30KW储能逆变器软件软件详细设计

第2页共19页30kW储能软件系统详细设计目录1，概述 22，涉及的控制板硬件的更改 22.1模拟通道的修改 22.2DSP通讯接口定义 32.3ePWM口 32.3其它控制IO口 42.4CPLD信号与功能更改 63，电池工作状态界定 64，状态机及时序定义 74.1储能逆变器状态机 74.1.1PowerOnMode 84.1.2PreCheckMode 84.1.3InvRunMode 94.1.4FaultMode 104.1.5ShutMode 104.1.5备份状态 114.2状态迁移 114.3故障处理机制 135，涉及的其它软件修改 135.1系统控制部分 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通讯协议 196，总结 191，概述30kW储能逆变器（2端口样机）在36KW硬件基础上进行开发，本着最小改动的原则，将其中的两路PV输入接口改为一路电池输入接口，并将原先单向Boost二极管改为MOSFET，使之具备能量双向流动的功能。软件在36KW软件基础上，去除储能软件不需要的部分功能，比如MPPT追踪，连接方式检测；修改开机功率检测、Boost、逆变环路、状态机控制、以及部分保护等；增加开机充电软起，双向切换控制，运行状态切换等功能。系统框图示意如下：图1-130kW储能逆变器的系统框图2，涉及的控制板硬件的更改本系统的控制板将借用36kW控制板，仅对部分端口配置做适当调整。2.1模拟通道的修改根据系统要求，本系统中所有的模拟量罗列如下：表2-1DSP模拟通道复用情况DSP采样GPIO17为低电平GPIO17为高电平结果排序模拟通道采样的模拟量采样的模拟量正序时负序时正序时负序时0B3wRInvCurrwRInvCurrwRInvCurrwRInvCurr1B2wSInvCurrwTInvCurrwSInvCurrwTInvCurr2B1wTInvCurrwSInvCurrwTInvCurrwSInvCurr3A4BatteryCurr2BatteryCurr24A3BatteryCurr4BatteryCurr45B7wGFCICurrBatteryCurr16A6NBUSVoltBatteryCurr37A7PBUSVoltBatteryInVol8B0wRSGridVolwTRGridVolwRSGridVolwTRGridVol9A0wSTGridVolwSTGridVolwSTGridVolwSTGridVol10A1wTRGridVolwRSGridVolwTRGridVolwRSGridVol11B6wRSInvVolwTRInvVolwRDCICurrwRDCICurr12B5wSTInvVolwSTInvVolwSDCICurrwTDCICurr13B4wTRInvVolwRSInvVolwTDCICurrwSDCICurr14A2BatteryOutVolwHeatTmp15A5wISOVoltwEnvironmentTmp上表中列些了所有的控制板模拟量信号，当前的控制板可以采样上述所有的信号。不需要进行修改。2.2DSP通讯接口定义30kW储能逆变器与LCD通信采用eCANA通信接口，与电脑通信采用SCIA接口，与miniMCU通信采用SCIC接口，与Eeprom通信采用IIC通信。表2-2DSP通讯接口序号所用IO口现功能功能1GPIO18CANRXAeCANA通讯2GPIO19CANTXA3GPIO20CANRXB未使用的CANB通信4GPIO21CANTXB5GPIO22SCIRXDB与miniMCU通信用RS232接口6GPIO23SCITXDB3GPIO32SDAAIIC通讯4GPIO33SCLA5GPIO35SCIRXDA调试用RS232通信6GPIO36SCITXDA7GPIO62SCIRXDC与MCU通信用RS232接口8GPIO63SCITXDC以上为系统中DSP对外的所有通信用接口。