一種基于can總線的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)及其載波同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及并網(wǎng)逆變器領(lǐng)域，更具體地說是一種基于CAN總線的逆變器并聯(lián)系統(tǒng) 及其載波同步方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大功率電力電子模塊化并聯(lián)系統(tǒng)中，環(huán)流問題是逆變器可靠并聯(lián)運行的關(guān)鍵技 術(shù)。共交直流母線冗余并網(wǎng)逆變器的并聯(lián)運行易產(chǎn)生環(huán)流問題，環(huán)流會使并網(wǎng)電流崎變嚴(yán) 重，增加損耗，降低系統(tǒng)效率。各個模塊調(diào)制波、載波等不一致性因素，很容易引起模塊過流 W及模塊間環(huán)流。對于此結(jié)構(gòu)并網(wǎng)逆變器并聯(lián)運行產(chǎn)生的環(huán)流問題，一般采用注入正負(fù)序 電流或調(diào)節(jié)零序電壓方式來抑制環(huán)流，該些方法對低頻環(huán)流有一定抑制效果，但無法從本 質(zhì)上解決高頻環(huán)流問題；即使通過加入隔離變壓器問題來切斷環(huán)流通路，抑制模塊間環(huán)流， 但大大增加了投資成本。
[0003] 因此現(xiàn)有技術(shù)一般通過模塊間載波同步解決上述過流及環(huán)流問題。但現(xiàn)有技術(shù)在 實現(xiàn)各模塊間載波同步時，系統(tǒng)中由于多臺逆變器間參數(shù)及傳輸距離等因素引起的差異， 無法實現(xiàn)各模塊間的高精度載波同步。且現(xiàn)有技術(shù)在解決單點故障時的方法是（單點故 障即系統(tǒng)中只出現(xiàn)一個故障時的情況，例如從機(jī)無法接收主機(jī)同步信號，主機(jī)丟失或故障， 無法實現(xiàn)載波同步）；加入一個備用主機(jī)，備用主機(jī)接收并緩存主機(jī)的載波同步信號，當(dāng)預(yù) 設(shè)周期內(nèi)未接收到主機(jī)的載波同步信號，則根據(jù)備用主機(jī)緩存的載波同步信號來調(diào)節(jié)載波 周期，此方法雖然增加了一臺備用主機(jī)，降低了系統(tǒng)的故障率，但無法根本解決單點故障問 題，電力電子模塊化并聯(lián)系統(tǒng)需要實現(xiàn)熱插拔及冗余控制，特別是并聯(lián)系統(tǒng)逆變器臺數(shù)增 加時，需要快速自由投切，不利于擴(kuò)展及模塊化管理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種具有較高準(zhǔn)確性和可靠性 的基于CAN總線的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)及其載波同步方法，W期能從系統(tǒng)層面解決并聯(lián)系統(tǒng)出 現(xiàn)單點或是多點故障時載波無法同步的問題，提高并聯(lián)系統(tǒng)載波同步的可靠性及準(zhǔn)確性， 從而能在載波同步的前提下實現(xiàn)模塊的自由投切及大容量模塊化并聯(lián)。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0006] 本發(fā)明一種基于CAN總線的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的特點是包括；中央監(jiān)控層和模塊自 主控制層；所述中央監(jiān)控層由中央監(jiān)控器構(gòu)成，所述模塊自主控制層由化1個并聯(lián)運行的 并網(wǎng)逆變器構(gòu)成，所述中央監(jiān)控器和化1個并網(wǎng)逆變器通過數(shù)字信號處理器上的CAN控制 器與CAN總線連接；并由所述CAN總線進(jìn)行仲裁并確定主從地位，從而獲得一個主機(jī)和N個 從機(jī)；
