CN105827130A - 一种级联多电平逆变器系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种级联多电平逆变器系统，通过输电线一端的两根线芯分别与主控制器相连；输电线另外一端的两根线芯短接；主控制器内，通过高频旁路电容传输高频通讯信号；通过滤波电感传输工频电力信号；主控制器中的第一通讯模块和N个逆变器中的第二通讯模块，均可以将工频电力信号与通过输电线接收的高频通讯信号进行分离，并将分离得到的高频通讯信号输出至相应的控制模块；或者将工频电力信号与相应的控制模块输出的高频通讯信号进行耦合后通过输电线输出。使得输电线在级联多电平逆变器系统中能够同时传递工频电力信号与高频通讯信号、无需额外架设通讯线缆，节约成本的同时，兼具有线通讯的实时性和可靠性。

Description

一种级联多电平逆变器系统
技术领域
本发明涉及并网发电技术领域，尤其涉及一种级联多电平逆变器系统。
背景技术
当前并网发电领域内，经常采用的级联多电平逆变器，由于其采用多个逆变器级联，运用载波层叠调制方法，需要主控制器对其下多个逆变器的进行统一管理，逐个控制，故对主控与逆变器之间通讯的实时性和可靠性要求非常高。
以目前的技术，采用无线通讯则无法同时满足通讯实时性与可靠性的要求，而采用有线通讯则由于需要额外架设通讯线缆，施工难度和施工成本均会增加。现有技术中还存在将通讯信号加载到电力线缆上采用载波通讯的方式，能够达到实时性、可靠性和成本三者的均衡。
然而目前常用的电力线缆载波通讯主要采用双线耦合方式，无法应用于级联多电平逆变器的单线环路通讯中。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种级联多电平逆变器系统，以应用于级联多电平逆变器的单线环路通讯中，实现通讯实时性、可靠性和成本三者的均衡。
为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：
一种级联多电平逆变器系统，包括：主控制器和N个通过输电线级联的逆变器，N为大于1的正整数；其中，所述主控制器包括：第一通讯模块、第一控制模块、滤波电感及高频旁路电容；N个所述逆变器均包括：逆变模块、第二通讯模块和第二控制模块；所述输电线包括两根线芯；
所述输电线一端的两根线芯分别与所述高频旁路电容的一端和所述第一通讯模块的第一端相连；所述输电线另外一端的两根线芯短接；
所述第一通讯模块的第二端与所述高频旁路电容的另一端相连；所述第一通讯模块的第三端与所述第一控制模块相连；
所述高频旁路电容的一端通过所述滤波电感与电网一端相连，所述高频旁路电容的另一端与电网另一端相连；
N个所述逆变器中，所述第二通讯模块通过其第一端和第二端与所述逆变模块串联，所述第二通讯模块的第三端与所述第二控制模块的一端相连，所述第二控制模块的另一端与所述逆变模块相连；
所述输电线中的一根线芯用于N个所述逆变器之间的级联；所述输电线中的另外一根线芯用于穿过N个所述逆变器；
所述高频旁路电容用于传输高频通讯信号；
所述滤波电感用于传输工频电力信号；
所述第一通讯模块和所述第二通讯模块均用于将工频电力信号与通过所述输电线接收的高频通讯信号进行分离，并将分离得到的高频通讯信号输出至相应的控制模块；或者将工频电力信号与相应的控制模块输出的高频通讯信号进行耦合后通过所述输电线输出。
优选的，所述第一通讯模块和所述第二通讯模块均为电力线载波通讯PLC模块。
优选的，所述第一通讯模块和所述第二通讯模块均包括：调制解调电路、高频通路和工频通路；其中：
所述调制解调电路的一端为所述第一通讯模块或所述第二通讯模块的第三端，与相应的控制模块相连；
所述调制解调电路的另一端与所述高频通路相连；
所述高频通路与所述工频通路并联，并联的两端分别为所述第一通讯模块或所述第二通讯模块的第一端和第二端。
优选的，所述调制解调电路包括：调制模块和解调模块；其中：
所述调制模块的输入端和所述解调模块的输出端均与相应的控制模块相连；
所述调制模块的输出端和所述解调模块的输入端均与所述高频通路相连。
优选的，所述高频通路包括：高频耦合变压器和第一电容；
所述高频耦合变压器的原边绕组与所述调制解调电路相连；
