CN108347064A - 模块化变流器的切换控制方法、装置及风电变流器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化变流器的切换控制方法、装置及风电变流器，用以避免变流器内部环流的产生，提高变流器的转换效率。所述模块化变流器的切换控制方法，包括：获取所述输入侧设备的瞬时功率和所述输入侧设备在预设时长内的平均功率；基于所述平均功率、所述瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N；在所述变流器包括的多个子变流器模块中选择N个子变流器模块投入使用，并控制断开所述多个子变流器模块中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块，与所述输入侧设备和/或所述输出侧设备的连接。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种模块化变流器的切换控制方法、装置及风电变流器。
背景技术
随着风力发电领域越来越精细化的追求成本，对风力发电机组的各个部件均提出了降低成本和提高效率的需求。对于风力发电机组中的变流器设备，一方面采用技术工艺的升级优化，降低设备成本；另一方面，通过不断地提高变流器的转换效率，提高并网发电量。
基于上述需求，现有技术中提出了模块化的风电变流器技术，如图1所示，风力发电机组中的变流器由多个结构相同的子变流器模块(图1中示出的模块1、模块2、模块3……模块N)组成，子变流器模块可以单独实现变流器的所有功能，也可以通过并联来实现变流器容量的递增。模块化的风电变流器可以通过切除低功率区间的子变流器模块，来提高低功率段的并网发电效率。
目前在通过切除低功率区间的子变流器模块，提高低功率段的并网发电效率时，通常是根据当前处于运行状态的子变流器模块个数，每个子变流器模块的额定功率及总输出功率，计算当前逆变器的负载率，通过投切运行的子变流器模块数量，控制当前逆变器的负载率时刻处于最佳负载率区间，提高逆变器系统在不同负载率时的转换效率，减小能量的损失。
上述方案为了保证在投入与切除子变流器模块时，逆变器能够实现高电压穿越和低电压穿越能力，切除的子变流器模块实时处于热备状态，仅停止调制，也即在电气回路上并未完全切除子变流器模块。此种情况下，当其它处于运行状态的子变流器模块进行调制时，脉冲调制产生的共模电压会经由处于热备状态的子变流器模块中的二极管构成回路，形成环流，环流完全在整个变流器内部流动，并形成热量损耗，降低了变流器的转换效率。
发明内容
本发明实施例提供了一种模块化变流器的切换控制方法、装置及风电变流器，用以避免变流器内部环流的产生，提高变流器的转换效率。
第一方面，本发明实施例提供一种模块化变流器的切换控制方法，用于控制变流器中多个子变流器模块的投入与切除，变流器连接在输入侧设备与输出侧设备之间，模块化变流器的切换控制方法包括：
获取输入侧设备的瞬时功率和输入侧设备在预设时长内的平均功率；
基于平均功率、瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N；
在变流器包括的多个子变流器模块中选择N个子变流器模块投入使用，并控制断开多个子变流器模块中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块，与输入侧设备和/或输出侧设备的连接。
在第一方面的一些实施例中，基于平均功率、瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，包括：
在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N；或者，
在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
在第一方面的一些实施例中，基于平均功率、瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，包括：
在确定平均功率大于或者等于预设功率阈值，和/或瞬时功率大于或者等于预设功率阈值时，将变流器中包括的子变流器模块全部投入使用。
在第一方面的一些实施例中，在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，包括：
在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值，且平均功率大于瞬时功率时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率和平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
在第一方面的一些实施例中，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率和平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，包括：
将平均功率与预先确定的每个子变流器模块的额定功率之商的向上取整结果，作为投入使用的子变流器模块的数量N。
在第一方面的一些实施例中，在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，包括：
在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值，且瞬时功率大于或者等于平均功率，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率和瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
在第一方面的一些实施例中，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率和瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，包括：
将瞬时功率与预先确定的每个子变流器模块的额定功率之商的向上取整结果，作为投入使用的子变流器模块的数量N。
第二方面，本发明实施例提供一种模块化变流器的切换控制装置，用于控制变流器中多个子变流器模块的投入与切除，变流器连接在输入侧设备与输出侧设备之间，模块化变流器的切换控制装置包括：
获取模块，用于获取输入侧设备的瞬时功率和输入侧设备在预设时长内的平均功率；
处理模块，用于基于平均功率、瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N；
控制模块，用于在变流器包括的多个子变流器模块中选择N个子变流器模块投入使用，并控制断开多个子变流器模块中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块，与输入侧设备和/或输出侧设备的连接。
