[发明专利]基于曼彻斯特码的电力电子变流系统的通信控制构架

说明书

技术领域

本发明属于电力电子变流系统通信控制领域，具体涉及电力电子变流系统中的一种基于曼彻斯特编解码的串行同步通信控制构架。

背景技术

随着电力电子变流系统功率等级的不断提高，系统智能化、可靠性、和可维护性要求越来越苛刻。电力电子变流系统通信控制构架作为变流系统的控制中枢，对装置的稳定可靠运行至关重要。目前，对于电力电子变流系统的控制构架而言，基本都采用以可编程控制器为控制核心，基于串行光纤通信的集中式控制构架或分布式控制构架。其中，集中式控制构架简单、可靠，适用于拓扑结构和硬件结构较为简单的中小功率的变流系统。但其大量点对点的通信明显增加了控制器的故障率和维护难度；所采用的常规串行通信方式，通信速率低、误码率高，不利于功率器件的状态信息的实时上传；复杂的通信控制及接口消耗了控制器大量的时间和硬件资源，不利于发挥控制器的最优计算性能。分布式控制方式适合拓扑结构和硬件结构呈现分布式特征的中大功率变流系统，控制系统的模块化、标准化和智能化程度高。目前采用分布式控制构架的变流器主要有三相桥式变流器、H桥级联型变流器以及多相多电平模块化变流器。对于三相桥式变流器和H桥级联型变流器拓扑结构，采用以单相模块作为基本控制单元的分布式控制构架，每相控制器和主控制器通过单光纤链状串行通信链路实现。由于分布式通信链路采用现有串行总线通信方式，通信速率大多在2.5Mbps以下，难以满足各相控制器和主控制器之间大量实时数据、命令的传输，控制系统实时性不高，限制了此种控制构架的功率器件高开关频率的应用。加之各相功率单元多，信号连接和时序控制复杂。对于多相多电平模块化变流器拓扑结构，所有模块节点通过单光纤组成环型网络，节点间采用高速串行光纤通信方式。此种控制网络大量节点间的数据和命令的接收、发送、传递造成较大的网络延时，控制系统同步处理复杂，通信协议和硬件设计难度大，成本高，严重阻碍了分布式高速串行光纤环网控制方式在大功率变流系统中的推广应用。总之，现有的电力电子变流系统所采用的基于常规串行光纤通信的通信控制构架，要么通信速率较低，误码率高，不能满足数据传输要求及高开关频域应用；要么通信控制复杂，难以得到推广应用。因此，考虑到电力电子变流系统复杂的电磁环境，智能化、高可靠性和高通信速率要求，研制一种基于简洁、可靠、抗干扰能力强、传输速率高的串行同步通信模式的控制构架，对于丰富电力电子变流系统通信控制，克服现有通信控制构架中存在的难题，满足其他电力电子应用场合的通信要求具有重要作用。

曼彻斯特码又称双相码，是一种自同步的编码方式。此编码方式将时钟信息编码在数据流中，在传输数据信息的同时，也将编码时钟信息一起传输到接收端，为接收端实现自同步解码提供充足的位定时信息。目前，曼彻斯特码被广泛应用在以太网局域网、石油勘探测井等小功率场合，在电力电子系统领域还没有得到应用。基于曼彻斯特码的电力电子变流系统的通信控制构架，利用曼彻斯特码自同步编解码的特性，能够在实现高速可靠通信的条件下，省去复杂的通信控制处理，降低通信控制系统软硬件设计的复杂度，满足现有的集中式、分布式变流器拓扑结构和其他电力电子模块通信应用条件，是值得探索的一种通信控制构架。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种基于曼彻斯特码的电力电子变流系统的通信控制构架，率先将曼彻斯特码应用于电力电子变流系统通信控制中，通信速率高，实现方式简单，可靠性能好，满足绝大部分的电力电子变流系统通信控制和其他电力电子模块通信应用要求。