CN104898481A - 一种并联逆变器动态重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联逆变器动态重构方法，涉及并联逆变器故障后的重构。所述方法包括以下步骤：1)在主控制器和从控制器上部署重构相关的功能服务；2)主控制器发现所有从控制器设备，订阅逆变电路的状态变量，记录逆变器的运行状态；3)逆变电路故障时，其相应从控制器报告故障给主控制器，主控制器控制故障设备的停运和备用设备的投运。本发明提供的并联逆变器动态重构方法，基于硬件冗余和软件重构，能实现并联逆变器恢复故障前的功能结构和运行状态。该方法有利于降低设备检修频率，提高设备的可靠性和安全性。

Description

一种并联逆变器动态重构方法

技术领域

本发明涉及一种并联逆变器动态重构方法。

背景技术

依托风能、太阳能等可再生能源的发电方式，已经越来越受到社会各层的关注。为了适应供电需求，相对于大功率逆变器供电模式，采用模块化、标准化的功率模块组合成任意所需容量的冗余系统，已成为提高供电可靠性的有效途径。使用逆变器并联技术的关键在于如何确保各功率模块输出电压的频率、相位和同步信号一致。为了解决这一问题，现有的大功率并联逆变器产品利用光纤网络和FPGA，基于主从控制来构造各功率模块脉宽调制波的方式，确保各功率模块驱动信号的一致性，从而保证输出电压的同步。

虽然现在的逆变器设备一般都具备故障自诊断功能，但如果有功率模块发生严重故障，依然会导致逆变器不能继续正常运行。随着信息技术的发展，生产厂商也在传统逆变器设备上增加了以太网通信功能，以促进逆变器的智能化发展，但一般只具备设备运行状态在线监测的功能，无法实现故障逆变器的健康运行。

健康运行的逆变器设备，是保证新能源发电的稳定性和可靠性的关键之一。而风能、太阳能发电的生产环境多为海上或者沙漠，气候复杂多变且极其恶劣。这容易导致逆变器故障而使系统无法正常运行，从而导致电力事故。特别是海上风力发电，如果逆变器故障，不仅会导致供电故障，还会造成巨额维修费用。无论是从安全角度，还是从经济角度来看，都有必要实现逆变器故障后继续正常工作，降低系统的维修频率。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供了一种并联逆变器动态重构方法，它具体包括以下步骤：

1)在主控制器和从控制器上部署重构相关的功能服务；

2)主控制器发现所有从控制器设备，订阅逆变电路的状态变量，记录逆变器的运行状态；

3)逆变电路故障时，其相应从控制器报告故障给主控制器，主控制器控制故障设备的停运和备用设备的投运。

上述并联逆变器动态重构方法，其特征在于：所述步骤1)由以下步骤组成：

1-1)在主控制器上部署数据管理库模块：用于记录逆变电路的地址、电压、电流和故障状态等状态变量；部署投退控制模块：控制逆变电路的投运和停运；部署DER交互模块：与分布式电源进行信息交互；

1-2)在从控制器上部署状态变量发布服务：定期获取并发布逆变电路的电压、电流等状态变量值；部署故障通知服务：逆变电路发生故障时，则报告故障给主控制器；部署投退服务：完成主控制器发出的逆变电路停运或投运控制要求。

