CN104679560B - 一种支持控制策略在线重配的逆变器及在线重配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持控制策略在线重配的逆变器及支持控制策略在线重配的方法。一种支持控制策略在线重配的逆变器，包括控制器，所述控制器包括微处理器以及与微处理器相连的：存储器，用于存储控制策略；传感器接口，用于接收传感器采集的数据；通信接口，用于与外部设备进行数据交换；所述控制器运行时至少开启有一策略运行进程和一策略管理进程，策略管理进程执行在线策略切换操作后，只需将策略运行进程暂停、重新配置后重新运行，切换后的新控制策略就能够被执行。本发明提供的逆变器在添加、更新或切换控制策略时不需要重启逆变器，与传统逆变器相比，本发明设计的逆变器具有更强的扩展性和在线可重配性，更加适应微电网开放式的运行环境。

Description

一种支持控制策略在线重配的逆变器及在线重配方法

技术领域

本发明涉及逆变器领域，尤其涉及一种支持控制策略在线重配的逆变器及在线重配方法。

背景技术

随着能源供应、环境污染等问题日益严重，发展可循环利用、环境友好型的清洁能源成为我国保障能源供应安全、应对气候变化、改善环境质量的必然选择。由于以分布式发电(DG)为代表的微电网既能实现对可再生能源的利用的多元化与智能化，又能更好地满足用户对电能质量和可靠性的要求，微电网也逐步由实验室阶段歩入到工程实践中。值得指出的是：随着微电网的逐步实用化，微电网的架构越来越复杂，运行环境也越来越多变，给微电网的控制带来了不小的挑战。微电网的控制也就是对各个DG的逆变器控制。因而，在复杂多变的运行环境中，逆变器是微电网可靠运行的关键因素，研究其结构和控制方法对提高微电网的稳定性和可靠性具有重要的意义。

目前针对逆变器控制领域的研究主要集中在对固定的、预定义的场景或者场景切换的控制需求提出相应的控制策略，然而，微电网通常是由单个或多个DG、储能装置、逆变器、负载等组成的复杂的开放系统，其配置和运行通常会发生动态变化的，如微电网并离网状态改变，DG和负载的动态加入和退出等。当微电网的运行需求经常发生变化时，逆变器的控制策略也必须做出相应改变，采用固定的、预定义的策略是很难满足微电网动态的控制需求，逆变器的控制策略必须要随着需求的改变而改变。

公开号为CN102301573A的中国专利申请公开了一种具有多个逆变器的光伏设备、逆变器、USB大容器存储装置以及用于在逆变器上执行软件更新的方法，所述逆变器包括：控制器设备，所述控制器设备具有至少一个微处理器和至少一个存储器；接口，所述接口用于与其余逆变器通信；DC/AC模块，所述DC/AC模块用于将从外部能量源供给的直流电流转变成交流电流；以及输入输出单元。该发明还涉及这种逆变器和USB大容量存储器以及执行软件更新的方法。根据该发明，在至少一个逆变器上布置USB接口，用于连接USB大容量存储装置，特别是USB棒，从而对在所述微处理器中运行的软件进行自动更新和/或对配置块进行自动更新并且/或者从而记录所述逆变器的存入数据。然而该逆变器在更新软件时需要重新启动逆变器，而重新启动阻碍了逆变器的连续工作，在实际操作中，重启逆变器更新软件很难支持逆变器迅速更换策略的实际需求。同时，该更新方法并没有对逆变器的控制策略单独部署提供支持，无法在不重启的情况下增添、更新单独的控制策略模块。

发明内容

本发明提供了一种支持控制策略在线重配的逆变器，该逆变器能够实现控制策略随着微电网运行状态变化进行动态调整，克服了传统逆变器采用单一的、预定义的控制策略难以满足微电网系统复杂多变的运行环境的缺陷。

一种支持控制策略在线重配的逆变器，包括控制器，所述控制器包括微处理器以及分别与所述微处理器相连的：

存储器，用于存储控制策略；

传感器接口，用于接收传感器采集的数据；

通信接口，用于与外部设备进行数据交换；

所述控制器运行时至少开启有一策略运行进程(主进程)和一策略管理进程(辅助进程)，在策略运行进程中，微处理器根据预设值或通过传感器接口采集的初始化参数，从存储器中调用对应的控制策略以控制逆变器的DC/AC转换；

