主控制器、从控制器、控制系统及光伏并网逆变器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种从控制器、主控制器、控制系统和光伏并网逆变器。所述从控制器包括第一光纤接口板和驱动板。所述主控制器包括至少一个第二光纤接口板和控制单元。所述控制系统包括至少一个所述从控制器，以及所述主控制器；其中，所述从控制器的第一光纤接口板与所述主控制器的第二光纤接口板通过光链路一一对应地连接。本实用新型的控制单元与执行单元分离，能够应用于多种工作场合。由于从控制器的光纤接口一致，安装不同数量的从控制器，并由主控制器进行集中控制，即可实现对应不同类型的光伏并网逆变器。
【专利说明】
主控制器、从控制器、控制系统及光伏并网逆变器
技术领域
[0001]本实用新型涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种主控制器、从控制器、控制系统以及应用该控制系统的光伏并网逆变器。
【背景技术】
[0002]光伏逆变器是光伏并网发电系统中的能量转换装置，用于将光伏阵列输出的直流电转换成交流电后送入电网。目前主流光伏电场的结构如图1所示，太阳能板通过串、并联的方式根据所需的输出直流电压和额定功率等级组成不同的光伏阵列，多个阵列在输出端通过汇流箱连接至光伏并网逆变器的直流侧，并网逆变器在输入端通过最大功率跟踪算法(Maximum Power Point Tracking,MPPT)使得光伏阵列输出最大功率，在逆变器的输出侧通过同步控制以电流源形式向电网馈送能量。
[0003]现有技术中存在多种工作方式的光伏并网逆变器，按结构方式可分为集中式、交流模块式和集散式等，按拓扑结构可分为二电平、三电平和多电平拓扑。
[0004]基于光伏并网逆变器工作方式的多样性，控制系统的处理模式存在显著差别，导致不同系列逆变器的控制系统都要单独搭建一套硬件平台。这样，针对不同系列的光伏逆变器，就要设计出相应的控制系统。控制系统通用性不强，非常不利于光伏产品的更新换代和技术革新。
[0005]随着光伏并网逆变器更新换代的进一步加速，搭建一款通用性扩展性较强的逆变器控制系统成为市场竞争中的关键。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型实施例的目的在于，提供一种能够适用于各种应用场合的光伏并网逆变器的控制系统。
[0007]为实现上述实用新型目的，本实用新型的实施例提供了一种从控制器，所述从控制器包括:
[0008]第一光纤接口板，其包括第一收发单元、同步单元和第一数据处理单元，其中，所述第一收发单元用于接收控制信号和发送逆变器工况数据，所述同步单元与所述第一收发单元连接，用于从控制信号中提取时钟信号，所述第一数据处理单元与所述第一收发单元连接，用于从控制信号中分离控制指令；
[0009]驱动板，其与所述第一光纤接口板连接，用于根据所述时钟信号和所述控制指令生成逆变器驱动信号。
[0010]优选地，所述从控制器还包括:
[0011 ]第一信号采集单元，其与所述第一数据处理单元连接，所述第一信号采集单元用于采集逆变器工况信息，所述第一数据处理单元接收所述逆变器工况信息，生成所述逆变器工况数据，并将所述逆变器工况数据传送至所述第一收发单元。
[0012]优选地，所述第一数据处理单元包括第一解码器和第一解析模块；
[0013]所述第一解码器与所述第一收发单元连接，用于对所述控制信号进行解码；
[0014]所述第一解析模块与所述第一解码器连接，用于从解码后的控制信号中解析所述控制指令，将所述控制指令传送至所述驱动板。
[0015]优选地，所述第一数据处理单元包括第一编码器和第一封装模块；
[0016]所述第一编码器与所述第一信号采集单元连接，用于对所述逆变器工况信息进行编码；
[0017]所述第一封装模块与所述第一编码器连接，用于为编码后的逆变器工况信息添加功率模块标记，获得所述逆变器工况数据，将所述逆变器工况数据传送至所述第一收发单
J L ο
[0018]本实用新型的实施例还提供了一种主控制器，所述主控制器包括:
[0019]至少一个第二光纤接口板，其包括第二收发单元和第二数据处理单元，所述第二收发单元用于接收逆变器工况数据，且发送控制信号；
[0020]控制单元，其与所述至少一个第二光纤接口板连接，用于接收所述逆变器工况数据，生成控制指令；
[0021]所述第二数据处理单元将所述控制指令转换为所述控制信号，其中，所述控制信号携带时钟信号。
