变流器系统及其控制方法、存储介质与流程

1.本发明涉及发电技术领域，尤其涉及一种变流器系统及其控制方法、存储介质。


背景技术：

2.随着变流器的发展，新一代光伏系统的电压等级不断提高，其能够在不改变器件电气选型的前提下，通过对地实现系统电压等级提高一倍，从而提高变流器整体效率。但是，目前的变流器系统不具备单极运行能力，致使单极故障发生时，正常母线支路无法继续发电，极大降低了新能源系统的效能。


技术实现要素：

3.本发明通过提供一种变流器系统及其控制方法、存储介质，解决了变流器系统在单极故障时无法输出电能的问题，实现了新能源发电量的提高。
4.本发明提供一种变流器系统的控制方法，所述变流器系统的控制方法包括：
5.在变流器系统发生故障时，确定故障母线单极，所述故障母线单极为所述变流器系统的正母线单极和负母线单极中的一个；
6.控制所述故障母线单极闭锁，并控制另一母线单极独立工作。
7.可选地，所述控制所述故障母线单极闭锁，并控制另一母线单极独立工作的步骤包括：
8.在所述故障母线单极为正母线单极时，控制所述变流器系统的正极功率单元闭锁，所述正极功率单元包括正极逆变模块；
9.控制所述变流器系统的负极逆变模块以主动模式运行。
10.可选地，所述变流器系统包括直流调压模块，所述直流调压模块包括正极功率部分和负极功率部分，所述正极功率单元还包括所述正极功率部分。
11.可选地，所述控制所述变流器系统的负极逆变模块以主动模式运行的步骤包括：
12.跟踪所述变流器系统的电能生成模块的最大输出功率；
13.根据所述最大输出功率，确定所述负极逆变模块的独立工作电流；
14.控制所述负极逆变模块以所述独立工作电流工作。
15.可选地，所述控制所述变流器系统的负极逆变模块以主动模式运行的步骤之后，还包括：
16.在所述正母线单极恢复正常时，控制所述正极功率单元开启；
17.控制所述正极逆变模块以主机模式运行；
18.控制所述负极逆变模块以受控于所述正极逆变模块的从机模式运行。
19.可选地，所述控制所述故障母线单极闭锁，并控制另一母线单极独立工作的步骤包括：
20.在所述故障母线单极为负母线单极时，控制所述变流器系统的负极功率单元闭锁，所述负极功率单元包括负极逆变模块和极性反转模块；
21.控制所述正极逆变模块停止向所述负极逆变模块发送工作指令。
22.可选地，所述变流器系统包括直流调压模块，所述直流调压模块包括正极功率部分和负极功率部分，所述负极功率单元还包括所述负极功率部分。
23.可选地，所述控制所述正极逆变模块停止向所述负极逆变模块发送指令的步骤之后，还包括：
24.在所述负母线单极恢复正常时，控制所述负极功率单元开启；
25.控制所述负极逆变模块以受控于所述正极逆变模块的从机模式运行。
26.可选地，所述控制所述负极逆变模块以受控于所述正极逆变模块的从机模式运行的步骤包括：
27.跟踪所述变流器系统的电能生成模块的最大输出功率；
28.根据所述最大输出功率，确定所述正极逆变模块的第一工作电流和所述负极逆变模块的第二工作电流；
29.控制所述正极逆变模块向所述负极逆变模块发送工作指令，所述工作指令包含所述第二工作电流信息；
30.控制所述正极逆变模块以所述第一工作电流工作，并控制所述负极逆变模块以所述第二工作电流工作。
31.可选地，所述跟踪所述变流器系统的电能生成模块的最大输出功率的步骤包括：
32.检测所述电能生成模块输出电压和输出电流；
33.根据所述输出电压和所述输出电流，计算输出功率；
34.选取多个所述输出功率中的最大值，确定为所述最大输出功率。
35.本发明提供一种变流器系统，所述变流器系统包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的变流器系统的控制程序，所述变流器系统的控制程序被所述处理器执行时实现如上所述变流器系统的控制方法的步骤。
36.本发明提供一种存储介质，所述存储介质上存储有变流器系统的控制程序，所述变流器系统的控制程序被处理器执行时实现如上所述的变流器系统的控制方法的步骤。
37.本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
38.本发明技术方案中，当检测到相应母线单极上出现故障时，变流器系统会执行单极运行策略，即确定故障所在的母线单极，控制故障母线单极闭锁，并调整另一正常的母线单极独立工作。如此，能够实现变流器系统在单极故障时依然能够输出电能，从而避免新能源发电量的损失，提高新能源的发电量。
附图说明
39.图1为本发明实施例变流器系统涉及的硬件运行环境的终端结构示意图；
40.图2为本发明实施例变流器系统的模块结构示意图；
41.图3为本发明变流器系统的控制方法第一实施例的流程示意图；
42.图4为本发明变流器系统的控制方法第二实施例中步骤s200细化的流程示意图；
43.图5为本发明变流器系统的控制方法第三实施例中步骤s220细化的流程示意图；
44.图6为本发明变流器系统的控制方法第四实施例的流程示意图；
45.图7为本发明变流器系统的控制方法第五实施例中步骤s200细化的流程示意图；
46.图8为本发明变流器系统的控制方法第六实施例的流程示意图；
47.图9为本发明变流器系统的控制方法第七实施例中步骤s290细化的流程示意图；
