[發明專利]一種針對光伏直流升壓變換器模塊化設計的通信方法

有效

• 申請號: 202011312316.6
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112421945B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 魏苗苗;張新雷;王環;王一波;周宇;竇德剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M3/00
• 分類號: H02M3/00;H04L12/26
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

本發明公開了一種針對光伏直流升壓變換器模塊化設計的通信方法，集中型光伏直流升壓變換器的模塊輸入并聯/輸出串聯(IPOS)的組合結構，針對IPOS級聯方案電路特點，系統采用集散式控制架構，主控單元和模塊控制單元之間以光電隔離單元作為統一對外接口，采用光纖高速通訊實現系統及模塊間的協調控制。本發明為針對集散式控制架構的變換器的通信協議，在變換器啟動前增加了通信自檢功能，在系統啟動前進行通信鏈路的檢查，提高了變換器通信可靠性。同時，為保證通信的速度，通信自檢數據與通信有效數據之間進行狀態裝換，通信自檢完成后，通信鏈路間只進行有效數據的傳輸，同時保持了主控單元和模塊控制單元之間的通信速率與可靠性。

技術領域

本發明涉及電力電子領域，尤其涉及一種針對光伏直流升壓變換器模塊化設計的通信方法。

背景技術

為適應光伏輸出功率和電壓的寬范圍變化特性，研究高效DC/DC升壓變換器系統集成與控制技術。光伏直流升壓變換器采用模塊化設計，通過模塊輸入并聯輸出串聯(IPOS)方式實現變換器的高電壓、大功率、高升壓比的設計要求。現有技術中，多模塊系統主控單元資源配置困難，同時完全分散控制導致運行中模塊電壓不均衡，容易造成系統故障。

發明內容

本發明的目的是實現光伏直流升壓變換器的主控單元和模塊控制單元之間通信高速可靠運行。為實現集散控制架構，本發明提出一種針對光伏直流升壓變換器模塊化設計的通信協議，設備運行前檢測通信鏈路，在保證通信速率的同時提高通信可靠性。針對IPOS級聯方案電路特點，采用集散式控制架構，主控單元和模塊控制單元之間以光電隔離單元作為統一對外接口，采用光纖高速通訊實現系統及模塊間的協調控制。這種方案采用系統集中控制和模塊分散控制相結合的方式，有效解決了多模塊系統主控單元資源配置的難題，同時規避了完全分散控制導致運行中模塊電壓不均衡，造成系統故障的風險。

本發明主控單元和模塊單元之間采用串口(UART)通信協議，主控單元接收到開機命令后向模塊單元發送通信自檢數據、模塊運行數據以及停機命令。模塊控制單元接收主控單元發送的數據的同時，向主控單元發送模塊的運行狀態、模塊采樣數據等。為保證主控單元快速保護，模塊發送端口分為低速口和高速口，高速口傳輸模塊的運行狀態，傳輸的數據少速度快，以便主控單元快速保護；低速口傳輸模塊的采樣數據，傳輸的數據多速度慢，以便主控單元讀取模塊運行數據。

模塊單元接收到主控單元自檢數據后，通過模塊控制單元的發送端口向主控單元返回模塊的自檢數據，主控單元接收到所有模塊返回的自檢數據后標志著系統的通信自檢全部完成，保證了通信的準確性。此后，主控單元與模塊控制單元全部進入正常運行狀態，主控單元與模塊單元之間只傳輸有效數據，保證通信的快速性。

本發明的技術方案為：一種針對光伏直流升壓變換器模塊化設計的通信方法，其中，主控控制器以及多個模塊控制單元通過統一的光纖接口進行連接，包括如下步驟：

步驟1、在變換器運行前進行主控單元與模塊單元之間的通信自檢，判斷完成主控單元與模塊單元間的光纖通信鏈路檢查；

步驟2、如果在變主控單元與所有模塊完成通信自檢，主控單元向模塊控制器傳輸分隔符數據與移相角數據，使各個模塊交錯運行，降低輸出電流紋波；然后，主控單元與模塊單元之間只進行有效數據占空比的傳輸，通信自檢與正常通信之間的解耦，從而保持主控單元與模塊單元之間的運行速度；

步驟3、如果變主控單元與所有模塊未完成通信自檢，則主控單元將一直在通信自檢功能能循環，此時設備不會啟動，保證主控單元與模塊單元之間通信的可靠性，避免了設備的啟動后通信故障造成設備故障，保護設備。