30KW儲(chǔ)能逆變器軟件軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)

第2頁(yè)共19頁(yè)30kW儲(chǔ)能軟件系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)目錄1，概述 22，涉及的控制板硬件的更改 22.1模擬通道的修改 22.2DSP通訊接口定義 32.3ePWM口 32.3其它控制IO口 42.4CPLD信號(hào)與功能更改 63，電池工作狀態(tài)界定 64，狀態(tài)機(jī)及時(shí)序定義 74.1儲(chǔ)能逆變器狀態(tài)機(jī) 74.1.1PowerOnMode 84.1.2PreCheckMode 84.1.3InvRunMode 94.1.4FaultMode 104.1.5ShutMode 104.1.5備份狀態(tài) 114.2狀態(tài)遷移 114.3故障處理機(jī)制 135，涉及的其它軟件修改 135.1系統(tǒng)控制部分 135.1.1sfBiDirDCCtrSoftStart 135.1.2sfBiDirDCCtrSoftStartByAC 135.1.3sfRunInvAhdChk 155.1.4sfRunInvAhdChkByAC 155.1.5sBatteryInitiStateJudge 175.1.6sBiDirDCModeSwitch 175.1.7sBatteryChargeDeal 185.2DCDC控制部分 195.3通訊協(xié)議 196，總結(jié) 191，概述30kW儲(chǔ)能逆變器（2端口樣機(jī)）在36KW硬件基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，本著最小改動(dòng)的原則，將其中的兩路PV輸入接口改為一路電池輸入接口，并將原先單向Boost二極管改為MOSFET，使之具備能量雙向流動(dòng)的功能。軟件在36KW軟件基礎(chǔ)上，去除儲(chǔ)能軟件不需要的部分功能，比如MPPT追蹤，連接方式檢測(cè)；修改開(kāi)機(jī)功率檢測(cè)、Boost、逆變環(huán)路、狀態(tài)機(jī)控制、以及部分保護(hù)等；增加開(kāi)機(jī)充電軟起，雙向切換控制，運(yùn)行狀態(tài)切換等功能。系統(tǒng)框圖示意如下：圖1-130kW儲(chǔ)能逆變器的系統(tǒng)框圖2，涉及的控制板硬件的更改本系統(tǒng)的控制板將借用36kW控制板，僅對(duì)部分端口配置做適當(dāng)調(diào)整。2.1模擬通道的修改根據(jù)系統(tǒng)要求，本系統(tǒng)中所有的模擬量羅列如下：表2-1DSP模擬通道復(fù)用情況DSP采樣GPIO17為低電平GPIO17為高電平結(jié)果排序模擬通道采樣的模擬量采樣的模擬量正序時(shí)負(fù)序時(shí)正序時(shí)負(fù)序時(shí)0B3wRInvCurrwRInvCurrwRInvCurrwRInvCurr1B2wSInvCurrwTInvCurrwSInvCurrwTInvCurr2B1wTInvCurrwSInvCurrwTInvCurrwSInvCurr3A4BatteryCurr2BatteryCurr24A3BatteryCurr4BatteryCurr45B7wGFCICurrBatteryCurr16A6NBUSVoltBatteryCurr37A7PBUSVoltBatteryInVol8B0wRSGridVolwTRGridVolwRSGridVolwTRGridVol9A0wSTGridVolwSTGridVolwSTGridVolwSTGridVol10A1wTRGridVolwRSGridVolwTRGridVolwRSGridVol11B6wRSInvVolwTRInvVolwRDCICurrwRDCICurr12B5wSTInvVolwSTInvVolwSDCICurrwTDCICurr13B4wTRInvVolwRSInvVolwTDCICurrwSDCICurr14A2BatteryOutVolwHeatTmp15A5wISOVoltwEnvironmentTmp上表中列些了所有的控制板模擬量信號(hào)，當(dāng)前的控制板可以采樣上述所有的信號(hào)。