48.图10为本发明变流器系统的控制方法第八实施例中步骤s291细化的流程示意图。
具体实施方式
49.为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
50.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
51.如图1所示，图1至2是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端结构示意图。
52.本发明实施例终端可以是变流器系统。如图2所示，所述变流器系统包括电能生成模块10、直流调压模块20、极性反转模块30、正极逆变模块40、负极逆变模块50，所述直流调压模块20与所述电能生成模块10串联，所述极性反转模块30与所述直流调压模块20串联，所述正极逆变模块40与所述直流调压模块20连接，所述负极逆变模块50与所述极性反转30连接，所述极性反转模块30通过零线80分别与所述正极逆变模块40连接和所述负极逆变模块50连接。其中，所述直流调压模块20中的正极功率部分和所述正极逆变模块40连接形成正母线单极，所述直流调压模块20中的负极功率部分、所述极性反转模块30和所述负极逆变模块50连接形成负母线单极。因此，本实施例的变流器系统为双极式变流器系统。
53.如图1所示，该终端可以包括：处理器1001，例如cpu，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(display)、输入单元比如键盘(keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如wi-fi接口)。存储器1005可以是高速ram存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
54.如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及变流器系统的控制程序。
55.在图1所示的终端中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于连接客户端(用户端)，与客户端进行数据通信；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的变流器系统的控制程序，并执行以下步骤：
56.在变流器系统发生故障时，确定故障母线单极，所述故障母线单极为所述变流器系统的正母线单极和负母线单极中的一个；
57.控制所述故障母线单极闭锁，并控制另一母线单极独立工作。
58.进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的变流器系统的控制程序，还执行以下操作：
59.在所述故障母线单极为正母线单极时，控制所述变流器系统的正极功率单元闭锁，所述正极功率单元包括正极逆变模块；
60.控制所述变流器系统的负极逆变模块以主动模式运行。
61.进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的变流器系统的控制程序，还执行以下操作：
62.跟踪所述变流器系统的电能生成模块的最大输出功率；
63.根据所述最大输出功率，确定所述负极逆变模块的独立工作电流；
64.控制所述负极逆变模块以所述独立工作电流工作。
65.进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的变流器系统的控制程序，还执行以下操作：
66.在所述正母线单极恢复正常时，控制所述正极功率单元开启；
67.控制所述正极逆变模块以主机模式运行；
68.控制所述负极逆变模块以受控于所述正极逆变模块的从机模式运行。
69.进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的变流器系统的控制程序，还执行以下操作：
70.在所述故障母线单极为负母线单极时，控制所述变流器系统的负极功率单元闭锁，所述负极功率单元包括负极逆变模块和极性反转模块；
71.控制所述正极逆变模块停止向所述负极逆变模块发送工作指令。
72.进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的变流器系统的控制程序，还执行以下操作：
73.在所述负母线单极恢复正常时，控制所述负极功率单元开启；
74.控制所述负极逆变模块以受控于所述正极逆变模块的从机模式运行。
75.进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的变流器系统的控制程序，还执行以下操作：
76.跟踪所述变流器系统的电能生成模块的最大输出功率；
77.根据所述最大输出功率，确定所述正极逆变模块的第一工作电流和所述负极逆变模块的第二工作电流；
78.控制所述正极逆变模块向所述负极逆变模块发送工作指令，所述工作指令包含所述第二工作电流信息；
79.控制所述正极逆变模块以所述第一工作电流工作，并控制所述负极逆变模块以所述第二工作电流工作。
80.进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的变流器系统的控制程序，还执行以下操作：