所述高频耦合变压器的副边绕组与所述第一电容串联。
优选的，所述工频通路为第一电感。
优选的，各个高频通讯信号的频率均为10MHz；各个工频电力信号的频率均为50Hz。
优选的，所述调制解调电路折算到所述高频耦合变压器副边的高频等效阻抗小于等于所述工频通路的高频等效阻抗的10％。
优选的，N个所述逆变器的两端均通过连接器与所述输电线连接。
优选的，所述输电线为双绞线。
本申请提供一种级联多电平逆变器系统，通过输电线连接主控制器和N个级联的逆变器；所述输电线一端的两根线芯分别与所述主控制器相连；所述输电线另外一端的两根线芯短接；所述主控制器内，通过高频旁路电容传输高频通讯信号；通过滤波电感传输工频电力信号；所述主控制器中的第一通讯模块和N个通过所述输电线级联的所述逆变器中的第二通讯模块，均可以将工频电力信号与通过所述输电线接收的高频通讯信号进行分离，并将分离得到的高频通讯信号输出至相应的控制模块；或者将工频电力信号与相应的控制模块输出的高频通讯信号进行耦合后通过所述输电线输出。使得所述输电线在所述级联多电平逆变器系统中能够同时传递工频电力信号与高频通讯信号、无需额外架设通讯线缆，节约成本的同时，兼具有线通讯的实时性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种级联多电平逆变器系统的结构示意图；
图2为本申请另一实施例提供的信号通路示意图；
图3为本申请另一实施例提供的第一通讯模块和第二通讯模块的结构示意图；
图4为本申请另一实施例提供的电力回路示意图；
图5为本申请另一实施例提供的通讯回路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种级联多电平逆变器系统，以应用于级联多电平逆变器的单线环路通讯中，实现通讯实时性、可靠性和成本三者的均衡。
具体的，所述级联多电平逆变器系统，如图1所示，包括：主控制器100和N个通过输电线级联的逆变器200，N为大于1的正整数；其中，主控制器100包括：第一通讯模块101、第一控制模块102、滤波电感L0及高频旁路电容C0；N个逆变器200均包括：第二通讯模块201、第二控制模块202和逆变模块203；所述输电线包括两根线芯；
所述输电线一端的两根线芯分别与高频旁路电容C0的一端和第一通讯模块101的第一端相连；所述输电线另外一端的两根线芯短接；
第一通讯模块101的第二端与高频旁路电容C0的另一端相连；第一通讯模块101的第三端与第一控制模块102相连；
高频旁路电容C0的一端通过滤波电感L0与电网一端相连，高频旁路电容C0的另一端与电网另一端相连；
N个逆变器200中，第二通讯模块201通过其第一端和第二端与逆变模块203串联，第二通讯模块201的第三端与第二控制模块202的一端相连，第二控制模块202的另一端与逆变模块203相连。
具体的工作原理为：
所述输电线中的一根线芯用于N个逆变器200之间的级联；所述输电线中的另外一根线芯用于穿过N个逆变器200；
高频旁路电容C0用于传输高频通讯信号；
滤波电感L0用于传输工频电力信号；
具体的，高频旁路电容C0可以将高频通讯信号限制在逆变器级联的环路中，该电容相对高频分量的等效阻抗很低，相对于并网前的滤波电感L0在高频分量下的等效阻抗可以近似看成短路，而在工频分量下，该电容相对于并网前的滤波电感L0的等效阻抗可以近似看成开路，从而将高频通讯信号限制于环路内部流动，而工频分量则由于高频旁路电容C0的阻断作用直接流入电网。
第一通讯模块101和第二通讯模块201均用于将工频电力信号与通过所述输电线接收的高频通讯信号进行分离，并将分离得到的高频通讯信号输出至相应的控制模块；或者将工频电力信号与相应的控制模块输出的高频通讯信号进行耦合后通过所述输电线输出。
具体的，第二通讯模块201用于将第一通讯模块101或者其他第二通讯模块201输出的高频通讯信号和逆变模块203输出的工频电力信号进行分离，并将分离得到的高频通讯信号输出至第二控制模块202，实现对逆变模块203的控制；或者将相连接的第二控制模块202输出的高频通讯信号和逆变模块203输出的工频电力信号进行耦合后输出至第一通讯模块101或者其他第二通讯模块201；
