CN105471278B - 应用于变流器中的辅助控制装置及变流器系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种应用于变流器中的辅助控制装置及变流器系统。所述应用于变流器中的辅助控制装置被设置在各功率模块侧，各辅助控制装置分别与相应的功率模块以及变流器的控制器连接；辅助控制装置包括：采集模块，用于采集各功率模块输出的电压、电流和温度信号，并将该电压、电流和温度信号进行模数转换，将转换后得到的数字信号上传至控制器；以及，控制模块，用于根据所述电压、电流和温度信号生成的控制指令或者接收所述变流器的控制器发送的控制指令，进而根据该控制指令控制功率模块执行相应操作。采用本发明实施例，可以减少控制器的计算负担，降低控制器的处理压力。

Description

应用于变流器中的辅助控制装置及变流器系统

技术领域

本发明涉及变流器技术，尤其涉及一种应用于变流器中的辅助控制装置及变流器系统。

背景技术

变流器是使电源系统的电压、频率、相数以及其他电量参数或特性发生变化的电器设备。变流器通常在并网发电系统中用于对输入的电流进行整流和逆变处理，以将处理后得到的电能并入电网中。

变流器作为并网发电系统中的重要组件而越来越被重视。通常，如图1所示，其中包括风力发电机G、断路器101、避雷器102、滤波器103、发电机整流器104、斩波器105、电网侧逆变器106、交流熔断器107、电感108、主断路器109、电流传感器CT110、预充电111、交流滤波器112等。变流器中包括多个功率模块，以及一个控制器(图中未标出)，控制器分别与功率模块连接，并且，每个功率模块与发电机的某一相连接，多个功率模块可以共同完成某一项功能，例如整流器104中包括3个功率模块，逆变器106中包括3个功率模块，其中的每个功率模块执行的任意操作的控制指令均由控制器下发。例如，整流器104或逆变器106中的功率模块采集相应相的电流、电压和温度的模拟信号发送给控制器，控制器将该模拟信号进行采样，得到相应的数字信号，通过对该数字信号的分析输出相应的控制指令。而且，变流器中功率模块的各个功能是通过控制器发送的控制信号进行控制的。

前述变流器的控制系统至少存在以下问题：控制器分别与多个功率模块连接，负责产生和发送控制功率模块的所有指令，增加了控制器的计算负担，同时为完成所有指令的正常传输，控制器与多个功率模块之间的控制通路走线较密集，造成信号相互之间的干扰。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种应用于变流器中的辅助控制装置及变流器系统，可以减少控制器的计算负担，降低控制器的处理压力。

根据本发明的一方面，提供一种应用于变流器中的辅助控制装置。所述辅助控制装置被设置在各功率模块侧，各所述辅助控制装置分别与相应的所述功率模块以及变流器的控制器连接；所述辅助控制装置包括：采集模块，用于采集各功率模块输出的电压、电流和温度信号，并将所述电压、电流和温度信号进行模数转换，将转换后得到的数字信号上传至所述控制器；以及，控制模块，用于根据所述电压、电流和温度信号生成的控制指令或者接收所述变流器的控制器发送的控制指令，进而根据所述控制指令控制功率模块执行相应操作。

根据本发明的另一方面，提供一种变流器系统。所述变流器系统包括：变流器的控制器、多个功率模块，以及上述应用于变流器中的辅助控制装置。

根据本发明实施例提供的应用于变流器中的辅助控制装置及变流器系统，通过在各功率模块侧设置辅助控制装置，并将其分别与相应的功率模块以及控制器连接，可对各功率模块的电压、电流和温度信号进行模数转换，并将转换后的数字信号上传至控制器，并通过自身或控制器生成的控制指令，控制功率模块执行相应操作，从而可以减少控制器的计算负担，降低控制器的处理压力。