[0007] 所述中央監(jiān)控器用于監(jiān)控所述主機(jī)和N個從機(jī)的工作狀態(tài)，并能在系統(tǒng)發(fā)生單點 故障或是多點故障時，指定新的主機(jī)；
[000引所述主機(jī)用于發(fā)送載波同步信號，并監(jiān)控所述N個從機(jī)的工作狀態(tài)；
[0009] 所述N個從機(jī)用于接收所述載波同步信號并實現(xiàn)主從機(jī)載波同步，并能在所述并 聯(lián)系統(tǒng)發(fā)生單點故障或是多點故障時，自主確定新的主機(jī)。
[0010] 本發(fā)明一種基于CAN總線的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的載波同步方法的特點是按如下步 驟進(jìn)行：
[0011] 步驟1、所述主機(jī)向所述CAN總線發(fā)送載波同步信號，所述載波同步信號包括一個 CAN總線時鐘清零的同步數(shù)據(jù)帖；所述同步數(shù)據(jù)帖用于將所述主機(jī)和N個從機(jī)上的CAN時 鐘寄存器同時進(jìn)行清零，并將所述主機(jī)和N個從機(jī)上的CAN時鐘寄存器中的位時鐘進(jìn)行同 步計數(shù)；
[0012] 步驟2 ;所述N個從機(jī)接收所述載波同步信號后，分別采樣自身的CAN總線位時鐘 值并與CAN總線載波周期位時鐘值進(jìn)行作差比較，獲得各自的CAN總線位時鐘誤差值；
[001引步驟3 ;所述N個從機(jī)根據(jù)各自的CAN總線位時鐘誤差值利用式（1)分別獲得自 身的載波周期誤差值，根據(jù)所述載波周期誤差值調(diào)節(jié)所述數(shù)字信號處理器上的EPWM時間 基準(zhǔn)相位寄存器值，從而實現(xiàn)所述N個從機(jī)載波信號與所述主機(jī)載波信號的同步：
[0014]
[0015] 式（1)中，也!表示所述第i個從機(jī)的載波周期誤差值，攻i表示所述第i個從機(jī)的 CAN總線位時鐘誤差值，表示所述CAN總線的速率，T B表示所述EPWM時間基準(zhǔn)周期寄存 器值，T。表示所述載波周期值，1《i《N。
[0016] 當(dāng)所述逆變器并聯(lián)系統(tǒng)發(fā)生單點故障或是多點故障時，是按如下步驟重新建立主 從地位，從而實現(xiàn)載波同步：
[0017] 步驟1、所述主機(jī)定時通過CAN總線向所有從機(jī)發(fā)送狀態(tài)信息請求，所有從機(jī)響應(yīng) 所述狀態(tài)信息請求，并將自身序列號及其對應(yīng)的狀態(tài)信息發(fā)送到CAN總線，使得所述中央 監(jiān)控器通過CAN總線能接收到所有從機(jī)各自的序列號及其對應(yīng)的狀態(tài)信息；且所有從機(jī)通 過CAN總線也能接收到其余從機(jī)各自的序列號及其對應(yīng)的狀態(tài)信息；
[001引若有新的從機(jī)加入，則所述新的從機(jī)同樣響應(yīng)所述主機(jī)發(fā)送的狀態(tài)信息請求，并 發(fā)送自身序列號及其對應(yīng)的狀態(tài)信息發(fā)送到CAN總線，同時接收所述其余從機(jī)各自的序列 號及其對應(yīng)的狀態(tài)信息；
[0019] 步驟2、所述中央監(jiān)控器和所有從機(jī)分別根據(jù)各從機(jī)序列號的優(yōu)先級大小進(jìn)行升 序排序，并建立各自的動態(tài)隊列；所述中央監(jiān)控器和所有從機(jī)分別將排序好的各從機(jī)序列 號及其對應(yīng)的狀態(tài)信息依次排入各自的動態(tài)隊列中并存入自身內(nèi)存中；
[0020] 步驟3、所述主機(jī)確認(rèn)所有從機(jī)是否均響應(yīng)所述狀態(tài)信息請求，若均有響應(yīng)，則執(zhí) 行步驟5,確認(rèn)所有從機(jī)的狀態(tài)信息是否正確；否則，表示存在未響應(yīng)的從機(jī)，則向所述未 響應(yīng)的從機(jī)重復(fù)發(fā)送M次狀態(tài)信息請求；若重試M次后，所述未響應(yīng)的從機(jī)仍然沒有響應(yīng)， 則確認(rèn)所述未響應(yīng)的從機(jī)丟失，無法與所述CAN總線連接，并執(zhí)行步驟4 ;若所述未響應(yīng)的 從機(jī)恢復(fù)響應(yīng)，則執(zhí)行步驟5 ;