2.3ePWM口 表2-3ePWM使用情况序号GPIO功能CPLD处理描述1GPIO00EPWM1AR相1管驱动Pin78进，Pin40(1),35互补出(4)三电平IGBT驱动1,4互补，2,3互补2GPIO01EPWM1BR相2管驱动Pin77进，Pin38(2),36(3)互补出3GPIO02EPWM2AS相1管驱动Pin76进，Pin34(1),29(4)互补出4GPIO03EPWM2BS相2管驱动Pin75进，Pin33(2),30互补出(3)5GPIO04EPWM3AT相1管驱动Pin74进，Pin28(1),21(4)互补出6GPIO05EPWM3BT相2管驱动Pin73进，Pin27(2),26互补出(3)7GPIO06EPWM4ABuck1驱动Pin72进，Pin51出，Boost1在Pin50互补出驱动DC第1路上管8GPIO07EPWM4BBuck3驱动Pin71进，Pin41出，Boost3在Pin42互补出驱动DC第3路上管8GPIO08EPWM5ABuck2驱动Pin70进，Pin44出，Boost2在Pin43互补出驱动DC第2路上管9GPIO09EPWM5BBuck4驱动Pin69进，Pin48出，Boost4在Pin49互补出驱动DC第4路上管10GPIO10EPWM6A风扇驱动，CPLD53脚出11GPIO11EPWM6B未使用12GPIO12TZ1CPLDPin55进，Pin66出到DSP保护用上表列出了PCS系统所需的ePWM口，。2.3其它控制IO口对于PCS系统，需要用的IO信号罗列如下：表2-4PCS系统GPIO引脚分布序号DSPGPIOPCS功能CPLD引脚备注1GPIO13MCU状态862GPIO14交流软起接触器（Auxi）85脚进，52脚出内部取反3GPIO15ACOCPCPLD56脚进，84脚到DSP，采用单次触发保持方式内部封锁PWM，并产生Tz信号4GPIO16DC驱动电源使能NCGPIO46与之连动，用于CPLD内部逻辑5GPIO17模拟通道选择NC6GPIO24捕获单元NC频率检测7GPIO258GPIO269GPIO27捕获单元NC未使用10GPIO31控制板15V电源异常17脚进，87脚连DSP内部逻辑封锁PWM11GPIO34IGBTHault55脚进，6脚连DSPDC,AC侧IGBT及BUSOVP复用。同时送到TZ112GPIO37DCOCPCPLD62脚进，5脚到DSP，采用单次触发保持方式内部封锁PWM，并产生Tz信号13GPIO38CPLD输出到DSP硬件封锁信号8脚交流侧封锁信号给DSP做限流处理14GPIO39电网Relay控制信号89脚进，82脚出CPLD内部取反15GPIO42DC3，4CPLDPWM使能2脚进用于使能3，4路的PWM输出，高电平使能16GPIO43DC侧限流信号1脚DC侧单周封锁信号，输出到DSP脚，用于软件处理，CPLD61进17GPIO45逆变Relay控制信号99脚，54脚出CPLD内部取反18GPIO46DC侧驱动电源控制信号98脚进，无出与GPIO16配合使用19GPIO47AC侧驱动电源控制信号97脚进，58脚出20GPIO48GFCI,Arc，AndPErelay(ISO使用)信号NC50-2921GPIO64RS485发送/接受控制DSP直连--22GPIO66Arc状态端口直连DSP--23GPIO68风机反馈状态端口直连DSP40-2124GPIO70DCRealy状态端口直连DSP40-2725GPIO71输出防雷器状态端口直连DSP40-2926GPIO73BUSOVP端口直连DSPP7540-15，与IGBTHalt混合在一起，DSP需要判断此信号进行区分27GPIO74内部风机使能端口直连DSP，输出40-3428GPIO75Relay低功耗使能端口直连DSP，输出40-3629GPIO76拨码开关1端口直连DSP--30GPIO77拨码开关2端口直连DSP31GPIO78拨码开关3端口直连DSP32GPIO79拨码开关4端口直连DSP33GPIO80TZClear由CPLD，96进--34GPIO81直流Relay控制95脚进，83脚出内部逻辑取反35GPIO82DC1，2，CPLD使能92脚进用于使能1，2路的PWM输出，高电平使能36GPIO83逆变CPLD使能91脚37GPIO84拨码开关1BootLoadMode专用38GPIO85拨码开关239GPIO86拨码开关340GPIO87拨码开关4上面罗列了PCS系统的所使用的IO信号。