附图说明

图1是示出的现有变流器系统的结构示意图；

图2是示出根据本发明实施例一的变流器系统的结构框图；

图3是示出根据本发明实施例一的应用于变流器中的辅助控制装置的一种结构框图；

图4是示出根据本发明实施例二的应用于变流器中的辅助控制装置的另一种结构框图；

图5是示出根据本发明实施例二的故障诊断模块的处理流程图；

图6是示出根据本发明实施例二的监测调试模块的处理流程图；

图7是示出根据本发明实施例二的生命周期监测模块的处理流程图。

图例说明：

G-风力发电机，101-断路器，102-避雷器，103-滤波器，104-发电机整流器，105-斩波器，106-电网侧逆变器，107-交流熔断器，108-电感，109-主断路器，110-CT(CurrentTransformer，电流传感器)，111-预充电，112-交流滤波器，210-控制器，220-功率模块，230-辅助控制装置，231-采集模块，232-控制模块，233-远程更新模块，234-故障诊断模块，235-监测调试模块，236-生命周期监测模块。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的示例性实施例。

实施例一

图2是示出根据本发明实施例一的变流器系统的结构框图。图3是示出根据本发明实施例一的应用于变流器中的辅助控制装置的一种结构框图。

参见图2和图3所示，该应用于变流器中的辅助控制装置230被设置在各功率模块220侧，且各辅助控制装置230分别与相应的功率模块220以及变流器的控制器210连接。具体地，该应用于变流器中的辅助控制装置230包括：采集模块231，用于采集各功率模块220输出的电压、电流和温度信号，并将该电压、电流和温度信号进行模数转换，将转换后得到的数字信号上传至控制器210；以及控制模块232，用于根据电压、电流和温度信号生成的控制指令或者接收变流器的控制器发送的控制指令，进而根据该控制指令控制功率模块220执行相应操作。

其中，功率模块220可用于执行控制器210通过辅助控制装置230发送的控制指令，也可与电网中的某一相连接，还可以构成发电机整流器104和电网侧逆变器106等，以对发电机输出的电流进行整流、逆变等处理。

具体地，辅助控制装置230可为功率模块220的控制核心。根据功率模块220实现的功能不同，相应的辅助控制装置230中会包含有不同的控制机制。以每个功率模块220与发电机输出的某一相连接为例，如图2所示，在功率模块220上可设置电流传感器(图中未示出)、温度传感器图中未示出)和电压传感器图中未示出)，以分别采集该相的电流信号、温度信号和电压信号，上述采集的电压信号、电流信号和温度信号通常为模拟信号。为了降低控制器210的处理压力，采集模块231获取到上述模拟信号后，将上述模拟信号转换为相应的数字信号发送给控制器210，控制器210可通过预定的算法对该数字信号进行解析，这样，控制器210不需要再对功率模块220采集的模拟信号转换为数字信号，减轻控制器210的处理压力，而且模拟信号的数据量通常较大，通过采集模块231将模拟信号转换为数字信号传输给控制器210，可以使得信号的传输更快捷。然后，控制器210可将分析后得到的相应控制指令发送给辅助控制装置230，辅助控制装置230可根据该控制指令控制该功率模块220执行相应的操作。通过上述方式，将模数转换等较复杂的处理交由辅助控制装置230处理，可减轻控制器210的处理压力。

根据本发明实施例提供的应用于变流器中的辅助控制装置，通过在各功率模块侧设置辅助控制装置，并将其分别与相应的功率模块以及控制器连接，可对各功率模块的电压、电流和温度信号进行模数转换，并将转换后的数字信号上传至控制器，并通过控制器生成的控制指令，控制功率模块执行相应操作，从而可以减少控制器的计算负担，降低控制器的处理压力。

实施例二

图4为本发明实施例提供的又一种应用于变流器中的辅助控制装置结构框图。为了提高功率模块的智能化，可为功率模块220侧的辅助控制装置230设置多种不同的功能模块，除了包括图3中的采集模块231和控制模块232外，如图4所示，辅助控制装置230具体还包括远程更新模块233、故障诊断模块234、监测调试模块235和生命周期监测模块236中的至少一种，其中，采集模块231和控制模块232未在图4中示出。图4中各模块的解释具体如下：