在策略管理进程中，微处理器根据传感器接口采集实时数据判断逆变器工作场景是否发生变化，且在工作场景发生变化时通知策略运行进程切换对应的控制策略；

在策略管理进程中，微处理器还实时接收包含有指定地址外部指令，再经通信接口去指定地址中载入控制策略文件存放至存储器。

本发明逆变器的控制器运行时至少开启有一个策略运行进程和一个策略管理进程，将策略运行进程与策略管理进程分为2个独立运行实体。策略管理进程负责策略的添加、更新、删除等任务，更新或者添加控制策略并不中断策略运行进程正常运行。策略运行进程提供管理接口，策略管理进程通过该接口控制策略运行进程的暂停、配置和恢复运行等操作。当策略切换时，该设计可使更新或添加的控制策略无需重启就能够被策略运行进程执行。与传统逆变器需要重启之后更新或者新添加的控制策略才能运行相比，这种设计具有很好的灵活性和高效的可应用性。

所述存储器支持多个控制策略的存储和对已存储的各个控制策略的独立访问，所述独立访问包括对任意指定控制策略的读取和写入操作。本发明将各个控制策略作为独立模块，分别存在存储器中不同的区块。这种模块化设计便于对控制策略的独立添加、更新和删除操作。

所述的控制策略包含执行文件和配置文件，所述的执行文件和配置文件均是独立的封装对象，该独立封装对象在逆变器中可以被独立部署、加载和运行。

执行文件，执行文件执行后实时读取传感器信息，经过策略控制算法生成PWM脉冲解调信号控制逆变器的DC/AC转换；

配置文件，配置文件包含PI调节参数、PWM输出频率和输入接口(如传感器接口)等，执行文件被执行之前，策略运行进程会读取该配置文件内的参数来配置执行文件所需的参数，同时配置文件内的参数在控制策略运行时可以进行设置。

控制策略的模块化设计使得逆变器支持对控制策略的独立部署。同时，控制策略的执行文件和配置文件相分离使得输入接口(如传感器接口)、输出接口可以使用配置文件进行配置，更好地支持逆变器动态的运行需求。

控制策略的输入来自于传感器(如电流传感器、电压传感器)采集的数据，传感器采集的数据是微电网的运行参数，例如电网电压，负载电流等。

传感器采集的数据通过传感器接口接收，所述传感器接口为传感器I/O端口，微处理器可以驱动对应的传感器I/O端口来激活相应的传感器。

另外，不同的控制策略所需的输入参数可能是不一样的，为了具有良好的扩展性，本发明提供多个传感器接口，使得传感器能够根据控制策略的需求进行扩展。

所述控制器还与外部命令输入/输出装置相连，所述外部命令输入/输出装置下达带有指定地址的外部指令。

所述的控制策略由外部命令输入/输出装置的显示器显示。

所述的控制器还包含与微处理器相连的存储器扩展接口，方便后续对存储器容量的扩展，解决存储空间不足的问题。

本发明还提供一种逆变器控制策略的在线重配方法，所述在线重配方法利用多个控制策略存储及控制策略模块化设计，根据外部指令或逆变器的工作场景变化进行控制策略重配。

一种逆变器控制策略的在线重配方法，所述逆变器的控制器包括微处理器以及分别与所述微处理器相连的：

存储器，用于存储控制策略；

传感器接口，用于接收传感器采集的数据；

通信接口，用于与外部设备进行数据交换；

所述控制器运行时至少开启有一策略运行进程和一策略管理进程，在策略运行进程中，微处理器根据预设值或通过传感器接口采集的初始化参数，从存储器中调用对应的控制策略以控制逆变器的DC/AC转换；

在策略管理进程中，微处理器根据传感器接口采集实时数据判断逆变器工作场景是否发生变化，且在工作场景发生变化时通知策略运行进程切换对应的控制策略；

在策略管理进程中，微处理器还实时接收包含有指定地址的外部指令，再经通信接口去指定地址中载入控制策略文件存放至存储器。

控制策略的在线重配包括控制策略的切换、控制策略的更新、控制策略的添加和控制策略的删除。

本发明提供的逆变器控制策略的在线重配方法，控制器进行添加、更新、删除或切换控制策略时，不需要重新启动逆变器。

控制策略的切换方法如下：在策略管理进程中，逆变器工作场景发生变化时，微处理器从存储器中选取指定的控制策略加载到微处理器内存中，然后停止当前运行的控制策略，接着配置新加载的控制策略并将其内存句柄提交给策略运行进程，由策略运行进程运行新加载的控制策略，最后由策略管理进程卸载之前的控制策略以释放内存空间。

