本發(fā)明專利技術(shù)提出了一種全新的儲能型變流器裝置。與傳統(tǒng)的基于控制板結(jié)構(gòu)的變流器結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明專利技術(shù)所提出的儲能型變流器裝置是基于工業(yè)實時以太網(wǎng)技術(shù)的。借助等時同步通信IRT技術(shù)，工業(yè)實時以太網(wǎng)的通信響應速度可以達到250微秒。本儲能型變流器裝置由采用工業(yè)實時以太網(wǎng)連接的各功能模塊構(gòu)成，各功能模塊的通信響應速度可以根據(jù)具體需求分級配置。本發(fā)明專利技術(shù)中各模塊功能定位清晰、結(jié)構(gòu)緊湊、便于安裝和調(diào)試，各模塊合理分工變流控制相應部分，有利于提高變流器的整體性能。采用此種架構(gòu)變流器裝置的可擴展性明顯改善，開發(fā)周期、保護動作響應時間明顯縮短，系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性、可靠性都有明顯的提升。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于電力控制
，尤其屬于一種變流控制
技術(shù)介紹
作為我國可再生能源的重要組成部分，風電近年來得到迅速發(fā)展。但是由于風電本身的出力波動，給電網(wǎng)帶來不利影響。儲能變流器裝置的使用，將有效地改善風機對電網(wǎng)的不良影響，提高電網(wǎng)對風機并網(wǎng)的允許接入率，進一步實現(xiàn)平滑風電出力、實現(xiàn)削峰填谷、跟蹤計劃發(fā)電等功能。儲能型變流器裝置也可以稱作功率變換系統(tǒng)(power converting system,以下簡稱PCS)，其連接著電網(wǎng)和儲能電池堆。作為溝通電網(wǎng)和儲能電池之間的橋梁，儲能PCS在風電場發(fā)電功率過剩時將該過剩功率所發(fā)電能轉(zhuǎn)換為儲能電池能量，此過程中PCS為儲能電池充電；而在風電場發(fā)電功率不足時儲能PCS將儲能電池能量回饋到電網(wǎng)上，彌補風機發(fā)電功率不足，此過程中儲能電池通過儲能PCS向電網(wǎng)放電；同時還可根據(jù)電網(wǎng)要求下，PCS發(fā)出無功功率，實現(xiàn)電力系統(tǒng)有功/無功功率統(tǒng)一調(diào)度功能。傳統(tǒng)的變流器結(jié)構(gòu)，是基于控制板的結(jié)構(gòu)。比如以單片機、DSP(數(shù)字信號處理器)，可編程邏輯單元FPGA等為核心，在控制板上實現(xiàn)變流器各部分功能，包括電壓與電流信號的采樣、變流器核心算法實現(xiàn)、PWM信號的調(diào)制與生成、變流器與上層PC或者其他控制器的通信等。這種設計結(jié)構(gòu)緊湊，但是也有其一些弊端由于控制板上集成了所有的變流器功能，使得控制器負擔相對偏重。TI典型的DSP芯片2812每片最多可以產(chǎn)生12路PWM信號，每片最多可以采樣16路AD，在工程實際應用中為了保證采樣精度，都一定程度采用了過采樣技術(shù)，這樣的話每片2812實際的AD采樣要小于16路?？梢娪捎趩蝹€芯片結(jié)構(gòu)固定，其片上資源有限，這限制了變流器功能的擴展。雖然可以采用雙口 RAM芯片，引入FPGA芯片等來增強控制板功能，擴展變流器控制功能，但是這種結(jié)構(gòu)設計復雜，開發(fā)周期長，靈活度不夠高，對控制器的可靠性和處理能力要求很高，控制板之間硬線連接的電磁兼容性、可靠性設計也是比較復雜的。工業(yè)以太網(wǎng)是在工業(yè)控制場合中使用的以太網(wǎng)，其在技術(shù)上和商用以太網(wǎng)是兼容的。目前工業(yè)以太網(wǎng)的實時響應時間可以達到5ms，而對于變流器的控制，由于其控制對象是頻率50Hz周期20ms的交流電，要準確控制變流器的有功功率、無功功率，其實際要求的響應時間要遠遠小于5ms。顯然一般工業(yè)以太網(wǎng)的通信速率遠遠不能滿足要求。工業(yè)實時以太網(wǎng)的出現(xiàn)給變流器的設計架構(gòu)提供了新的可能性，尤其是等時同步通信IRT技術(shù)的使用可以使工業(yè)實時以太網(wǎng)的通信響應速度達到250微秒。