不需要進(jìn)行修改。2.2DSP通訊接口定義30kW儲(chǔ)能逆變器與LCD通信采用eCANA通信接口，與電腦通信采用SCIA接口，與miniMCU通信采用SCIC接口，與Eeprom通信采用IIC通信。表2-2DSP通訊接口序號(hào)所用IO口現(xiàn)功能功能1GPIO18CANRXAeCANA通訊2GPIO19CANTXA3GPIO20CANRXB未使用的CANB通信4GPIO21CANTXB5GPIO22SCIRXDB與miniMCU通信用RS232接口6GPIO23SCITXDB3GPIO32SDAAIIC通訊4GPIO33SCLA5GPIO35SCIRXDA調(diào)試用RS232通信6GPIO36SCITXDA7GPIO62SCIRXDC與MCU通信用RS232接口8GPIO63SCITXDC以上為系統(tǒng)中DSP對(duì)外的所有通信用接口。2.3ePWM口 表2-3ePWM使用情況序號(hào)GPIO功能CPLD處理描述1GPIO00EPWM1AR相1管驅(qū)動(dòng)Pin78進(jìn)，Pin40(1),35互補(bǔ)出(4)三電平IGBT驅(qū)動(dòng)1,4互補(bǔ)，2,3互補(bǔ)2GPIO01EPWM1BR相2管驅(qū)動(dòng)Pin77進(jìn)，Pin38(2),36(3)互補(bǔ)出3GPIO02EPWM2AS相1管驅(qū)動(dòng)Pin76進(jìn)，Pin34(1),29(4)互補(bǔ)出4GPIO03EPWM2BS相2管驅(qū)動(dòng)Pin75進(jìn)，Pin33(2),30互補(bǔ)出(3)5GPIO04EPWM3AT相1管驅(qū)動(dòng)Pin74進(jìn)，Pin28(1),21(4)互補(bǔ)出6GPIO05EPWM3BT相2管驅(qū)動(dòng)Pin73進(jìn)，Pin27(2),26互補(bǔ)出(3)7GPIO06EPWM4ABuck1驅(qū)動(dòng)Pin72進(jìn)，Pin51出，Boost1在Pin50互補(bǔ)出驅(qū)動(dòng)DC第1路上管8GPIO07EPWM4BBuck3驅(qū)動(dòng)Pin71進(jìn)，Pin41出，Boost3在Pin42互補(bǔ)出驅(qū)動(dòng)DC第3路上管8GPIO08EPWM5ABuck2驅(qū)動(dòng)Pin70進(jìn)，Pin44出，Boost2在Pin43互補(bǔ)出驅(qū)動(dòng)DC第2路上管9GPIO09EPWM5BBuck4驅(qū)動(dòng)Pin69進(jìn)，Pin48出，Boost4在Pin49互補(bǔ)出驅(qū)動(dòng)DC第4路上管10GPIO10EPWM6A風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)，CPLD53腳出11GPIO11EPWM6B未使用12GPIO12TZ1CPLDPin55進(jìn)，Pin66出到DSP保護(hù)用上表列出了PCS系統(tǒng)所需的ePWM口，。2.3其它控制IO口對(duì)于PCS系統(tǒng)，需要用的IO信號(hào)羅列如下：表2-4PCS系統(tǒng)GPIO引腳分布序號(hào)DSPGPIOPCS功能CPLD引腳備注1GPIO13MCU狀態(tài)862GPIO14交流軟起接觸器（Auxi）85腳進(jìn)，52腳出內(nèi)部取反3GPIO15ACOCPCPLD56腳進(jìn)，84腳到DSP，采用單次觸發(fā)保持方式內(nèi)部封鎖PWM，并產(chǎn)生Tz信號(hào)4GPIO16DC驅(qū)動(dòng)電源使能NCGPIO46與之連動(dòng)，用于CPLD內(nèi)部邏輯5GPIO17模擬通道選擇NC6GPIO24捕獲單元NC頻率檢測(cè)7GPIO258GPIO269GPIO27捕獲單元NC未使用10GPIO31控制板15V電源異常17腳進(jìn)，87腳連DSP內(nèi)部邏輯封鎖PWM11GPIO34IGBTHault55腳進(jìn)，6腳連DSPDC,AC側(cè)IGBT及BUSOVP復(fù)用。