[0022]优选地，所述第二数据处理单元包括第二编码器和第二封装模块；
[0023]所述第二编码器与所述控制单元连接，用于对所述控制指令进行编码；
[0024]所述第二封装模块与所述第二编码器连接，用于为编码后的控制指令添加功率模块标记，获得所述控制信号，将所述控制信号转发至所述第二收发单元。
[0025]优选地，所述第二数据处理单元包括第二解码器和第二解析模块；
[0026]所述第二解码器与所述第二收发单元连接，用于对所述逆变器工况数据进行解码；
[0027]所述第二解析模块与所述第二解码器连接，用于从解码后的逆变器工况数据中解析功率模块标记，将所述逆变器工况数据和功率模块标记传送至所述控制单元。
[0028]本实用新型的实施例还提供了一种控制系统，包括上述的从控制器和主控制器；其中，所述从控制器的第一光纤接口板与所述主控制器的第二光纤接口板通过光链路一一对应地连接。
[0029]优选地，所述主控制器的控制单元利用所述光链路从所述从控制器接收逆变器工况数据，并且向所述从控制器发送控制信号；
[0030]所述从控制器基于所述时钟信号与主控制器保持同步。
[0031]本实用新型的实施例还提供了一种光伏并网逆变器，包括:
[0032]至少一个功率模块；
[0033]至少一个上文所述的从控制器；
[0034]如上文所述的主控制器;其中，
[0035]所述从控制器的第一光纤接口板与所述主控制器的第二光纤接口板通过光链路
——对应地连接；
[0036]所述从控制器的驱动板与所述功率模块一一对应地连接，根据所述逆变器驱动信号驱动所述功率模块进行工作。
[0037]本实用新型实施例提供的主控制器、从控制器可以组成控制系统。主控器与各个从控制器之间通过高速光纤进行通信。主控制器主要负责逆变器数据的运算处理、指令的下发和人机交互部分的通信;从控制器主要负责逆变器工况信息的采集和编码上传，执行主控制器下发来的控制信息。因此，从控制器的结构简单，显著降低了制造成本。
[0038]本实用新型实施例通过高速光纤通讯实现了控制单元(即主控制器)与执行单元(即从控制器)的分离，能够应用于多种工作场合。由于从控制器的光纤接口一致，安装不同数量的从控制器，并由主控制器进行集中控制，即可实现不同类型的光伏并网逆变器。
[0039]此外，利用光纤高速链路通信保障了主控制器与从控制器的信号质量，降低了信号的衰减。
【附图说明】
[0040]图1为现有技术中光伏电场的结构不意图；
[0041 ]图2为实施例一的光伏并网逆变器的控制系统示意图；
[0042]图3为具有图2所示的控制系统的光伏并网逆变器的结构示意图；
[0043]图4为实施例二的从控制器的结构示意图；
[0044]图5为实施例二的第一数据处理单元的结构示意图；
[0045]图6为实施例三的主控制器的结构示意图；
[0046]图7为实施例三的第二数据处理单元的结构示意图。
【具体实施方式】
[0047]下面结合附图对本实用新型实施例提供的主控制器、从控制器、控制系统和具有该控制系统的光伏并网逆变器进行详细描述。
[0048]实施例一
[0049]本实施例提供一种控制系统，用于光伏并网逆变器。图2为该控制系统的结构图。该控制系统包括一个主控制器以及至少一个从控制器。从控制器通过光纤链路分别连接至主控制器。
[0050]主控器与各个从控制器之间通过高速光纤进行通信。主控制器主要负责逆变器数据的运算处理、指令的下发和人机交互部分的通信；从控制器主要负责逆变器工况信息的采集和编码上传，执行主控制器下发来的控制信息。
[0051]图2所示的控制系统采用了集中式控制，分散式采样的设计思想。通过高速光纤通讯实现了控制单元(即主控制器)与执行单元(即从控制器)的分离，能够应用于多种工作场合能。由于从控制器的光纤接口一致，安装不同数量的从控制器，并由主控制器进行集中控制，即可实现对应不同类型的光伏并网逆变器。此外，利用光纤高速链路通信保障了主控制器与从控制器的信号质量，降低了信号的衰减。
[0052]图3为具有图2所示的控制系统的光伏并网逆变器的结构示意图。光伏并网逆变器包括至少一个功率模块，至少一个从控制器，以及主控制器。如图3所示，从控制器与功率模块一一对应地连接，从控制器根据主控制器下发来的控制信息驱动功率模块进行工作。
[0053]实施例二
[0054]本实施例提供一种从控制器，其结构示意图如图4所示。该从控制器400主要包括第一光纤接口板410和驱动板420。