在第二方面的一些实施例中，处理模块具体用于：
在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N；或者，
在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
在第二方面的一些实施例中，处理模块具体用于：
在确定平均功率大于或者等于预设功率阈值，和/或瞬时功率大于或者等于预设功率阈值时，将变流器中包括的子变流器模块全部投入使用。
在第二方面的一些实施例中，处理模块具体用于：
在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值，且平均功率大于瞬时功率时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率和平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
在第二方面的一些实施例中，处理模块具体用于：
将平均功率与预先确定的每个子变流器模块的额定功率之商的向上取整结果，作为投入使用的子变流器模块的数量N。
在第二方面的一些实施例中，处理模块具体用于：
在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值，且瞬时功率大于或者等于平均功率，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率和瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
在第二方面的一些实施例中，处理模块具体用于：
将瞬时功率与预先确定的每个子变流器模块的额定功率之商的向上取整结果，作为投入使用的子变流器模块的数量N。
在第二方面的一些实施例中，每个子变流器模块通过第一开关组件与输入侧设备相连接，通过第二开关组件与输出侧设备相连接；
控制模块具体用于：
控制断开多个子变流器模块中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块中的第一开关组件和/或第二开关组件。
第三方面，本发明实施例提供一种风电变流器，风电变流器中包括多个子变流器模块和本发明实施例第二方面提供的模块化变流器的切换控制装置。
根据本发明实施例中的模块化变流器的切换控制方法、装置及风电变流器，获取输入侧设备的瞬时功率和输入侧设备在预设时长内的平均功率，基于平均功率、瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，在变流器包括的多个子变流器模块中选择N个子变流器模块投入使用，并控制断开多个子变流器模块中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块，与输入侧设备和/或输出侧设备的连接。
本发明实施例在确定投入使用的子变流器模块的数量N之后，将投入使用的N个子变流器模块连接在输入侧设备和输出侧设备之间，而控制断开变流器中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块与输入侧设备和/或输出侧设备的连接，也即切除未投入使用的子变流器模块在电气回路上的连接，从而能够有效避免对投入使用的子变流器模块调制时变流器中产生环流，降低变流器内部的热量损耗，提高变流器的转换效率。
另外，本发明实施例获取输入侧设备的瞬时功率和输入侧设备在预设时长内的平均功率，并基于平均功率、瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量，使得投入使用的子变流器模块的数量能够随着输入侧设备的平均功率和/或瞬时功率的改变而改变，不但能够提高变流器在低功率区间的转换效率，提高发电量，而且使得变流器能够更加适应风力发电波动性强的特点，更加适合应用在风力发电机组中。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为现有技术中模块化变流器的拓扑结构示意图；
图2为本发明实施例提供的模块化变流器的切换控制方法的示意流程图；
图3为本发明实施例提供的2500KW变流器的转换效率曲线；
图4为本发明实施例提供的确定投入使用的子变流器模块的原理示意图；
图5为本发明实施例提供的一种模块化变流器的拓扑结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一模块化变流器的拓扑结构示意图；
图7为本发明实施例提供的又一模块化变流器的拓扑结构示意图；
图8为本发明实施例提供的模块化变流器的切换控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
本发明实施例中的模块化变流器的切换控制方法、装置及风电变流器，获取输入侧设备的瞬时功率和输入侧设备在预设时长内的平均功率，基于平均功率、瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，在变流器包括的多个子变流器模块中选择N个子变流器模块投入使用，并控制断开多个子变流器模块中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块，与输入侧设备和/或输出侧设备的连接。
本发明实施例在确定投入使用的子变流器模块的数量N之后，将投入使用的N个子变流器模块连接在输入侧设备和输出侧设备之间，而控制断开变流器中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块与输入侧设备和/或输出侧设备的连接，也即切除未投入使用的子变流器模块在电气回路上的连接，从而能够有效避免对投入使用的子变流器模块调制时变流器中产生环流，降低变流器内部的热量损耗，提高变流器的转换效率。
另外，本发明实施例获取输入侧设备的瞬时功率和输入侧设备在预设时长内的平均功率，并基于平均功率、瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量，使得投入使用的子变流器模块的数量能够随着输入侧设备的平均功率和/或瞬时功率的改变而改变，不但能够提高变流器在低功率区间的转换效率，提高发电量，而且使得变流器能够更加适应风力发电波动性强的特点，更加适合应用在风力发电机组中。
需要说明的是，本发明实施例提供的模块化变流器的切换控制方案，在电机侧为双绕组或者多绕组时，可以针对每一个电机绕组中的变流器进行切换控制。
下面结合图2-图8对本发明实施例提供的模块化变流器的切换控制方法、装置及风电变流器进行详细说明。
图2示出了本发明实施例提供的模块化变流器的切换控制方法的示意流程图。如图2所示，本发明实施例提供的模块化变流器的切换控制方法，其可以包括：
步骤201，获取输入侧设备的瞬时功率和输入侧设备在预设时长内的平均功率。