上述并联逆变器动态重构方法，其特征在于：所述步骤2)由以下步骤组成：

2-1)主控制器加入239.255.255.250组播地址；

2-2)从控制器加入网络后，经组播地址239.255.255.250：1900发送简单服务发现协议报文给主控制器；

2-3)主控制器接收报文后，获取从控制器的设备描述文件，并将设备地址添加到主控制器的数据管理库中；

2-4)主控制器解析设备描述文件，获取并解析设备服务描述文件；

2-5)主控制器订阅逆变电路的状态变量；

2-6)从控制器的状态变量发布服务定期获取逆变电路的状态变量值，并发送给主控制器；

2-7)主控制器获取逆变电路的状态变量后，添加到数据管理库中。

上述并联逆变器动态重构方法，其特征在于：所述步骤3)由以下步骤组成：

3-1)逆变电路发生故障时，其相应从控制器通过故障通知服务报告给主控制器；

3-2)主控制器记录逆变电路的故障状态到数据管理库中，并经DER交互模块向分布式电源请求停止发电；

3-3)分布式电源停止发电后，反馈成功停止发电信号给主控制器的DER交互模块，然后主控制器控制逆变器停运；

3-4)主控制器经投退控制模块，向故障逆变电路和备用逆变电路的相应从控制器，分别发出停运控制请求和投运控制请求；

3-5)故障逆变电路的相应从控制器，切断逆变电路功率管的驱动信号和直流侧电压，使其转入停运状态；

3-6)备用逆变电路的相应从控制器，接通逆变电路功率管的驱动信号和直流侧电压，使其转入投运状态；

3-7)主控制器控制逆变器运行，并向分布式电源请求继续发电；

3-8)分布式电源继续发电，动态重构后的并联逆变器继续正常运行。

本发明利用现有逆变器设备的以太网通信资源，基于已广泛应用的通用即插即用(UP_nP)协议，实现并联逆变器的重构。主控制器记录各逆变器电路的运行状态数据，以供检修人员作进一步的分析；当设备故障时，主控制器自动执行并联逆变器的重构任务。在重构时，主控制器控制故障逆变电路的退出、备用逆变电路的投入运行。从而实现并联逆变器恢复故障前的功能结构和运行状态，保障设备运行的可靠性。

附图说明

图1为并联逆变器动态重构的系统结构图；

图2为系统中设备的功能组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明。应该指出的是下面说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围以及其应用。

1.项目实施方式

图1所示是并联逆变器动态重构的系统结构示意图，它包括了主控制器、多个从控制器和逆变电路并联系统。所述逆变电路并联系统包括多个并联的逆变电路，在交流母线侧同相的并联在一起，在直流母线侧同极性的并联在一起；所述从控制器的功能是标准化、模块化的，为保证设备的互操作性，从控制器1、从控制器2和备用从控制器的功能构造是一致的。

系统中其他设备的功能构成如图2所示，所述主控制器包括采样单元、驱动信号参数计算单元、编码单元和光纤收发单元；所述从控制器包括采样单元、电压/电流调节算法单元、解码单元、光纤收发单元、PWM波构造单元和故障诊断单元。主控制器采集交流母线电压、电流信号后，生成逆变器实际需要的驱动信号参数，将其编码后经光纤收发单元发送给各从控制器；从控制器对经光纤收发单元接收到的信息解码出驱动信号参数，再通过PWM波构造单元计算出相应的驱动信号给逆变器，从而确保各功率器件驱动信号的一致性。另外，针对电路的并联特性，故障诊断单元采用电流检测法来实现故障诊断。

另一方面，为了能够使用UPnP协议来完成逆变器并联系统的重构，所述主控制器作为控制端(upnp-ctrl)，部署了DER交互模块、数据管理模块和投退控制模块等功能；所述从控制器作为设备端(upnp-dev)，还部署了投退服务、故障通知服务和状态变量发布服务。

一种并联逆变器动态重构方法，具体包括以下步骤：

1)在主控制器和从控制器上部署重构相关的功能服务；

2)主控制器发现所有从控制器设备，订阅逆变电路的状态变量，记录逆变器的运行状态；

3)逆变电路故障时，其相应从控制器报告故障给主控制器，主控制器控制故障设备的停运和备用设备的投运。

所述步骤1)由以下步骤组成：

1-1)在主控制器上部署数据管理库模块：用于记录逆变电路的地址、电压、电流和故障状态等状态变量；部署投退控制模块：控制逆变电路的投运和停运；部署DER交互模块：与分布式电源进行信息交互；

1-2)在从控制器上部署状态变量发布服务：定期获取并发布逆变电路的电压、电流等状态变量值；部署故障通知服务：逆变电路发生故障时，则报告故障给主控制器；部署投退服务：完成主控制器发出的逆变电路停运或投运控制要求。