而第一通讯模块101用于将第二通讯模块201输出的高频通讯信号和逆变模块203输出的工频电力信号进行分离，并将分离得到的高频通讯信号输出至第一控制模块102；或者将第一控制模块102输出的高频通讯信号和逆变模块203输出的工频电力信号进行耦合后输出至第二通讯模块201。
在主控制器100内，通过高频旁路电容C0传输高频通讯信号；通过滤波电感L0传输工频电力信号；主控制器100中的第一通讯模块101和N个通过所述输电线级联的逆变器200中的第二通讯模块201，均可以将工频电力信号与通过所述输电线接收的高频通讯信号进行分离，并将分离得到的高频通讯信号输出至相应的控制模块；或者将工频电力信号与相应的控制模块输出的高频通讯信号进行耦合后通过所述输电线输出，其形成的信号通路如图2所示，其中带箭头的细实线表示高频通讯信号通路，带箭头的粗实线表示工频电力信号通路。
当前级联多电平逆变器的通讯方式在不考虑额外架设电缆的情况下，由于无线通讯高速率和高可靠性之间很难同时兼顾的问题，且传统的电力线载波通讯无法运用于单线环路的场合；本实施例提供的所述级联多电平逆变器系统，通过所述输电线在所述级联多电平逆变器系统中同时传递工频电力信号与高频通讯信号，将高频通讯信号限制在通讯环路中的同时而不影响正常的并网，以电流环载波通讯方式在单线环路中实现了电力线载波通讯，进而可以应用于级联多电平光伏逆变器领域，实现主控制器100对每个逆变器200的MPPT进行统一管理，实现效率的进一步提高。并且结合了电力线载波通讯和电流环通讯的优点，利用逆变器间级联的输电线作为通讯路径，减少了通讯线路的铺设环节，比现有技术节约了有线通讯额外架设通讯线缆的成本；同时，兼具有线通讯的实时性和可靠性。
在本发明另一具体实施例中，图1中的第一通讯模块101和第二通讯模块201均为PLC(PowerLineCommunication，电力线载波通讯)模块。
优选的，图1中的第一通讯模块101和第二通讯模块201均如图3所示，包括：调制解调电路301、高频通路302和工频通路303；其中：
调制解调电路301的一端为第一通讯模块101或第二通讯模块201的第三端，与相应的控制模块相连；
调制解调电路301的另一端与高频通路302相连；
高频通路302与工频通路303并联，并联的两端分别为第一通讯模块101或第二通讯模块201的第一端和第二端。
优选的，如图3所示，调制解调电路301包括：调制模块311和解调模块312；其中：
调制模块311的输入端和解调模块312的输出端均与相应的控制模块相连；
调制模块311的输出端和解调模块312的输入端均与高频通路302相连。
优选的，如图3所示，高频通路302包括：高频耦合变压器321和第一电容C1；
高频耦合变压器321的原边绕组与调制解调电路301相连；
高频耦合变压器321的副边绕组与第一电容C1串联。
优选的，如图3所示，工频通路303为第一电感L1。
在具体的应用中，各个高频通讯信号的频率均为10MHz；各个工频电力信号的频率均为50Hz。
优选的，所述调制解调电路折算到所述高频耦合变压器副边的高频等效阻抗小于等于所述工频通路的高频等效阻抗的10％。
高频通路302为一个小电容(第一电容C1)和一个高频耦合变压器321的串联电路，而工频通路303由一个电感(第一电感L1)构成，由于第一电容C1的容值小，相对于对工频分量的阻抗高，而第一电感L1对于工频分量的阻抗低，则工频分量直接通过工频通路303进行叠加后最终并入电网，等效的电力回路如图4所示；而对于高频分量则由于第一电容C1相对于高频分量的等效阻抗很小，该回路的阻抗主要取决于调制解调电路301耦合到高频耦合变压器321副边的高频等效阻抗Re决定，然而工频通路303中的第一电感L1相对于高频分量的阻抗很大，所以只要将高频等效阻抗Re控制在第一电感L1高频等效阻抗的10％内(比如1％)便可以实现高频分量的有效分离，这时高频分量便通过高频通路302中的高频耦合变压器321耦合到调制解调电路301以实现通讯；图5所示为等效的通讯回路，Ve为各个逆变器200输出的等效电压。
本实施例所述的级联多电平逆变器系统，通过上述原理实现了高频通讯信号和工频电力信号的剥离，初步实现了信号的分离，避免工频分量流入到调制解调电路301，影响通讯的质量。并且，工频通路303中的第一电感L1可以起到分布式电感的作用，能够降低并网端滤波电感L0的压力，减小滤波电感L0的体积，以达到进一步降低成本的目的。