81.检测所述电能生成模块输出电压和输出电流；
82.根据所述输出电压和所述输出电流，计算输出功率；
83.选取多个所述输出功率中的最大值，确定为所述最大输出功率。
84.实施例一
85.参照图3，本发明变流器系统的控制方法第一实施例，所述变流器系统的控制方法包括：
86.s100、在变流器系统发生故障时，确定故障母线单极，所述故障母线单极为所述变流器系统的正母线单极和负母线单极中的一个；
87.s200、控制所述故障母线单极闭锁，并控制另一母线单极独立工作。
88.本实施例中，变流器系统可应用于光伏发电设备。如图2所示，电能生成模块10可为光伏电池板，用于将光能转化为电能。直流调压模块20用于跟踪光伏电池板的最大功率点，以实现最大功率跟踪，并提供正母线60；极性反转模块30串联于直流调压模块20后端，并提供负母线70；正极逆变模块40连接正母线60，实现正极逆变并网；负极逆变模块50连接负母线70，实现负极逆变并网。也即是说，光能转化成电能后，以两相直流电输入，经过直流调压和逆变后，转化为三相交流电，最终输出至电网。
89.需要说明的是，在硬件设置方面，常规的零线线缆的截面积较正母线、负母线更小，一般约为正母线、负母线截面积的1/4甚至更低，而本技术为了适应在双极变流器系统上实现单极运行的控制策略，零线选择与正母线、负母线同等通流能力的线缆(即设置零线线缆的截面积与正母线、负母线相同)，以克服传统零线在单极运行过程中通流能力不足的问题(本变流器系统在单极运行时，零线通过的电流较双极运行时明显增大)。
90.在正常运行中，变流器系统执行双极控制策略，也即正极逆变模块和负极逆变模块相互配合工作。当单极(即正母线单极或负母线单极)故障发生时，比如出现极性反转模块、正极逆变模块或负极逆变模块等类型的单极故障工况，以及部分直流调压模块特殊故障工况，相应的母线单极将无法输出功率。本实施例中，可针对正母线单极和负母线单极分别进行检测，当检测到相应母线单极上出现电流异常或部分器件停止动作时，变流器系统将识别为单极故障。此时，变流器系统会执行单极运行策略：首先变流器系统会确定故障所在的母线单极，然后变流器系统会控制故障母线单极闭锁，并调整另一正常的母线单极独立工作。其中，在另一正常母线单极独立工作时，除通过另一正常母线传输电流外，电流还通过零线进行传输。如此，能够实现变流器系统在单极故障时依然能够输出电能，从而避免新能源发电量的损失，提高新能源的发电量。
91.实施例二
92.参照图4，本发明变流器系统的控制方法第二实施例，基于上述实施例，所述步骤s200包括：
93.s210、在所述故障母线单极为正母线单极时，控制所述变流器系统的正极功率单元闭锁，所述正极功率单元包括正极逆变模块；
94.s220、控制所述变流器系统的负极逆变模块以主动模式运行。
95.本实施例中，当检测并识别到正母线单极出现故障时，变流器系统控制正极逆变模块闭锁，在直流调压模块包括正极功率部分和负极功率部分时，变流器系统还会同步闭锁正极功率部分，以消除正母线单极对负母线单极独立工作时的影响。负母线单极独立工作时，负极逆变模块由双极运行策略下的从机模式，修改为跟踪调度的主动模式。在负极逆变模块独立工作时，除通过负母线传输电流外，电流还通过零线传输到负极逆变模块。如此，能够实现变流器系统在单极故障时依然能够输出电能，从而避免新能源发电量的损失，提高新能源的发电量。
96.实施例三
97.参照图5，本发明变流器系统的控制方法第三实施例，基于上述实施例，所述步骤s220包括：
98.s221、跟踪所述变流器系统的电能生成模块的最大输出功率；
99.s222、根据所述最大输出功率，确定所述负极逆变模块的独立工作电流；
100.s223、控制所述负极逆变模块以所述独立工作电流工作。
101.本实施例中，在最大功率点跟踪(maximum power point tracking，mppt)的控制策略下，通过直流调压模块跟踪光伏电池板最大功率点，实现最大功率跟踪，可确定负极逆变模块的独立工作电流(该独立工作电流小于或等于负极逆变模块所能承载的电流极限值)，并直接控制负极逆变模块按照该独立工作电流工作，无需通过正极逆变模块进行电流分配(相当于把正极的功能转嫁到负极)，从而实现变流器系统在单极故障时能够输出电能。
102.实施例四
103.参照图6，本发明变流器系统的控制方法第四实施例，基于上述实施例，所述步骤s220之后，还包括：
104.s230、在所述正母线单极恢复正常时，控制所述正极功率单元开启；
105.s240、控制所述正极逆变模块以主机模式运行；
106.s250、控制所述负极逆变模块以受控于所述正极逆变模块的从机模式运行。
107.本实施例中，在负极逆变模块独立工作时，如果正母线单极恢复正常，则变流器系统会重新执行双极运行策略。此时，变流器系统会控制正极功率单元重新开启，并控制负极逆变模块由单极运行策略下的主动模式，重新修改为从机模式，由正极逆变模块执行主机模式，对负极逆变模块的工作电流大小进行分配(可看作正极电流是固定的，负极电流是正极电流的冗余)。通过一主一从的分配机制，可保证变流器系统在双极运行时的协调统一，有利于将电能完整输出。
108.实施例五