借助于工業(yè)實時以太網(wǎng)高速的通信響應速度，可將變流器中各個功能模塊分開，每個功能模塊負責各自主要功能，各個模塊之間采用工業(yè)實時以太網(wǎng)連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和共享，完成儲能變流器功能。根據(jù)以上背景分析，目前風電場建設需要配備儲能型變流器裝置，來消除風電本身出力波動帶給電網(wǎng)的不利影響，進而提高風機并網(wǎng)率。而基于控制板結(jié)構(gòu)的變流器裝置設計復雜，開發(fā)周期長，靈活度不夠高，對控制器的可靠性和處理能力要求很高。造成這種情況的根本原因在于I)這種結(jié)構(gòu)的變流器裝置在控制板上實現(xiàn)了變流器的各部分功能，造成芯片負擔過重，要求芯片有很高的運算能力。同時由于單個芯片的資源有限，限制了變流器功能擴展，雖然可以通過擴展等方法來一定程度增加控制板的資源和功能，但是開發(fā)周期長，過程復雜。控制電路板之間硬線連接的電磁兼容和可靠性設計不可忽略，隨著擴展電路板數(shù)量的增加，該問題也越來越明顯，處理難度也隨之增加。2 )現(xiàn)有的普通工業(yè)以太網(wǎng)實時通信速度不夠，只能用于變流器的狀態(tài)檢測等應用場合，而無法用于變流器的實時控制。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上問題，本專利技術(shù)提出了一個新的解決方案。本方案將工業(yè)實時以太網(wǎng)引入到儲能型變流器裝置中。應用等時同步通信IRT技術(shù)，可實現(xiàn)通信響應速度達250微秒的高速可靠工業(yè)實時通信。本儲能型變流器裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)，變流器整體由數(shù)個功能模塊組成，各功能模塊之間采用工業(yè)實時以太網(wǎng)連接。借助于工業(yè)實時以太網(wǎng)，各功能模塊之間可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)通信，完成變流器的控制功能。本專利技術(shù)具體采用以下技術(shù)方案一種基于工業(yè)實時以太網(wǎng)的儲能型變流器裝置，包括主電路模塊和控制功能模塊，其特征在于所述主電路模塊主要由智能功率模塊IPM、直流電容單元、主電感、濾波電路、電流傳感器、主斷路器等構(gòu)成；所述主斷路器的輸出端與電網(wǎng)相連，主斷路器的輸入端通過電流傳感器、主電感后連接至智能功率模塊IPM的交流輸出端，所述智能功率模塊IPM的直流輸出端連接儲能電池；在主斷路器的輸入端還連接有電壓采樣電路，所述電流傳感器用于檢測智能功率模塊IPM產(chǎn)生的交流電流信號，所述電壓采樣電路用于檢測電網(wǎng)交流電壓信號和變流器裝置中母線直流電壓信號；在電流傳感器和主電感之間并聯(lián)濾波電路，用于對變流器裝置并網(wǎng)前的交流電流進行濾波；所述控制功能模塊包括光纖交換機、第一主控模塊、第二主控模塊、分布式IO模塊、電能儀表；光纖交換機、第二主控模塊、分布式IO模塊、電能儀表均通過工業(yè)實時以太網(wǎng)與第一主控模塊相連；光纖交換機負責和上層電網(wǎng)調(diào)度中心通信，上傳儲能型變流器裝置運行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)，同時接收調(diào)度中心控制命令；第一主控模塊根據(jù)上層電網(wǎng)調(diào)度中心的控制命令完成變流器控制算法并生成相應的控制命令；第二主控模塊接收第一主控模塊發(fā)送來的智能功率模塊IPM控制命令，并根據(jù)此控制命令生成脈沖信號用以驅(qū)動智能功率模塊IPM ;分布式IO單元根據(jù)第一主控模塊發(fā)送來的開關(guān)命令控制開關(guān)與繼電器執(zhí)行相應的動作；電能儀表將測量的智能功率模塊IPM產(chǎn)生的交流電流信號、交流電壓信號傳輸?shù)降谝恢骺啬K中，作為第一主控模塊進行控制算法的控制參考。本專利技術(shù)中等時同步通信IRT技術(shù)使工業(yè)實時以太網(wǎng)通信響應速度達到250微秒，這個響應速度是一般應用的工業(yè)以太網(wǎng)所達不到的，該響應速度可以使工業(yè)實時以太網(wǎng)直接參與到變流器的實時控制中，而不僅僅限于傳統(tǒng)的對變流器狀態(tài)的檢測和保護等對通信速度要求偏慢的應用場合中。