2.4CPLD信号与功能更改原Boost电路仅针对电流单向传递的情况，现改为双向传递。所以需要对BOOST电路的上管进行驱动。该驱动信号与下管互补，因此，该功能由CPLD完成，同时，为防止上下管信号直通，需要对互补信号做死区。为了抑制电流尖峰，需要在电流过大的时候做逐波限流功能。该功能由硬件比较器比较产生触发信号，通过CPLD的逻辑控制来控制PWM信号实现逐波脉冲的封锁功能。在采取IGBT和交流relay代替直流relay的情况下，需要对relay驱动信号进行处理，即DSP送出给定的驱动信号控制relay开通和关断，CPLD需要将这个信号分为分别驱动IGBT和relay的信号，并根据开通和关断的不同，输出不同的时序和延时。3，电池工作状态界定见《30kW储能逆变器控制算法设计概要》4，状态机及时序定义4.1储能逆变器状态机逆变器在运行过程中存在几种状态，即PowerOnMode，PreCheckMode，InvRunMode，FaultMode，ShutMode，BootloaderMode。表4-1状态机任务分配列表PowerOnMode等待运行指令，并在接到运行指令后初始化参数电池电压检测，判断是否达到启动电压范围相序检测ISO检测GFCI检测启动方式判断（DC/AC）故障处理PreChk从DC侧启动DC侧软起：Bus电压软起Relay检测逆变检测：开环电压检测从AC侧启动Relay检测逆变检测：Bus充电、开环电压检测AC侧软起：电池电压软起、电池黑启动故障处理Run电池状态处理、控制参数修改DCDC单双路切换热备份处理故障处理综合根据各个状态和模式下的各个relay和器件的运行工况，归纳如下：表4-2：各个状态下relay情况状态模式DCRelayInvRelayGridRelayAuxiRelayPWM驱动使能PowerOn冷备根据设定断断断禁止PreChk--根据设定设定设定设定使能InvRun热备合合合断禁止非热备合合合断使能Fault--断断断断禁止4.1.1PowerOnMode在PowerOnMode状态下，逆变器检测开机指令、电池电压状态、电网相序、绝缘阻抗、漏电流。若检测正常，则判断从DC侧启动还是AC侧启动，最后进入PreCheckMode状态。PowerOnMode的简要流程如图4-1所示。图4-1PowerOnMode简要流程4.1.2PreCheckMode在PreCheckMode状态下，逆变器尝试进行开机操作，对BUS电容以及输入BOOST电容进行充电，逆变器硬件检测（Relay检测和逆变桥检测），并检查和设定电池运行状态。若检测通过，则设定进入InvRunMode。图4-2PrecCheckMode简要流程图执行DC侧软起，逆变检测(DC)，执行AC侧软起，逆变检测(AC）的具体流程见第5章节。4.1.3InvRunModeInvRunMode状态下，逆变器进行开机功率软起，更新和设定相关功率输入输出限制,检测电池状态，判断是否进入热备份。图4-3InvRunMode简要流程图4.1.4FaultMode逆变器在任何阶段出现故障都会转入FaultMode，主要是进行故障后的初始化处理，以及一些需要手动清除的故障，进行手动清除操作。其运行流程与36kW逆变器的流程一致，这里不再赘述。FaultMode产生时，需要对一些开关进行操作。发生故障后，PWM输出禁止，GridRelay、InvRelay、AuxiRelay、IsoRelay、PERelay断开。通过选择位来设定发生故障后，DCRelay是否自动断开。默认情况下，发生故障后DCRelay不断开。进入Fault状态的逆变器，当相关告警消失后，自动进入POWERON状态进行二次开机。如果故障后DCRelay没有断开，则再次开机时会从DC侧启动。