[0055]第一光纤接口板410包括第一收发单元411、同步单元412和第一数据处理单元413。其中，第一收发单元411用于接收控制信号和发送逆变器工况数据。同步单元412与第一收发单元411连接，用于从控制信号中提取时钟信号。第一数据处理单元413与第一收发单元411连接，用于从控制信号中分离控制指令。例如，控制指令为断路器的启停指令、风扇启停指令、指示灯控制指令、脉宽调制指令等。
[0056]具体而言，同步单元412可以为锁相环，用于跟踪从高速光链路收到的时钟信号，使从控制器与主控制器保持同步。
[0057]驱动板420与第一光纤接口板410连接，用于根据时钟信号和控制指令生成逆变器驱动信号。
[0058]优选地，从控制器400还包括第一信号采集单元430，其与第一数据处理单元413连接。第一信号采集单元430用于采集逆变器工况信息，第一数据处理单元413接收所述逆变器工况信息，生成所述逆变器工况数据，并将所述逆变器工况数据传送至第一收发单元411。其中，所述第一信号采集单元430可以为电压传感器、电流传感器或者温度传感器，逆变器工况信息包括桥臂状态信息、温度信息和母线电压信息等。
[0059]第一数据处理单元413的结构如图5所示。第一数据处理单元413包括第一解码器510和第一解析模块520。
[0060]第一解码器510与第一收发单元411连接，用于对控制信号进行解码。第一解析模块520与第一解码器510连接，用于从解码后的控制信号中解析控制指令，将控制指令传送至驱动板420。
[0061 ] 第一数据处理单元413还包括第一编码器530和第一封装模块540。
[0062]第一编码器530与第一信号采集单元430连接，用于对逆变器工况信息进行编码。第一封装模块540与第一编码器530连接，用于为编码后的逆变器工况信息添加功率模块标记，获得逆变器工况数据，将逆变器工况数据传送至第一收发单元411。
[0063]其中，在控制系统中存在多个从控制器的情况下，主控制器通过功率模块标记进行识别，以区分不同的功率模块，从而实现一台主控制器同时控制多台从控制器。此外，各个从控制器利用光链路接收到控制信号，并从中提取时钟信号。因此，各个从控制器均跟随主控制器的时钟频率，能够保证驱动功率模块时的严格同步，基本消除了逆变器并联时的零序环流。
[0064]实施例三
[0065]本实施例提供一种主控制器，其结构如图6所示。
[0066]图6仅示出了具备三个第二光纤接口板的情况，不限于此，主控制器还可设置更多的第二光纤接口板，其数量取决于需要连接的从控制器的数量。图6仅示出第二光纤接口板630的具体结构，其他的第二光纤接口板结构与其类似，不再赘述。
[0067]如图6所示，主控制器600主要包括第二光纤接口板630、第二光纤接口板640、第二光纤接口板650和控制单元660。
[0068]第二光纤接口板630包括第二收发单元631和第二数据处理单元632。第二收发单元631用于接收逆变器工况数据，并且发送控制信号。
[0069]控制单元660分别与第二光纤接口板630、第二光纤接口板640、第二光纤接口板650连接，用于接收所述逆变器工况数据，生成控制指令。
[0070]第二数据处理单元632将控制指令转换为控制信号，其中，并且控制信号携带时钟信号。这样以来，所有的从控制器都可以从控制信号中提取到与主控制器同步的时钟信号。
[0071]以下结合图7对第二数据处理单元632的具体结构进行说明。第二数据处理单元632包括第二编码器710和第二封装模块720。
[0072]第二编码器710与控制单元660连接，用于对控制指令进行编码。第二封装模块720与第二编码器710连接，用于为编码后的控制指令添加功率模块标记，获得控制信号，将所述控制信号转发至第二收发单元631。
[0073]第二数据处理单元632还包括第二解码器730和第二解析模块740。
[0074]第二解码器730与第二收发单元631连接，用于对逆变器工况数据进行解码。第二解析模块740与第二解码器730连接，用于从解码后的逆变器工况数据中解析功率模块标记，将逆变器工况数据和功率模块标记传送至控制单元660。
[0075]本实施例提供的主控制器提供时钟源，并通过高速光纤链路将时钟信号分发至各个从控制器。多个逆变器并联时，每个逆变器均能跟踪主控制器的时钟频率，实现锁相，避免出现环流。
[0076]主控制器拥有多路光纤接口板，用于与从控制器的通信。具体而言，从控制器400的第一光纤接口板410与主控制器600的第二光纤接口板630通过光链路——对应地连接。主控制器600的控制单元660利用光链路接收来自从控制器400的逆变器工况数据，并且向从控制器400发送控制信号。