[0021] 步驟4、所述主機(jī)向所述中央監(jiān)控器和其余均有響應(yīng)的從機(jī)廣播發(fā)送隊列響應(yīng)更 新信息，用于將所述未響應(yīng)的從機(jī)序列號及其對應(yīng)的狀態(tài)信息從各自的動態(tài)隊列中進(jìn)行清 除；
[0022] 步驟5、所述主機(jī)依次判斷所有從機(jī)所各自對應(yīng)的狀態(tài)信息中的錯誤狀態(tài)寄存器 值是否為零；若為零，則表示從機(jī)的狀態(tài)信息正確且工作正常；并執(zhí)行步驟7 ;否則，表示從 機(jī)的狀態(tài)信息錯誤；并對所述狀態(tài)信息錯誤的從機(jī)重新發(fā)送狀態(tài)信息請求，并判斷所述狀 態(tài)信息錯誤的從機(jī)所對應(yīng)的錯誤狀態(tài)寄存器值是否為零，若為零，則執(zhí)行步驟7,否則，表示 從機(jī)的狀態(tài)信息錯誤，執(zhí)行步驟6 ;
[0023] 步驟6、所述主機(jī)向所述中央監(jiān)控器和其余工作正常的從機(jī)廣播發(fā)送隊列狀態(tài)更 新信息，用于將所述狀態(tài)信息錯誤的從機(jī)序列號及其對應(yīng)的狀態(tài)信息從各自的動態(tài)隊列中 進(jìn)行清除；
[0024] 步驟7、所有從機(jī)監(jiān)測所述主機(jī)發(fā)送的載波同步信號是否存在，若存在，表示主機(jī) 工作正常，并返回步驟1執(zhí)行；否則，表示主機(jī)故障，并向CAN總線廣播發(fā)送主機(jī)故障信息； 執(zhí)行步驟8 ;
[0025] 步驟8、所述中央監(jiān)控器接收所述主機(jī)故障信息，并向自身動態(tài)隊列中隊頭所對應(yīng) 的從機(jī)發(fā)送主機(jī)標(biāo)志位；
[0026] 步驟9、所述動態(tài)隊列中隊頭所對應(yīng)的從機(jī)接收所述主機(jī)標(biāo)志位并成為新的主機(jī)， 從而建立新的主從地位，其他從機(jī)重新監(jiān)控所述新的主機(jī)發(fā)送的載波同步信號是否存在， 若存在，表示新的主機(jī)工作正常，并返回步驟1執(zhí)行；否則表示中央監(jiān)控器故障或新的主機(jī) 故障，執(zhí)行步驟10;
[0027] 步驟10、所述動態(tài)隊列中的各從機(jī)向所述CAN總線發(fā)送爭主請求，由所述CAN總線 進(jìn)行仲裁并確定新的主機(jī)后，返回步驟1執(zhí)行。
[002引與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0029] 1、本發(fā)明提出利用中央監(jiān)控器和多個并聯(lián)運行的并網(wǎng)逆變器構(gòu)成一種基于CAN 總線的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，中央監(jiān)控器構(gòu)成中央監(jiān)控層，多個并聯(lián)運行的并網(wǎng)逆變器構(gòu)成模 塊自主控制層，能從系統(tǒng)層面解決并聯(lián)系統(tǒng)出現(xiàn)單點或是多點故障時載波無法同步的問 題，建立了從中央監(jiān)控層和模塊自主控制層兩個層面解決故障的機(jī)制；同時利用模塊自身 的CAN總線位時鐘進(jìn)行同步計數(shù)，并精確計算模塊間載波同步誤差并調(diào)節(jié)自身載波周期， 實現(xiàn)了模塊間較高精度的載波同步，系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性大大提高。
[0030] 2、本發(fā)明利用CAN時鐘寄存器作為載波同步的參考，主機(jī)通