同時(shí)送到TZ112GPIO37DCOCPCPLD62腳進(jìn)，5腳到DSP，采用單次觸發(fā)保持方式內(nèi)部封鎖PWM，并產(chǎn)生Tz信號(hào)13GPIO38CPLD輸出到DSP硬件封鎖信號(hào)8腳交流側(cè)封鎖信號(hào)給DSP做限流處理14GPIO39電網(wǎng)Relay控制信號(hào)89腳進(jìn)，82腳出CPLD內(nèi)部取反15GPIO42DC3，4CPLDPWM使能2腳進(jìn)用于使能3，4路的PWM輸出，高電平使能16GPIO43DC側(cè)限流信號(hào)1腳DC側(cè)單周封鎖信號(hào)，輸出到DSP腳，用于軟件處理，CPLD61進(jìn)17GPIO45逆變Relay控制信號(hào)99腳，54腳出CPLD內(nèi)部取反18GPIO46DC側(cè)驅(qū)動(dòng)電源控制信號(hào)98腳進(jìn)，無(wú)出與GPIO16配合使用19GPIO47AC側(cè)驅(qū)動(dòng)電源控制信號(hào)97腳進(jìn)，58腳出20GPIO48GFCI,Arc，AndPErelay(ISO使用)信號(hào)NC50-2921GPIO64RS485發(fā)送/接受控制DSP直連--22GPIO66Arc狀態(tài)端口直連DSP--23GPIO68風(fēng)機(jī)反饋狀態(tài)端口直連DSP40-2124GPIO70DCRealy狀態(tài)端口直連DSP40-2725GPIO71輸出防雷器狀態(tài)端口直連DSP40-2926GPIO73BUSOVP端口直連DSPP7540-15，與IGBTHalt混合在一起，DSP需要判斷此信號(hào)進(jìn)行區(qū)分27GPIO74內(nèi)部風(fēng)機(jī)使能端口直連DSP，輸出40-3428GPIO75Relay低功耗使能端口直連DSP，輸出40-3629GPIO76撥碼開(kāi)關(guān)1端口直連DSP--30GPIO77撥碼開(kāi)關(guān)2端口直連DSP31GPIO78撥碼開(kāi)關(guān)3端口直連DSP32GPIO79撥碼開(kāi)關(guān)4端口直連DSP33GPIO80TZClear由CPLD，96進(jìn)--34GPIO81直流Relay控制95腳進(jìn)，83腳出內(nèi)部邏輯取反35GPIO82DC1，2，CPLD使能92腳進(jìn)用于使能1，2路的PWM輸出，高電平使能36GPIO83逆變CPLD使能91腳37GPIO84撥碼開(kāi)關(guān)1BootLoadMode專用38GPIO85撥碼開(kāi)關(guān)239GPIO86撥碼開(kāi)關(guān)340GPIO87撥碼開(kāi)關(guān)4上面羅列了PCS系統(tǒng)的所使用的IO信號(hào)。2.4CPLD信號(hào)與功能更改原Boost電路僅針對(duì)電流單向傳遞的情況，現(xiàn)改為雙向傳遞。所以需要對(duì)BOOST電路的上管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)與下管互補(bǔ)，因此，該功能由CPLD完成，同時(shí)，為防止上下管信號(hào)直通，需要對(duì)互補(bǔ)信號(hào)做死區(qū)。為了抑制電流尖峰，需要在電流過(guò)大的時(shí)候做逐波限流功能。該功能由硬件比較器比較產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)CPLD的邏輯控制來(lái)控制PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)逐波脈沖的封鎖功能。