对于远程更新模块233，其可用于下载相应的数据包实现版本及功能的升级，如功率模块220的控制程序数据包、驱动程序数据包、电流传感器的驱动程序数据包等。具体地，可为功率模块220设置对外通信的通信协议。当通过检测确定需要下载某数据时或者到达预设的数据更新周期时，远程更新模块233可通过光纤向控制器210发送数据更新请求。控制器210可根据该数据更新请求向相应的服务器发送数据获取请求，远程更新模块233可在变流器的存储设备中划分出预定的存储空间。当远程更新模块233接收到服务器发送的数据后，可将该数据存储在划分出的存储空间中，从而，可以缩短变流器的调试和维护时间。

对于故障诊断模块234，其可用于对功率模块220在工作中出现的故障进行诊断，收集出现故障的器件的工作日志等，并将其提交给控制器210，控制器210输出相应的控制指令，并发送给辅助控制装置230以控制功率模块220执行相应的操作。该故障诊断模块234还可以用于对相应的功率模块220的过压、过流、短路和/或欠压故障进行检测和诊断，得到包括故障诊断结果的故障数据，并将得到的故障数据上传至控制器210。

由于电压和/或电流的过高或过低，以及短路等都会影响功率模块220的正常使用和使用寿命，因此，可设置故障诊断模块234对上述故障情况进行检测和诊断。如图5所示，为故障诊断模块234的处理流程图。其中：

S510，故障信息的获取与鉴别。具体地，采集模块231可实时或以预定周期的方式获取与功率模块220相连接的相的电压和电流，故障诊断模块234可对采集模块231获取的电压和电流等进行检测。当电压和/或电流出现故障(如电压值超过预定电压阈值或电流值超过预定电流阈值)时，故障诊断模块234可以日志的方式记录本次故障，该日志中可包括本次故障的原因、功率模块220当前的工作状态和相关工作参数等。

S520，故障时刻信号波形存储。具体地，故障诊断模块234可定时或实时对上述日志进行分析，从中得到故障出现的原因，如过压故障、过流故障、短路故障和/或欠压故障等，然后，可获取故障时刻经过功率模块220的电压或电流的信号波形，并可将该信号波形存储在存储设备中。

S530，发送故障信息和信号波形。具体地，可将故障诊断模块234诊断出的故障信息和该信号波形通过光纤发送给控制器210，控制器210根据该故障信息和该信号波形，可生成相应的控制指令发送给故障诊断模块234或功率模块220，以使其可以执行相应的保护程序。通过故障诊断模块234可以远程读取功率模块220的故障信息，快速查看故障细节，从而缩短了变流器的维护时间。

对于，监测调试模块235可以实时检测功率模块220的工作状态数据，并对功率模块220遇到的紧急情况进行协调和调试，以提高功率模块220的稳定性。

具体地，图6为监测调试模块235的处理流程图。其中：

S610，信号波形实时存储。

当变流器工作时，监测调试模块235可实时获取与功率模块220相连接的相的电压的信号波形和电流的信号波形，通过监测调试模块235用户可以查看功率模块220的运行状态，以及该功率模块220中各个参数的实际值等，可将电压的信号波形和电流的信号波形存储在存储设备中。同时，监测调试模块235通过光纤将电压的信号波形和电流的信号波形发送给控制器210，以此，该功率模块220可以接收到控制器210返回的控制指令。

S620，电压阈值和电流阈值实时设置。具体地，本实施例中，功率模块220中可预先存储有多组不同情况下的电压阈值和/或电流阈值及其相关参数等控制参数和保护参数，其中，控制参数可用于对功率模块220的运行进行控制，保护参数可用于对功率模块220进行保护，以防止其被损坏。

