[發明專利]基于工業實時以太網的儲能型變流器裝置

有效

• 申請號: 201210409863.5
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102946116A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 鹿懷驥;吳國榮;李志強;王思耕;陳劍;陳飛
• 申請（專利權）人: 北京華電天仁電力控制技術有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京金闕華進專利事務所(普通合伙) 11224
• 代理人: 吳鴻維

技術領域

本發明屬于電力控制技術領域，尤其屬于一種變流控制技術領域。

背景技術

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展。但是由于風電本身的出力波動，給電網帶來不利影響。儲能變流器裝置的使用，將有效地改善風機對電網的不良影響，提高電網對風機并網的允許接入率，進一步實現平滑風電出力、實現削峰填谷、跟蹤計劃發電等功能。

儲能型變流器裝置也可以稱作功率變換系統（power?converting?system，以下簡稱PCS），其連接著電網和儲能電池堆。作為溝通電網和儲能電池之間的橋梁，儲能PCS在風電場發電功率過剩時將該過剩功率所發電能轉換為儲能電池能量，此過程中PCS為儲能電池充電；而在風電場發電功率不足時儲能PCS將儲能電池能量回饋到電網上，彌補風機發電功率不足，此過程中儲能電池通過儲能PCS向電網放電；同時還可根據電網要求下，PCS發出無功功率，實現電力系統有功/無功功率統一調度功能。

傳統的變流器結構，是基于控制板的結構。比如以單片機、DSP（數字信號處理器），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、PWM信號的調制與生成、變流器與上層PC或者其他控制器的通信等。這種設計結構緊湊，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，這樣的話每片2812實際的AD采樣要小于16路。可見由于單個芯片結構固定，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，但是這種結構設計復雜，開發周期長，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。

工業以太網是在工業控制場合中使用的以太網，其在技術上和商用以太網是兼容的。目前工業以太網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。顯然一般工業以太網的通信速率遠遠不能滿足要求。

工業實時以太網的出現給變流器的設計架構提供了新的可能性，尤其是等時同步通信IRT技術的使用可以使工業實時以太網的通信響應速度達到250微秒。借助于工業實時以太網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實時以太網連接，實現數據交換和共享，完成儲能變流器功能。

根據以上背景分析，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的不利影響，進而提高風機并網率。而基于控制板結構的變流器裝置設計復雜，開發周期長，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：

1）這種結構的變流器裝置在控制板上實現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，隨著擴展電路板數量的增加，該問題也越來越明顯，處理難度也隨之增加。

2）現有的普通工業以太網實時通信速度不夠，只能用于變流器的狀態檢測等應用場合，而無法用于變流器的實時控制。

發明內容

為克服現有技術中存在的以上問題，本發明提出了一個新的解決方案。本方案將工業實時以太網引入到儲能型變流器裝置中。應用等時同步通信IRT技術，可實現通信響應速度達250微秒的高速可靠工業實時通信。本儲能型變流器裝置采用模塊化結構，變流器整體由數個功能模塊組成，各功能模塊之間采用工業實時以太網連接。借助于工業實時以太網，各功能模塊之間可實現實時數據通信，完成變流器的控制功能。

本發明具體采用以下技術方案：

一種基于工業實時以太網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：