[0077]通常，大功率光伏并网逆变器控制部分与信号采集点距离较大，普通的电信号长距离传输衰减较严重，并且抗干扰能力弱。本实施例的主控制器利用光纤通信方式，可以大幅提高数据的传输速率，并且保障数据长距离传输的质量和抗干扰能力。
[0078]主控制器能够同时处理各个功率模块的数据，保持各个功率模块MPPT算法的跟踪精度，使逆变器各个功率模块均保持最大功率输出。
[0079]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种从控制器，用于光伏并网逆变器，其特征在于，所述从控制器包括: 第一光纤接口板，其包括第一收发单元、同步单元和第一数据处理单元，其中，所述第一收发单元用于接收控制信号和发送逆变器工况数据，所述同步单元与所述第一收发单元连接，用于从控制信号中提取时钟信号，所述第一数据处理单元与所述第一收发单元连接，用于从控制信号中分离控制指令； 驱动板，其与所述第一光纤接口板连接，用于根据所述时钟信号和所述控制指令生成逆变器驱动信号。2.根据权利要求1所述的从控制器，其特征在于，所述从控制器还包括: 第一信号采集单元，其与所述第一数据处理单元连接，所述第一信号采集单元用于采集逆变器工况信息，所述第一数据处理单元接收所述逆变器工况信息，生成所述逆变器工况数据，并将所述逆变器工况数据传送至所述第一收发单元。3.根据权利要求2所述的从控制器，其特征在于，所述第一数据处理单元包括第一解码器和第一解析模块； 所述第一解码器与所述第一收发单元连接，用于对所述控制信号进行解码； 所述第一解析模块与所述第一解码器连接，用于从解码后的控制信号中解析所述控制指令，将所述控制指令传送至所述驱动板。4.根据权利要求2或3所述的从控制器，其特征在于，所述第一数据处理单元包括第一编码器和第一封装模块； 所述第一编码器与所述第一信号采集单元连接，用于对所述逆变器工况信息进行编码； 所述第一封装模块与所述第一编码器连接，用于为编码后的逆变器工况信息添加功率模块标记，获得所述逆变器工况数据，将所述逆变器工况数据传送至所述第一收发单元。5.一种主控制器，用于光伏并网逆变器，其特征在于，所述主控制器包括: 至少一个第二光纤接口板，其包括第二收发单元和第二数据处理单元，所述第二收发单元用于接收逆变器工况数据，且发送控制信号； 控制单元，其与所述至少一个第二光纤接口板连接，用于接收所述逆变器工况数据，生成控制指令； 所述第二数据处理单元将所述控制指令转换为所述控制信号，其中，所述控制信号携带时钟信号。6.根据权利要求5所述的主控制器，其特征在于，所述第二数据处理单元包括第二编码器和第二封装模块； 所述第二编码器与所述控制单元连接，用于对所述控制指令进行编码； 所述第二封装模块与所述第二编码器连接，用于为编码后的控制指令添加功率模块标记，获得所述控制信号，将所述控制信号转发至所述第二收发单元。7.根据权利要求5或6所述的主控制器，其特征在于，所述第二数据处理单元包括第二解码器和第二解析模块； 所述第二解码器与所述第二收发单元连接，用于对所述逆变器工况数据进行解码； 所述第二解析模块与所述第二解码器连接，用于从解码后的逆变器工况数据中解析功率模块标记，将所述逆变器工况数据和功率模块标记传送至所述控制单元。8.—种控制系统，用于光伏并网逆变器，其特征在于，所述控制系统包括至少一个如权利要求1-4中任一项所述的从控制器，以及如权利要求5-7中任一项所述的主控制器;其中， 所述从控制器的第一光纤接口板与所述主控制器的第二光纤接口板通过光链路一一对应地连接。9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述主控制器的控制单元利用所述光链路从所述从控制器接收逆变器工况数据，并且向所述从控制器发送控制信号； 所述从控制器基于所述时钟信号与主控制器保持同步。10.一种光伏并网逆变器，其特征在于，包括: 至少一个功率模块； 至少一个如权利要求1-4中任一项所述的从控制器； 如权利要求5-7中任一项所述的主控制器;其中， 所述从控制器的第一光纤接口板与所述主控制器的第二光纤接口板通过光链路一一对应地连接； 所述从控制器的驱动板与所述功率模块一一对应地连接，根据所述逆变器驱动信号驱动所述功率模块进行工作。
【文档编号】H04B10/25GK205622633SQ201620474498
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】张文杰, 马乐, 李政
【申请人】北京天诚同创电气有限公司