在采取IGBT和交流relay代替直流relay的情況下，需要對(duì)relay驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，即DSP送出給定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制relay開(kāi)通和關(guān)斷，CPLD需要將這個(gè)信號(hào)分為分別驅(qū)動(dòng)IGBT和relay的信號(hào)，并根據(jù)開(kāi)通和關(guān)斷的不同，輸出不同的時(shí)序和延時(shí)。3，電池工作狀態(tài)界定見(jiàn)《30kW儲(chǔ)能逆變器控制算法設(shè)計(jì)概要》4，狀態(tài)機(jī)及時(shí)序定義4.1儲(chǔ)能逆變器狀態(tài)機(jī)逆變器在運(yùn)行過(guò)程中存在幾種狀態(tài)，即PowerOnMode，PreCheckMode，InvRunMode，F(xiàn)aultMode，ShutMode，BootloaderMode。表4-1狀態(tài)機(jī)任務(wù)分配列表PowerOnMode等待運(yùn)行指令，并在接到運(yùn)行指令后初始化參數(shù)電池電壓檢測(cè)，判斷是否達(dá)到啟動(dòng)電壓范圍相序檢測(cè)ISO檢測(cè)GFCI檢測(cè)啟動(dòng)方式判斷（DC/AC）故障處理PreChk從DC側(cè)啟動(dòng)DC側(cè)軟起：Bus電壓軟起Relay檢測(cè)逆變檢測(cè)：開(kāi)環(huán)電壓檢測(cè)從AC側(cè)啟動(dòng)Relay檢測(cè)逆變檢測(cè)：Bus充電、開(kāi)環(huán)電壓檢測(cè)AC側(cè)軟起：電池電壓軟起、電池黑啟動(dòng)故障處理Run電池狀態(tài)處理、控制參數(shù)修改DCDC單雙路切換熱備份處理故障處理綜合根據(jù)各個(gè)狀態(tài)和模式下的各個(gè)relay和器件的運(yùn)行工況，歸納如下：表4-2：各個(gè)狀態(tài)下relay情況狀態(tài)模式DCRelayInvRelayGridRelayAuxiRelayPWM驅(qū)動(dòng)使能PowerOn冷備根據(jù)設(shè)定斷斷斷禁止PreChk--根據(jù)設(shè)定設(shè)定設(shè)定設(shè)定使能InvRun熱備合合合斷禁止非熱備合合合斷使能Fault--斷斷斷斷禁止4.1.1PowerOnMode在PowerOnMode狀態(tài)下，逆變器檢測(cè)開(kāi)機(jī)指令、電池電壓狀態(tài)、電網(wǎng)相序、絕緣阻抗、漏電流。若檢測(cè)正常，則判斷從DC側(cè)啟動(dòng)還是AC側(cè)啟動(dòng)，最后進(jìn)入PreCheckMode狀態(tài)。PowerOnMode的簡(jiǎn)要流程如圖4-1所示。圖4-1PowerOnMode簡(jiǎn)要流程4.1.2PreCheckMode在PreCheckMode狀態(tài)下，逆變器嘗試進(jìn)行開(kāi)機(jī)操作，對(duì)BUS電容以及輸入BOOST電容進(jìn)行充電，逆變器硬件檢測(cè)（Relay檢測(cè)和逆變橋檢測(cè)），并檢查和設(shè)定電池運(yùn)行狀態(tài)。若檢測(cè)通過(guò)，則設(shè)定進(jìn)入InvRunMode。圖4-2PrecCheckMode簡(jiǎn)要流程圖執(zhí)行DC側(cè)軟起，逆變檢測(cè)(DC)，執(zhí)行AC側(cè)軟起，逆變檢測(cè)(AC）的具體流程見(jiàn)第5章節(jié)。4.1.3InvRunModeInvRunMode狀態(tài)下，逆變器進(jìn)行開(kāi)機(jī)功率軟起，更新和設(shè)定相關(guān)功率輸入輸出限制,檢測(cè)電池狀態(tài)，判斷是否進(jìn)入熱備份。