109.参照图7，本发明变流器系统的控制方法第五实施例，基于上述实施例，所述步骤s200包括：
110.s260、在所述故障母线单极为负母线单极时，控制所述变流器系统的负极功率单元闭锁，所述负极功率单元包括负极逆变模块和极性反转模块；
111.s270、控制所述正极逆变模块停止向所述负极逆变模块发送工作指令。
112.本实施例中，当检测并识别到负母线单极出现故障时，变流器系统控制负极逆变模块闭锁，在直流调压模块包括正极功率部分和负极功率部分时，变流器系统还会同步闭锁负极功率部分，以消除负母线单极对正母线单极独立工作时的影响。对于正母线单极独立工作而言，其常规工况(即双极运行策略下的主机模式)已经覆盖，不需要特殊改变；从指令角度而言，主要是可以省却对负极逆变模块的指令的生成和传送。在正极逆变模块独立工作时，除通过正母线传输电流外，电流还通过零线传输到正极逆变模块。如此，能够实现变流器系统在单极故障时依然能够输出电能，从而避免新能源发电量的损失，提高新能源的发电量。
113.实施例六
114.参照图8，本发明变流器系统的控制方法第六实施例，基于上述实施例，所述步骤s270之后，还包括：
115.s280、在所述负母线单极恢复正常时，控制所述负极功率单元开启；
116.s290、控制所述负极逆变模块以受控于所述正极逆变模块的从机模式运行。
117.本实施例中，在正极逆变模块独立工作时，如果负母线单极恢复正常，则变流器系统会重新执行双极运行策略。此时，变流器系统会控制负极功率单元重新开启，在控制正极逆变模块正常工作的情况下，控制负极逆变模块运行从机模式，由正极逆变模块执行主机模式，对负极逆变模块的工作电流大小进行分配。通过一主一从的分配机制，可保证变流器系统在双极运行时的协调统一，有利于将电能完整输出。
118.实施例七
119.参照图9，本发明变流器系统的控制方法第七实施例，基于上述实施例，所述步骤s290包括：
120.s291、跟踪所述变流器系统的最大输出功率；
121.s292、根据所述最大输出功率，确定所述正极逆变模块的第一工作电流和所述负极逆变模块的第二工作电流；
122.s293、控制所述正极逆变模块向所述负极逆变模块发送工作指令，所述工作指令包含所述第二工作电流信息；
123.s294、控制所述正极逆变模块以所述第一工作电流工作，并控制所述负极逆变模块以所述第二工作电流工作。
124.本实施例中，在变流器系统执行双极运行策略时，可通过直流调压模块实现mppt的跟踪调度，跟踪光伏电池板最大功率点，实现最大功率跟踪，从而确定变流器系统的整体工作电流，并生成相应的工作指令发送至正极逆变模块；然后，由正极逆变模块对该整体工作电流进行分配，从而确定正极逆变模块的第一工作电流和负极逆变模块的第二工作电流；接着，由正极逆变模块生成包含第二工作电流信息的工作指令，并将该工作指令发送至负极逆变模块；最后，正极逆变模块以第一工作电流为标准经由正母线获取直流电并进行逆变，负极逆变模块以第二工作电流为标准经由负母线获取直流电并进行逆变，最终输出逆变后的交流电。
125.实施例八
126.参照图10，本发明变流器系统的控制方法第八实施例，基于上述实施例，所述步骤s291包括：
127.s2911、检测所述电能生成模块输出电压和输出电流；
128.s2912、根据所述输出电压和所述输出电流，计算输出功率；
129.s2913、选取多个所述输出功率中的最大值，确定为所述最大输出功率。
130.本实施例中，mppt控制通过直流调压模块来完成，光伏电池板与负载(电网)通过直流调压模块连接，最大功率跟踪装置不断检测光伏电池板的电流电压变化，并根据其变化对直流调压模块的驱动信号的占空比进行调节。通过mppt控制器实时跟踪光伏电池板中的最大功率点，来发挥出光伏电池板的最大功效。电压越高，通过最大功率跟踪，就可以输出更多的电量，从而提高充电效率。mppt控制的工作原理及实现方案属于现有技术，此处不再赘述。
131.由于本发明实施例所介绍的系统，为实施本发明实施例的方法所采用的系统，故而基于本发明实施例所介绍的方法，本领域所属人员能够了解该系统的具体结构及变形，故而在此不再赘述。凡是本发明实施例的方法所采用的系统都属于本发明所欲保护的范围。
132.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
133.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的控制器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的控制器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
134.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
135.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
136.应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
137.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。