訊實現方法，其特徵在於所述主控制器與底層控制器均擁有2個光纖接收器和2個光纖發送器，主控制器上用於同步與通訊的光纖發送器相連的兩條光纖接到第一底層控制器，與第一底層控制器上面用於同步與通訊的兩個光纖接收器相連，而第一底層控制器上面用於同步與通訊的光纖發送器相連的兩條光纖接到第二底層控制器，與第二底層控制器上面用於同步與通訊的兩個光纖接收器相連，以此類推，最後一底層控制器上面用於同步與通訊的光纖發送器相連的兩條光纖接到主控制器，與主控制器上面用於同步與通訊的兩個光纖接收器相連，由此，雙環形的冗餘結構組成。
6.根據權利要求5所述的一種帶冗餘的鏈式儲能系統通訊實現方法，其特徵在於所述主控制器與底層控制器均使用FPGA或CPLD作為主要的通訊和同步模塊。
7.—種帶冗餘的鏈式儲能系統通訊實現系統，其特徵在於所述鏈式儲能系統的主控制器與底層控制器均擁有2個光纖接收器和2個光纖發送器，主控制器上用於同步與通訊的光纖發送器相連的兩條光纖接到第一底層控制器，與第一底層控制器上面用於同步與通訊的兩個光纖接收器相連，而第一底層控制器上面用於同步與通訊的光纖發送器相連的兩條光纖接到第二底層控制器，與第二底層控制器上面用於同步與通訊的兩個光纖接收器相連，以此類推，最後一個底層控制器上面用於同步與通訊的光纖發送器相連的兩條光纖接到 主控制器，與主控制器上面用於同步與通訊的兩個光纖接收器相連，由此組成雙環形光纖冗餘結構。
全文摘要
本發明提供一種帶冗餘的鏈式儲能系統通訊實現方法及系統，光纖採用雙環形方式連接整個鏈式儲能系統的主控制器與底層控制器。在正常工作時，一個環形連接用於主控制器與底層控制器間的通訊，另外一個環形用於主控制器與底層控制器間的同步。在任一環路出現故障時，另一個環路即分時傳遞通訊和同步數據。通訊數據幀由上層主控制器發出，經通訊光纖傳遞至每個底層控制器，底層控制器截取自己相應的數據後，並在數據幀最後附上需要上傳的數據，最終由主控接收。通訊數據幀包括底層控制器上傳的儲能系統和底層功率單元的主要參數，以及主控制器下發的命令幀。本發明極大地提高了鏈式儲能系統的可靠性。
文檔編號H04B10/275GK103036610SQ201210533300
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者陳強, 李睿, 毛蘇閩, 蔡旭 申請人:上海交通大學