圖4-3InvRunMode簡(jiǎn)要流程圖4.1.4FaultMode逆變器在任何階段出現(xiàn)故障都會(huì)轉(zhuǎn)入FaultMode，主要是進(jìn)行故障后的初始化處理，以及一些需要手動(dòng)清除的故障，進(jìn)行手動(dòng)清除操作。其運(yùn)行流程與36kW逆變器的流程一致，這里不再贅述。FaultMode產(chǎn)生時(shí)，需要對(duì)一些開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作。發(fā)生故障后，PWM輸出禁止，GridRelay、InvRelay、AuxiRelay、IsoRelay、PERelay斷開(kāi)。通過(guò)選擇位來(lái)設(shè)定發(fā)生故障后，DCRelay是否自動(dòng)斷開(kāi)。默認(rèn)情況下，發(fā)生故障后DCRelay不斷開(kāi)。進(jìn)入Fault狀態(tài)的逆變器，當(dāng)相關(guān)告警消失后，自動(dòng)進(jìn)入POWERON狀態(tài)進(jìn)行二次開(kāi)機(jī)。如果故障后DCRelay沒(méi)有斷開(kāi)，則再次開(kāi)機(jī)時(shí)會(huì)從DC側(cè)啟動(dòng)。4.1.5ShutMode較為嚴(yán)重的故障連續(xù)出現(xiàn)3次，或者在較短的時(shí)間內(nèi)一致出現(xiàn)，則會(huì)轉(zhuǎn)為永久故障，此時(shí)逆變器不能運(yùn)行，除非有手動(dòng)清除命令，其流程與36kW的流程一致。ShutMode需要斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)與FaultMode時(shí)一樣。表4-3ShutMode的故障列表序號(hào)故障名稱1GridRelay動(dòng)作異常故障2InvRelay動(dòng)作異常故障3硬件直流過(guò)流故障4逆變電流過(guò)高異常故障5逆變電流不平衡故障6逆變電流DCI異常故障7開(kāi)機(jī)逆變自檢故障4.1.5備份狀態(tài)在PowerOnMode下，存在冷備模式；在InvRunMode下，存在熱備模式，這兩種模式是各自狀態(tài)下的特殊情況。下面就兩種模式作如下定義：熱備份模式：逆變器開(kāi)機(jī)正常運(yùn)行，處于放電模式，但限制輸出功率為0，直流繼電器（或者接觸器），交流繼電器（或者接觸器）保持吸和狀態(tài)。在接收到后臺(tái)指令后，能夠立即向電網(wǎng)輸出功率或者從電網(wǎng)吸收功率，并在150ms內(nèi)達(dá)到額定功率。冷備份模式：電池就緒，但逆變器不開(kāi)機(jī)，僅控制器運(yùn)行；直流繼電器（或者接觸器）或根據(jù)配置，交流繼電器（或者接觸器）保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)。在接收到開(kāi)機(jī)命令或者解除冷備份狀態(tài)指令后進(jìn)行開(kāi)機(jī)軟硬件自檢，并在自檢通過(guò)后進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。4.2狀態(tài)遷移根據(jù)上一節(jié)的描述，做出如下?tīng)顟B(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換流程如下：圖4-4狀態(tài)遷移圖逆變器開(kāi)機(jī)后，進(jìn)入自學(xué)習(xí)狀態(tài)。滿足條件后從自學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)入PowerOn狀態(tài)。逆變器在PowerOn狀態(tài)下檢測(cè)后臺(tái)開(kāi)機(jī)指令，在接收到開(kāi)機(jī)指令后進(jìn)入。檢測(cè)通過(guò)后進(jìn)入PreChk狀態(tài)。具體檢測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)前述4.1節(jié)。