控制策略的更新/(或)添加的方法有两种：

(1)通过外接存储装置更新/添加控制策略：微处理器检测到通信接口连接了外接存储装置，如USB存储装置，自动搜索更新/添加控制策略的文件信息，微处理器接收包含有指定地址的更新/添加指令后，再经通信接口去指定地址将更新/添加的控制策略文件存放至相应的存储区中。

(2)将待更新/添加的控制策略文件存储在指定的服务器上，逆变器通过网络方式连接到服务器上，在策略管理进程中，微处理器实时接收包含有指定地址的更新/添加指令，将更新/添加的控制策略文件下载到存储器中，并将控制策略更新/添加到相应的存储区。

控制策略的删除方法如下：在策略管理进程中，微处理器实时接收删除的指令，通过指令中带有的删除控制策略信息，微处理器删除存储器中对应的控制策略，并释放存储空间。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的逆变器将控制策略及其相关的输入接口、输出接口独立开来，进行模块化设计，使其支持动态配置。与传统的固定控制策略的逆变器相比，本发明设计的模块化的可重配逆变器具有更强的扩展性和健壮性，更加适应微电网开放式的运行环境，显著提高了微电网运行的稳定性和可靠性。

本发明提供的控制策略在线重配方法利用多个控制策略存储及控制策略模块动态重配方式，根据外部指令或逆变器的工作场景变化实施控制策略重配。控制策略的重配更加灵活，可以实现各个功能模块根据需求变化进行动态插拔、动态重配。本发明提供的逆变器控制策略的在线重配方法，控制器进行添加、更新、删除或切换控制策略时，重配控制策略不需要重新启动逆变器。

附图说明

图1是本发明提供的逆变器的控制器示意图；

图2是本发明提供的逆变器框图；

图3是本发明的案例展示图；

图4是本发明的控制策略切换波形图。

具体实施方式

下面结合实施案例及附图，对本发明进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明设计了一种支持控制策略在线重配的逆变器，其控制器的示意图如图1所示，控制器中存储器模块中分出若干区，每个区用于存储一个控制策略及配置信息。微处理器负责对存储器分区及管理，外部命令输入/输出装置下达带有指定地址的外部指令，微处理器根据指令对指定的控制策略进行操作，控制策略所需的外部输入通过传感器I/O端口传入，通信接口用于更新存储器中的控制策略或添加新控制策略。

图2显示了逆变器1的框图，逆变器1从分布式电源18(如太阳能、风能等)供给直流电流，并通过DC/AC模块17供给交流电流，该交流电联接至现有配电网16。

逆变器1包括为所有原件提供电能的电源单元原件3，传感器接口4～8，传感器扩展接口9，其他接口装置11(例如串行RS232接口)。设置了控制器10及存储器扩展接口15，微处理器13，用于存储多个控制策略的存储器14，存储器14分为多存储区，R0区、R1区、R2区、R3区、R4区和R5区。控制器10具有通用逆变器的控制器功能，例如电流控制、错误监测的操作控制、电池状态监测等，同时能够对存储器自动分区，存储多控制策略，可以实现对不同控制策略的调用。

为了实现逆变器的控制策略支持在线切换与重配，逆变器1包括外部命令输入/输出装置2，可以通过该装置的显示器显示的控制策略选择相应的控制策略，按下该装置上的启动按钮便会向逆变器1发送指令，而微处理器13中的策略管理进程负责执行其指令。

为了实现更新控制策略/添加新控制策略，逆变器1包括了通信接口12，通过该接口可以实现两种方式对控制策略更新/添加：1、通过外接存储装置例如USB存储装置，如果微处理器13检测到通信接口12连接了外部存储装置，则微处理器13会自动搜索更新/添加控制策略的文件信息，当外部命令输入/输出装置2下达更新/添加命令，所述逆变器1的微处理器13就会将控制策略的文件更新/添加到对应的存储区；2、通过将待更新/添加的控制策略文件存储在指定的服务器上，逆变器通过网络方式连接到服务器上，将更新/添加的控制策略文件下载到逆变器中的存储器中，同样，当外部命令输入/输出装置2下达更新/添加命令，所述微处理器13就会自动将控制策略的文件更新/添加到对应的存储区。