在本发明另一具体实施例中，优选的，N个所述逆变器的两端均通过连接器与所述输电线连接。
通过连接器将N个所述逆变器与所述输电线进行连接，可以对所述连接起到固定和保护的作用。连接器的选型此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定。
另外，优选的，所述输电线为双绞线。
本实施例所述的级联多电平逆变器系统，其中的所述输电线采用双绞设计，在高速率宽带通讯中可以有效的降低寄生电感，增强了通讯的抗干扰性。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上仅是本发明的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种级联多电平逆变器系统，其特征在于，包括：主控制器和N个通过输电线级联的逆变器，N为大于1的正整数；其中，所述主控制器包括：第一通讯模块、第一控制模块、滤波电感及高频旁路电容；N个所述逆变器均包括：逆变模块、第二通讯模块和第二控制模块；所述输电线包括两根线芯；
所述输电线一端的两根线芯分别与所述高频旁路电容的一端和所述第一通讯模块的第一端相连；所述输电线另外一端的两根线芯短接；
所述第一通讯模块的第二端与所述高频旁路电容的另一端相连；所述第一通讯模块的第三端与所述第一控制模块相连；
所述高频旁路电容的一端通过所述滤波电感与电网一端相连，所述高频旁路电容的另一端与电网另一端相连；
N个所述逆变器中，所述第二通讯模块通过其第一端和第二端与所述逆变模块串联，所述第二通讯模块的第三端与所述第二控制模块的一端相连，所述第二控制模块的另一端与所述逆变模块相连；
所述输电线中的一根线芯用于N个所述逆变器之间的级联；所述输电线中的另外一根线芯用于穿过N个所述逆变器；
所述高频旁路电容用于传输高频通讯信号；
所述滤波电感用于传输工频电力信号；
所述第一通讯模块和所述第二通讯模块均用于将工频电力信号与通过所述输电线接收的高频通讯信号进行分离，并将分离得到的高频通讯信号输出至相应的控制模块；或者将工频电力信号与相应的控制模块输出的高频通讯信号进行耦合后通过所述输电线输出。
2.根据权利要求1所述的级联多电平逆变器系统，其特征在于，所述第一通讯模块和所述第二通讯模块均为电力线载波通讯PLC模块。
3.根据权利要求1所述的级联多电平逆变器系统，其特征在于，所述第一通讯模块和所述第二通讯模块均包括：调制解调电路、高频通路和工频通路；其中：
所述调制解调电路的一端为所述第一通讯模块或所述第二通讯模块的第三端，与相应的控制模块相连；
所述调制解调电路的另一端与所述高频通路相连；
所述高频通路与所述工频通路并联，并联的两端分别为所述第一通讯模块或所述第二通讯模块的第一端和第二端。
4.根据权利要求3所述的级联多电平逆变器系统，其特征在于，所述调制解调电路包括：调制模块和解调模块；其中：
所述调制模块的输入端和所述解调模块的输出端均与相应的控制模块相连；
所述调制模块的输出端和所述解调模块的输入端均与所述高频通路相连。
5.根据权利要求3所述的级联多电平逆变器系统，其特征在于，所述高频通路包括：高频耦合变压器和第一电容；
所述高频耦合变压器的原边绕组与所述调制解调电路相连；
所述高频耦合变压器的副边绕组与所述第一电容串联。
6.根据权利要求3所述的级联多电平逆变器系统，其特征在于，所述工频通路为第一电感。
7.根据权利要求3所述的级联多电平逆变器系统，其特征在于，各个高频通讯信号的频率均为10MHz；各个工频电力信号的频率均为50Hz。
8.根据权利要求5所述的级联多电平逆变器系统，其特征在于，所述调制解调电路折算到所述高频耦合变压器副边的高频等效阻抗小于等于所述工频通路的高频等效阻抗的10％。
9.根据权利要求1所述的级联多电平逆变器系统，其特征在于，N个所述逆变器的两端均通过连接器与所述输电线连接。
10.根据权利要求1至9任一所述的级联多电平逆变器系统，其特征在于，所述输电线为双绞线。
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