4.1.5ShutMode较为严重的故障连续出现3次，或者在较短的时间内一致出现，则会转为永久故障，此时逆变器不能运行，除非有手动清除命令，其流程与36kW的流程一致。ShutMode需要断开的开关与FaultMode时一样。表4-3ShutMode的故障列表序号故障名称1GridRelay动作异常故障2InvRelay动作异常故障3硬件直流过流故障4逆变电流过高异常故障5逆变电流不平衡故障6逆变电流DCI异常故障7开机逆变自检故障4.1.5备份状态在PowerOnMode下，存在冷备模式；在InvRunMode下，存在热备模式，这两种模式是各自状态下的特殊情况。下面就两种模式作如下定义：热备份模式：逆变器开机正常运行，处于放电模式，但限制输出功率为0，直流继电器（或者接触器），交流继电器（或者接触器）保持吸和状态。在接收到后台指令后，能够立即向电网输出功率或者从电网吸收功率，并在150ms内达到额定功率。冷备份模式：电池就绪，但逆变器不开机，仅控制器运行；直流继电器（或者接触器）或根据配置，交流继电器（或者接触器）保持断开状态。在接收到开机命令或者解除冷备份状态指令后进行开机软硬件自检，并在自检通过后进入正常运行状态。4.2状态迁移根据上一节的描述，做出如下状态机转换流程如下：图4-4状态迁移图逆变器开机后，进入自学习状态。满足条件后从自学习状态进入PowerOn状态。逆变器在PowerOn状态下检测后台开机指令，在接收到开机指令后进入。检测通过后进入PreChk状态。具体检测项目见前述4.1节。在PreChk状态下，进行软件开机检测，包括BUS与Bat电容充电，逆变桥自检，relay检测与闭合，最终向外输出能量，具体检测项目见前述4.1节状态机任务分配及PreChk流程图，检测完成后进入运行状态。在运行状态下监测逆变器运行情况，响应相关指令和告警状况。并进行相应处理。在PreChk和运行状态下，如果接收到冷备指令，则进入PowerOn状态。若在其他状态下接收到冷备指令，则置冷备标志，在故障消失或者二次启动后进入冷备状态。在上述三种状态下，若发生可恢复故障，则进入Fault状态。若发生不可恢复故障，则进入ShutDown状态。进入Fault状态的逆变器，当相关告警消失后，自动进入PowerOn状态进行二次开机。进入ShutDown状态的逆变器，除非人为干预或者掉电，否则不会进行二次启动。任何状态下，当收到Boot指令时，都会置Boot标志，置Boot状态，关机后进入Boot状态。Boot完成后，自动进入PowerOn状态重启。4.3故障处理机制本PCS系统的故障处理机制延续正泰的并网逆变器的做法即先保护，再产生故障码。需要注意的时，部分故障如：电网电压异常，电网频率异常，相电压不平衡，掉相，逆变电流不平衡，DCI过高等只有在电流源模式下才存在。5，涉及的其它软件修改5.1系统控制部分5.1.1sfBiDirDCCtrSoftStartsfBiDirDCCtrSoftStart用来完成DC侧软起。在PreCheckMode状态中，选择从DC侧启动时，将首先执行从DC侧软起的程序。图5-1sfBiDirDCCtrSoftStart简要流程图5.1.2sfBiDirDCCtrSoftStartByACsfBiDirDCCtrSoftStartByAC用来完成AC侧软起。在PreCheckMode状态中，选择从AC侧启动，完成Relay检测、逆变检测(AC)后，执行从AC侧软起的程序。从AC侧启动时，会将fCharge标志位置为充电模式，而此时DCRelay还未闭合，DC侧会将电池端口电压控制到电池电压上限。在AC软起步骤中，将DC控制的逆变器内部电池端口电压上限修改为DCRelay外侧实际采得的电池电压，则DC会将逆变器内部电池端口电压控制到与实际外部电池电压一致。图5-2sfBiDirDCCtrSoftStartByAC简要流程图5.1.3sfRunInvAhdChksfRunInvAhdChk用来完成逆变检测(DC)。在PreCheckMode状态中，选择从DC侧启动时，完成DC侧软起、Relay检测后，执行逆变检测(DC)