所述步骤2)由以下步骤组成：

2-1)主控制器加入239.255.255.250组播地址；

2-2)从控制器加入网络后，经组播地址239.255.255.250：1900发送简单服务发现协议报文给主控制器；

2-3)主控制器接收报文后，获取从控制器的设备描述文件，并将设备地址添加到主控制器的数据管理库中；

2-4)主控制器解析设备描述文件，获取并解析设备服务描述文件；

2-5)主控制器订阅逆变电路的状态变量；

2-6)从控制器的状态变量发布服务定期获取逆变电路的状态变量值，并发送给主控制器；

2-7)主控制器获取逆变电路的状态变量后，添加到数据管理库中。

所述步骤3)由以下步骤组成：

3-1)逆变电路发生故障时，其相应从控制器通过故障通知服务报告给主控制器；

3-2)主控制器记录逆变电路的故障状态到数据管理库中，并经DER交互模块向分布式电源请求停止发电；

3-3)分布式电源停止发电后，反馈成功停止发电信号给主控制器的DER交互模块，然后主控制器控制逆变器停运；

3-4)主控制器经投退控制模块，向故障逆变电路和备用逆变电路的相应从控制器，分别发出停运控制请求和投运控制请求；

3-5)故障逆变电路的相应从控制器，切断逆变电路功率管的驱动信号和直流侧电压，使其转入停运状态；

3-6)备用逆变电路的相应从控制器，接通逆变电路功率管的驱动信号和直流侧电压，使其转入投运状态；

3-7)主控制器控制逆变器运行，并向分布式电源请求继续发电；

3-8)分布式电源继续发电，动态重构后的并联逆变器继续正常运行。

2.实施例

如图1所示的并联逆变器实例，包含了2个逆变电路和1个备用逆变电路。利用该实例，对逆变电路1发生故障时，并联逆变器进行的重构过程作具体说明。

1)逆变电路1发生故障时，从控制器1的故障诊断单元将故障结果报告给故障通知服务进程；

2)从控制器1经故障通知服务通知主控制器，逆变电路1发生故障；

3)主控制器向分布式电源DER请求停止发电；

4)分布式电源DER反馈成功停止发电信号给主控制器，主控制器控制逆变器停运；

5)主控制器经投退模块，向逆变电路1发出停运控制请求；

6)从控制器1经投退服务，切断逆变电路1的驱动信号和直流侧电压，使其停运；

7)主控制器经投退模块，向备用逆变电路发出投运控制请求；

8)备用控制器经投退服务，接通备用逆变电路的驱动信号和直流侧电压，使其投运；

9)主控制器控制逆变器运行，并向分布式电源DER请求继续发电；

10)分布式电源继续发电，备用逆变电路替代逆变电路1，与逆变电路2重构成新的并联逆变器继续运行。

Claims (4)

1.一种并联逆变器动态重构方法，包括以下步骤：

1)在主控制器和从控制器上部署重构相关的功能服务；

2)主控制器发现所有从控制器设备，订阅逆变电路的状态变量，记录逆变器的运行状态；

3)逆变电路故障时，其相应从控制器报告故障给主控制器，主控制器控制故障设备的停运和备用设备的投运。

2.根据权利要求1所述的并联逆变器动态重构方法，其特征在于：所述步骤1)由以下步骤组成：

1-1)在主控制器上部署数据管理库模块：用于记录逆变电路的地址、电压、电流和故障状态等状态变量；部署投退控制模块：控制逆变电路的投运和停运；部署DER交互模块：与分布式电源进行信息交互；

1-2)在从控制器上部署状态变量发布服务：定期获取并发布逆变电路的电压、电流等状态变量值；部署故障通知服务：逆变电路发生故障时，则报告故障给主控制器；部署投退服务：完成主控制器发出的逆变电路停运或投运控制要求。

3.根据权利要求1所述的并联逆变器动态重构方法，其特征在于：所述步骤2)由以下步骤组成：

2-1)主控制器加入239.255.255.250组播地址；

2-2)从控制器加入网络后，经组播地址239.255.255.250：1900发送简单服务发现协议报文给主控制器；

2-3)主控制器接收报文后，获取从控制器的设备描述文件，并将设备地址添加到主控制器的数据管理库中；

2-4)主控制器解析设备描述文件，获取并解析设备服务描述文件；

2-5)主控制器订阅逆变电路的状态变量；

2-6)从控制器的状态变量发布服务定期获取逆变电路的状态变量值，并发送给主控制器；

2-7)主控制器获取逆变电路的状态变量后，添加到数据管理库中。

4.根据权利要求1所述的并联逆变器动态重构方法，其特征在于：所述步骤3)由以下步骤组成：

3-1)逆变电路发生故障时，其相应从控制器通过故障通知服务报告给主控制器；

3-2)主控制器记录逆变电路的故障状态到数据管理库中，并经DER交互模块向分布式电源请求停止发电；

3-3)分布式电源停止发电后，反馈成功停止发电信号给主控制器的DER交互模块，然后主控制器控制逆变器停运；

3-4)主控制器经投退控制模块，向故障逆变电路和备用逆变电路的相应从控制器，分别发出停运控制请求和投运控制请求；

3-5)故障逆变电路的相应从控制器，切断逆变电路功率管的驱动信号和直流侧电压，使其转入停运状态；

3-6)备用逆变电路的相应从控制器，接通逆变电路功率管的驱动信号和直流侧电压，使其转入投运状态；

3-7)主控制器控制逆变器运行，并向分布式电源请求继续发电；

3-8)分布式电源继续发电，动态重构后的并联逆变器继续正常运行。