新策略加入实施

假设逆变器需要加入新的控制策略(下垂控制策略)，本实施例采用外接USB存储装置的方法进行控制策略更新/添加。首先将新控制策略及其配置文件保存在U盘中，通过逆变器通信接口12接到逆变器上，同时将新策略涉及到的传感器插入到传感器指定接口上。当逆变器1检测到与通信接口12连接的存储装置，逆变器1的微处理器13的策略管理进程会自动地开始搜索需要添加的文件，当检测到有新的添加文件时，会在外部命令输入装置2的显示器上显示可以进行新的策略添加。通过启动位于外部命令输入/输出装置2的添加按钮，逆变器1的微处理器13就会为新的添加文件分配一个新的存储区并进行存储，添加完成之后，外部命令输入/输出装置2的显示器上会显示出新加入的控制策略。

图3演示了微网由并网到离网过程中逆变器控制策略转变实施步骤。存储器14中预存储了PQ控制策略(存储在R1区)，V/f控制策略(存储在R2区)，同时插入以下传感器:电压传感器4，电流传感器5，参考功率传感器6，参考电压传感器7，参考电流传感器8。微处理器13通电后首先运行策略管理进程，策略管理进程会将存储器14中存储的PQ控制策略、V/f控制策略读取出来并由外部命令输入/输出装置2的显示器显示。并网运行时，通过外部命令输入/输出装置2的显示器显示的已有控制策略，选择PQ控制策略，按下启动按钮后指令传送到逆变器1，微处理器13中的策略管理进程首先将存储器14R1区的PQ控制策略加载到微处理器内存中，然后对PQ控制策略进行配置并将其内存句柄提交给微处理器13的策略运行进程，策略运行进程获取内存句柄后读取PQ控制策略中的配置文件，然后依次配置PI调节参数、PWM输出频率，启动传感器设备(4，5，6)，配置完成之后运行PQ控制策略。微网切换到离网状态时，同样根据逆变器1的外部命令输入/输出2的显示器列出的控制策略，选择V/f控制策略，按下启动按钮后指令传送到逆变器1，微处理器13的策略管理进程首先将存储器14R2区的V/f控制策略加载到微处理器内存中，然后停止当前运行的PQ控制策略，接着对V/f控制策略进行配置并将其内存句柄提交给微处理器13的策略运行进程，策略运行进程获取内存句柄后读取V/f控制策略中的配置文件，然后依次配置PI调节参数、PWM输出频率，启动传感器(4，5，7，8)，配置完成之后运行V/f控制策略，最后微处理器13的策略管理进程将之前的PQ控制策略从内存中卸载掉，并停止相应的传感器接口。

图4给出了本案例策略切换前后母线a的电压(U/V)、功率(P/KW)、频率(f/Hz)随时间(t/s)变换的波形图。t∈[0,0.5]s时，逆变器当前运行的控制策略与微网的场景状态保持一致(PQ控制策略对应并网运行)；在t∈[0.5,0.51]s时，微网与配电网断开转入孤岛运行，由于不同的场景逆变器的鉴别延迟，逆变器仍然保持着PQ控制算法。由于断网，固定的DG功率输出无法弥补原本由电网提供的10KW功率，导致微网可以提供的功率下降。因此，由图4可以看出，系统的电压、频率也随之下降。在这个阶段，DG的输出功率基本保持不变，有小幅下跌当t∈[0.51,1]s,逆变器检测到微网场景的变化(经过延迟10ms)，逆变器配置成V/f策略，由于V/f策略可以为电网提供电压和频率支撑，所以电压开始逐步上升，在这个阶段中系统母线的频率也逐渐的恢复，DG的输出功率也快速的提升，快速达到系统正常工作所需的50KW的水平。同时，频率也在波动上升，恢复到50HZ左右。同时由图4可以看出，策略切换的时间非常短，相对于常见逆变器的10～20ms的并离网切换时间指标，本系统能够对场景的变化做出快速的响应。

Claims (8)