监测调试模块235还可对获取的电压和电流的信号波形进行分析，从而得到与功率模块220当前的工作状态相匹配的包括电压阈值和/或电流阈值等控制参数和保护参数。

S630，发送信号波形、电压阈值和电流阈值。具体地，可将该控制参数发送给控制器210，控制器210可向监测调试模块235发送相应的控制指令，以使监测调试模块235可以调整功率模块220的工作状态。另外，如果监测调试模块235确定功率模块220当前处于过压或过流等危险状态，则可将预设的电压阈值和/或电流阈值等保护参数发送给控制器210，以请求控制器210下发相应的控制指令以保护功率模块220不受损坏。

对于生命周期检测模块236，其可以对功率模块220的使用状况和/或时长进行实时检测和计算，并对有损功率模块220使用寿命的操作或状况的数据进行及时反馈，以提高功率模块220的生命周期。

如图7所示，为生命周期监测模块236的处理流程图。其中：

生命周期监测模块236可用于获取功率模块220在不同工作状态下的部件使用信息，并将该部件使用信息与预定的不同工作状态下的寿命信息进行比较，以及在根据比较结果确定在部件使用情况超出部件的寿命承受能力时输出报警信号。

其中，部件使用信息可以包括部件的使用时长、部件的额定使用时长、部件的耗损状况信息等。

生命周期监测模块236中可预先存储不同工作状态(如额定功率的工作状态、低压工作状态等)下的寿命信息。

S710，不同工作状态下信息分类统计。具体地，当到达预定的检测周期时，生命周期监测模块236可获取功率模块220当前的工作状态信息，并获取该检测周期内的各个部件的部件使用信息。

S720，预设寿命曲线。具体地，生命周期监测模块236可在预先存储的不同工作状态下的寿命信息中获取当前的工作状态信息对应的寿命信息。

S730，信息的比较诊断。具体地，生命周期监测模块236可将该部件使用信息与寿命信息进行对比，如果该部件使用信息对应的使用寿命低于上述寿命信息对应的寿命，则可发出更换报警信号或维护提示信息等。可以对功率模块220中的每一个部件进行上述处理，输出相应部件的更换报警信号或维护提示信号等。

S740，发送报警信号。具体地，生命周期监测模块236还可以将上述各个部件的部件使用信息发送给服务器，通过服务器可对变流器中的功率模块220中各部件的大数据进行管理。

为了降低模块掉电几率，可以使用功率模块220中的直流母线对其进行供电，相应的处理可包括：辅助控制装置230的供电输入端与功率模块220相应的直流母线相连接，以通过该直流母线对辅助控制装置230供电。

此外，为了使功率模块220之间具有较高的隔离强度，降低现有技术中的电连接对功率模块220的影响，并提高其安全性和抗EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)干扰性，可以将控制器210与各功率模块220侧的辅助控制装置230通过光纤连接。这样，控制器210与各个功率模块220之间不再使用传统的电连接，使用电信号传递信息，而是通过光信号传递相应的信息，这样，可提高功率模块220彼此之间的隔离强度。

根据本发明实施例提供的应用于变流器中的辅助控制装置，一方面，应用于变流器中的辅助控制装置可包括远程更新模块、故障诊断模块、监测调试模块和生命周期监测模块，通过上述模块，功率模块可以进行数据下载，从而大大缩短了功率模块的调试和维护时间；功率模块还可以进行故障诊断，从而使得功率模块具备远程读取上报故障信息的能力，并可快速查看故障细节，从而缩短了功率模块的维护时间；功率模块还可以进行在线监测调试模块和对各部件的生命周期进行监测，提高了功率模块的稳定性；另一方面，通过功率模块的直流母线对辅助控制装置供电，从而降低了系统的掉电几率，提高系统的运行稳定性。

实施例三

本发明实施例三提供了一种变流器系统。如图2所示，该变流器系统中包括变流器的控制器210、多个功率模块220，以及上述实施例一和实施例二提供的应用于变流器中的辅助控制装置230。