在PreChk狀態(tài)下，進(jìn)行軟件開(kāi)機(jī)檢測(cè)，包括BUS與Bat電容充電，逆變橋自檢，relay檢測(cè)與閉合，最終向外輸出能量，具體檢測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)前述4.1節(jié)狀態(tài)機(jī)任務(wù)分配及PreChk流程圖，檢測(cè)完成后進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)下監(jiān)測(cè)逆變器運(yùn)行情況，響應(yīng)相關(guān)指令和告警狀況。并進(jìn)行相應(yīng)處理。在PreChk和運(yùn)行狀態(tài)下，如果接收到冷備指令，則進(jìn)入PowerOn狀態(tài)。若在其他狀態(tài)下接收到冷備指令，則置冷備標(biāo)志，在故障消失或者二次啟動(dòng)后進(jìn)入冷備狀態(tài)。在上述三種狀態(tài)下，若發(fā)生可恢復(fù)故障，則進(jìn)入Fault狀態(tài)。若發(fā)生不可恢復(fù)故障，則進(jìn)入ShutDown狀態(tài)。進(jìn)入Fault狀態(tài)的逆變器，當(dāng)相關(guān)告警消失后，自動(dòng)進(jìn)入PowerOn狀態(tài)進(jìn)行二次開(kāi)機(jī)。進(jìn)入ShutDown狀態(tài)的逆變器，除非人為干預(yù)或者掉電，否則不會(huì)進(jìn)行二次啟動(dòng)。任何狀態(tài)下，當(dāng)收到Boot指令時(shí)，都會(huì)置Boot標(biāo)志，置Boot狀態(tài)，關(guān)機(jī)后進(jìn)入Boot狀態(tài)。Boot完成后，自動(dòng)進(jìn)入PowerOn狀態(tài)重啟。4.3故障處理機(jī)制本PCS系統(tǒng)的故障處理機(jī)制延續(xù)正泰的并網(wǎng)逆變器的做法即先保護(hù)，再產(chǎn)生故障碼。需要注意的時(shí)，部分故障如：電網(wǎng)電壓異常，電網(wǎng)頻率異常，相電壓不平衡，掉相，逆變電流不平衡，DCI過(guò)高等只有在電流源模式下才存在。5，涉及的其它軟件修改5.1系統(tǒng)控制部分5.1.1sfBiDirDCCtrSoftStartsfBiDirDCCtrSoftStart用來(lái)完成DC側(cè)軟起。在PreCheckMode狀態(tài)中，選擇從DC側(cè)啟動(dòng)時(shí)，將首先執(zhí)行從DC側(cè)軟起的程序。圖5-1sfBiDirDCCtrSoftStart簡(jiǎn)要流程圖5.1.2sfBiDirDCCtrSoftStartByACsfBiDirDCCtrSoftStartByAC用來(lái)完成AC側(cè)軟起。在PreCheckMode狀態(tài)中，選擇從AC側(cè)啟動(dòng)，完成Relay檢測(cè)、逆變檢測(cè)(AC)后，執(zhí)行從AC側(cè)軟起的程序。從AC側(cè)啟動(dòng)時(shí)，會(huì)將fCharge標(biāo)志位置為充電模式，而此時(shí)DCRelay還未閉合，DC側(cè)會(huì)將電池端口電壓控制到電池電壓上限。在AC軟起步驟中，將DC控制的逆變器內(nèi)部電池端口電壓上限修改為DCRelay外側(cè)實(shí)際采得的電池電壓，則DC會(huì)將逆變器內(nèi)部電池端口電壓控制到與實(shí)際外部電池電壓一致。圖5-2sfBiDirDCCtrSoftStartByAC簡(jiǎn)要流程圖5.1.3sfRunInvAhdChksfRunInvAhdChk用來(lái)完成逆變檢測(cè)(DC)。在PreCheckMode狀態(tài)中，選擇從DC側(cè)啟動(dòng)時(shí)，完成DC側(cè)軟起、Relay檢測(cè)后，執(zhí)行逆變檢測(cè)(DC)