1.一种支持控制策略在线重配的逆变器，包括控制器，其特征在于，所述控制器包括微处理器以及分别与所述微处理器相连的：

存储器，用于存储控制策略；

传感器接口，用于接收传感器采集的数据；

通信接口，用于与外部设备进行数据交换；

所述控制器运行时至少开启有一策略运行进程和一策略管理进程，在策略运行进程中，微处理器根据预设值或通过传感器接口采集的初始化参数，从存储器中调用对应的控制策略以控制逆变器的DC/AC转换；

在策略管理进程中，微处理器根据传感器接口采集实时数据判断逆变器工作场景是否发生变化，且在工作场景发生变化时通知策略运行进程切换对应的控制策略；

控制策略的切换方法如下：在策略管理进程中，逆变器工作场景发生变化时，微处理器从存储器中选取指定的控制策略加载到微处理器内存中，然后停止当前运行的控制策略，接着配置新加载的控制策略并将其内存句柄提交给策略运行进程，由策略运行进程运行新加载的控制策略，最后由策略管理进程卸载之前的控制策略以释放微处理器内存空间；

在策略管理进程中，微处理器还实时接收包含有指定地址外部指令，再经通信接口去指定地址中载入控制策略文件存放至存储器。

2.根据权利要求1所述的支持控制策略在线重配的逆变器，其特征在于，所述存储器支持多个控制策略存储和对已存储的各个控制策略的独立访问。

3.根据权利要求2所述的支持控制策略在线重配的逆变器，其特征在于，所述控制策略支持独立部署，控制策略包含执行文件和配置文件，所述的执行文件和配置文件分别是独立的封装对象。

4.根据权利要求1所述的支持控制策略在线重配的逆变器，其特征在于，控制器还与外部命令输入/输出装置相连，所述外部命令输入/输出装置下达含有指定地址的外部指令。

5.一种逆变器控制策略的在线重配方法，其特征在于，所述逆变器的控制器包括微处理器以及分别与所述微处理器相连的：

存储器，用于存储控制策略；

传感器接口，用于接收传感器采集的数据；

通信接口，用于与外部设备进行数据交换；

所述控制器运行时至少开启有一策略运行进程和一策略管理进程，在策略运行进程中，微处理器根据预设值或通过传感器接口采集的初始化参数，从存储器中调用对应的控制策略以控制逆变器的DC/AC转换；

在策略管理进程中，微处理器根据传感器接口采集实时数据判断逆变器工作场景是否发生变化，且在工作场景发生变化时通知策略运行进程切换对应的控制策略；

在策略管理进程中，微处理器还实时接收包含有指定地址的外部指令，再经通信接口去指定地址中载入控制策略文件存放至存储器；

所述控制策略的在线重配包括控制策略的切换、控制策略的更新、控制策略的添加和控制策略的删除；

控制策略的切换方法如下：在策略管理进程中，逆变器工作场景发生变化时，微处理器从存储器中选取指定的控制策略加载到微处理器内存中，然后停止当前运行的控制策略，接着配置新加载的控制策略并将其内存句柄提交给策略运行进程，由策略运行进程运行新加载的控制策略，最后由策略管理进程卸载之前的控制策略以释放微处理器内存空间。

6.根据权利要求5所述的逆变器控制策略的在线重配方法，其特征在于，控制策略的更新/添加方法如下：在策略管理进程中，微处理器检测到通信接口连接了外接存储装置，自动搜索更新/添加控制策略的文件信息，微处理器接收包含有指定地址的更新/添加指令后，再经通信接口去指定地址将更新/添加的控制策略存放至相应的存储器中。

7.根据权利要求5所述的逆变器控制策略的在线重配方法，其特征在于，控制策略的更新/添加方法如下：将待更新/添加的控制策略文件存储在指定的服务器上，逆变器通过网络方式连接到服务器上，在策略管理进程中，微处理器实时接收包含有指定地址的更新/添加指令，将更新/添加的控制策略文件下载到存储器中，并将控制策略更新/添加到相应的存储区。

8.根据权利要求5所述的逆变器控制策略的在线重配方法，其特征在于，控制策略的删除方法如下：在策略管理进程中，微处理器实时接收删除的指令，通过指令中带有的删除控制策略信息，微处理器删除存储器中相应的控制策略，并释放存储空间。