其中，辅助控制装置230设置在各功率模块侧，分别与相应的功率模220块以及变流器的控制器210连接。

另外，为了提高部件之间的协调能力，可以将辅助控制装置230以集成的方式设置于每个功率模块220上。

根据本发明实施例提供的变流器系统，通过在各功率模块侧设置辅助控制装置，并将其分别与相应的功率模块以及控制器连接，可对各功率模块的电压、电流和温度信号进行模数转换，并将转换后的数字信号上传至控制器，并通过控制器生成的控制指令，控制功率模块执行相应操作，从而可以减少控制器的计算负担，降低控制器的处理压力。

进一步地，本发明实施例中，一方面，功率模块的辅助控制装置可包括程序下载模块、故障诊断模块、监测调试模块和生命周期监测模块，通过上述模块，功率模块可以进行数据下载，从而大大缩短了功率模块的调试和维护时间；功率模块还可以进行故障诊断，从而使得功率模块具备远程读取上报故障信息的能力，并可快速查看故障细节，从而缩短了功率模块的维护时间；功率模块还可以进行在线监测调试模块和对各部件的生命周期进行监测，提高了功率模块的稳定性；另一方面，通过功率模块的直流母线对辅助控制装置供电，从而降低了系统的掉电几率，提高系统的运行稳定性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种应用于变流器中的辅助控制装置，其特征在于，所述辅助控制装置被设置在各功率模块侧，各所述辅助控制装置分别与相应的所述功率模块以及变流器的控制器连接；所述辅助控制装置包括：

采集模块，用于采集各功率模块输出的电压、电流和温度信号，并将所述电压、电流和温度信号进行模数转换，将转换后得到的数字信号上传至所述控制器；

控制模块，用于根据所述电压、电流和温度信号生成的控制指令或者接收所述变流器的控制器发送的控制指令，进而根据所述控制指令控制功率模块执行相应操作；

故障诊断模块，用于对相应的功率模块的过压、过流、短路和/或欠压故障进行检测和诊断，得到包括故障诊断结果的故障数据，以日志的方式记录故障数据，定时或实时对上述日志进行分析，从中得到故障出现的原因，获取故障时刻经过功率模块的电压或电流的信号波形，并将该信号波形存储在存储设备中，以及将得到的故障数据上传至所述控制器；

监测调试模块，用于对获取的电压和电流的信号波形进行分析，从而得到与功率模块当前的工作状态相匹配的包括电压阈值和/或电流阈值的控制参数和保护参数，将所述控制参数发送给所述控制器，所述控制器向所述监测调试模块发送相应的控制指令，以使所述监测调试模块调整所述功率模块的工作状态；当所述监测调试模块确定功率模块当前处于过压或过流的危险状态，则将预设的包括电压阈值和/或电流阈值的保护参数发送给所述控制器，以请求所述控制器下发相应的控制指令以保护功率模块不受损坏；以及

生命周期监测模块，用于预先存储不同工作状态下的寿命信息，当到达预定的检测周期时，获取功率模块当前的工作状态信息，并获取该检测周期内的各个部件的部件使用信息；在预先存储的不同工作状态下的寿命信息中获取当前的工作状态信息对应的寿命信息；将该部件使用信息与寿命信息进行对比，如果该部件使用信息对应的使用寿命低于所述寿命信息对应的寿命，则发出更换报警信号或维护提示信息，以及将各个部件的部件使用信息发送给服务器，通过服务器可对变流器中的功率模块中各部件的大数据进行管理。

2.根据权利要求1所述的应用于变流器中的辅助控制装置，其特征在于，各所述辅助控制装置分别通过光纤与所述变流器的控制器连接。

3.根据权利要求1所述的应用于变流器中的辅助控制装置，其特征在于，所述辅助控制装置还包括：

用于对功率模块的控制数据包进行下载并更新的远程更新模块。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的应用于变流器中的辅助控制装置，其特征在于，所述辅助控制装置的供电输入端与所述功率模块相应的直流母线相连接。

5.一种变流器系统，其特征在于，包括：变流器的控制器、多个功率模块，以及如权利要求1-4中任一项所述的应用于变流器中的辅助控制装置。

6.根据权利要求5所述的变流器系统，其特征在于，所述辅助控制装置以集成的方式设置于每个功率模块上。