本儲能型變流器裝置由采用工業(yè)實時以太網(wǎng)通信連接的各功能模塊組成，各個功能模塊的通信速度可根據(jù)需要分級配置。在變流器可擴展性方面，傳統(tǒng)的基于控制電路板結(jié)構(gòu)的變流器裝置中各個電路板之間多采用硬線方式連接，在這種方式中，隨著擴展電路板數(shù)量和功能的增加，硬線連接復雜度也會相應增加，并且系統(tǒng)可靠性和電磁抗干擾性問題也會越來越難處理。本方案中各個功能模塊之間采用工業(yè)實時以太網(wǎng)連接，當需要增加控制模塊時，只需要將該模塊連接到工業(yè)實時以太網(wǎng)中并進行相應配置即可，在系統(tǒng)設計靈活性、電磁兼容處理等方面優(yōu)勢明顯。同時高速通信也使系統(tǒng)保護動作響應時間縮短，系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性、可靠性都有明顯的提升。附圖說明圖I為儲能系統(tǒng)構(gòu)成基本不意圖2為本專利技術(shù)的儲能變流器裝置內(nèi)部基本框圖3為本專利技術(shù)的儲能變流器裝置主電路原理框 閱圖4為本專利技術(shù)的儲能變流器裝置控制功能模塊以及工業(yè)實時以太網(wǎng)連接原理框圖; 圖5為本專利技術(shù)的儲能變流器裝置整體詳細框圖。具體實施例方式下面根據(jù)說明書附圖，結(jié)合優(yōu)選實施例對本專利技術(shù)的技術(shù)方案進一步詳細說明。如圖I所示，為儲能系統(tǒng)構(gòu)成的基本示意圖。儲能系統(tǒng)由隔離變壓器、儲能變流器裝置、儲能電池，上層調(diào)度中心構(gòu)成。上層調(diào)度中心根據(jù)電網(wǎng)需求下達控制命令給儲能變流器裝置，儲能變流器裝置根本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種基于工業(yè)實時以太網(wǎng)的儲能型變流器裝置，包括主電路模塊和控制功能模塊，其特征在于：所述主電路模塊主要由智能功率模塊IPM、直流電容單元、主電感、濾波電路、電流傳感器、電壓采樣電路、主斷路器等構(gòu)成；所述主斷路器的輸出端與電網(wǎng)相連，主斷路器的輸入端通過電流傳感器、主電感后連接至智能功率模塊IPM的交流輸出端，所述智能功率模塊IPM的直流輸出端連接儲能電池；在主斷路器的輸入端還連接有電壓采樣電路，所述電流傳感器用于檢測智能功率模塊IPM產(chǎn)生的交流電流信號，所述電壓采樣電路用于檢測電網(wǎng)交流電壓信號和變流器裝置中母線直流電壓信號；在電流傳感器和主電感之間并聯(lián)濾波電路，用于對變流器裝置并網(wǎng)前的交流電流進行濾波；所述控制功能模塊包括光纖交換機、第一主控模塊、第二主控模塊、分布式IO模塊、電能儀表；光纖交換機、第二主控模塊、分布式IO模塊、電能儀表均通過工業(yè)實時以太網(wǎng)與第一主控模塊相連；光纖交換機負責和上層電網(wǎng)調(diào)度中心通信，上傳儲能型變流器裝置運行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)，同時接收調(diào)度中心控制命令；第一主控模塊根據(jù)上層電網(wǎng)調(diào)度中心的控制命令完成變流器控制算法并生成相應的控制命令；第二主控模塊接收第一主控模塊發(fā)送來的智能功率模塊IPM控制命令，并根據(jù)此控制命令生成脈沖信號用以驅(qū)動智能功率模塊IPM；分布式IO單元根據(jù)第一主控模塊發(fā)送來的開關(guān)命令控制開關(guān)與繼電器執(zhí)行相應的動作；電能儀表將測量的智能功率模塊IPM產(chǎn)生的交流電流信號、交流電壓信號傳輸?shù)降谝恢骺啬K中，作為第一主控模塊進行控制算法的控制參考。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鹿懷驥，吳國榮，李志強，王思耕，陳劍，陳飛，
申請(專利權(quán))人：北京華電天仁電力控制技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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