本步骤中，输入侧设备是指连接在变流器输入侧的设备，输出侧设备是指连接在变流器输出侧的设备。以风力发电机组中的风电变流器为例，风力发电机组中发电机所产生的电能，通过风电变流器变流之后并入电网，则在此实施例中，风电变流器的输入侧设备为风力发电机组的发电机，风电变流器的输出侧设备为电网。
具体实施时，在获取输入侧设备的瞬时功率和输入侧设备在预设时长内的平均功率时，可以实时获取输入侧设备的瞬时功率和输入设备在预设时长内的平均功率，当然，输入侧设备在预设时长内的平均功率也可以周期性获取，本发明对此不做限定。其中，预设时长可以根据实际需求进行设定，例如，预设时长为10分钟。
步骤202，基于平均功率、瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
实际应用中，变流器的转换效率随着并网功率的下降而下降。如图3所示，以2500千瓦(KW)变流器的转换效率曲线为例，对转换效率与并网功率之间的关系进行说明。
图3中曲线30示出了2500KW变流器的转换效率曲线，从图3中可以看出，当并网功率低于1000KW时，变流器的转换效率明显降低，且随着并网功率的下降，转换效率的下降越明显。这是由于对于2500KW的变流器，当并网功率较小时，一方面电机侧和电网侧的电能质量降低；另一方面，变流器中产生损耗的主要元器件，例如，半导体和电抗器的损耗，并不随着功率的降低线性降低。
下面通过引入负载率的概念来进一步介绍变流器的转换效率。负载率是指并网功率(也即变流器的实际输出功率)与变流器功率之比，仍以图3中示出的2500KW变流器为例，若以负载率的概念来表示变流器的转换效率曲线，则当变流器的实际输出功率为2500KW时，变流器的负载率为100％；当变流器的实际输出功率为1000KW时，变流器的负载率为40％；当变流器的实际输出功率为500KW时，变流器的负载率为20％。
从图3中示出的曲线30可以看出，并网功率与变流器的功率相匹配时，换句话说，变流器的负载率较高时，变流器的转换效率较高，相反地，变流器的负载率较低时，变流器的转换效率较低。
在一个示例中，假设变流器中包括5个子变流器模块，每个子变流器模块的额定功率为500KW。当并网功率较小时，例如，并网功率为300KW时，若变流器中仅投入使用一个子变流器模块，其它子变流器模块不投入使用，此时变流器的功率为500KW，则变流器的负载率为60％，变流器的转换效率处于最高点，接近97.5％。
而如果变流器投入使用全部子变流器模块，则此时变流器的功率为2500KW，并网功率为300KW，变流器的负载率仅为12％，变流器的转换效率处于最低点，仅为92％，与投入使用一个子变流器模块相比，转换效率相差5.5％。
转换效率的差值是由于电路中电气元件的发热而引起的，而电路中电气元件的发热损耗，不仅降低了并网发电量，而且造成散热系统的负担。此外，变流器的滤波参数都是按照额定电流情况设计选择的，在负载率为12％的条件下，滤波效果会比较差，严重影响并网电能质量，干扰电网的正常稳定工作。
鉴于此，本发明实施例基于平均功率、瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，主要针对低并网功率的范围，而在高并网功率的范围，变流器中的多个子变流器模块全部投入使用。
在风力发电的应用中，由于风的波动性和不稳定性，风电变流器的切换控制必须能够适应风力发电的波动性和不稳定性。本发明实施例中，在确定投入使用的子变流器模块的数量时，结合输入侧设备的瞬时功率进行确定，由于输入侧设备的瞬时功率能够反映输入侧设备功率的波动，因此，本发明实施例结合输入侧设备的瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量，在将变流器应用在风电变流器中时，风电变流器将对风力发电的波动性有更好的适应能力。
具体实施时，基于平均功率、瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，包括：在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N；或者基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N；在确定平均功率大于或者等于预设功率阈值，和/或瞬时功率大于或者等于预设功率阈值时，将变流器中包括的子变流器模块全部投入使用。
其中，预设功率阈值可以根据变流器的转换效率曲线进行确定。举例来说，针对2500KW的变流器，从图3中示出的变流器转换效率曲线可以看出，当并网功率高于1200KW时，随着并网功率的增加，变流器的转换效率并无明显提高，而当并网功率低于1200KW时，随着并网功率的降低，变流器的转换效率明显降低，因此，针对2500KW的变流器，其对应的预设功率阈值可以取值为1200KW。
具体实施时，在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值时，若平均功率大于瞬时功率，则基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N；若瞬时功率大于或者等于平均功率时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
具体在基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N时，可以将平均功率与预先确定的每个子变流器模块的额定功率之商的向上取整结果，作为投入使用的子变流器模块的数量N。
同样地，具体在基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率和瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N时，可以将瞬时功率与预先确定的每个子变流器模块的额定功率之商的向上取整结果，作为投入使用的子变流器模块的数量N。
在一个示例中，仍然以变流器中包括5个子变流器模块，每个子变流器模块的额定功率为500KW为例，对本发明实施例中基于平均功率、瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N的过程进行详细说明。其中，预设功率阈值以1200KW为例，输入设备的瞬时功率用P1表示，输入设备的平均功率用P2表示。
如图4所示，在获取瞬时功率P1和平均功率P2之后，针对平均功率P2小于等于400KW的情况，若瞬时功率P1小于等于400KW，此时平均功率P2和瞬时功率P1均小于预设功率阈值，且平均功率大于瞬时功率，则以平均功率P2与每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数目，具体来说，平均功率P2最大值为400KW，每个子变流器模块的额定功率为500KW，则对平均功率P2与子变流器模块的额定功率之商向上取整，结果为1，也即此种情况下，投入1个子变流器模块。
若瞬时功率P1小于等于800KW，此时平均功率P2和瞬时功率P1均小于预设功率阈值，且平均功率小于瞬时功率，则以瞬时功率P1与每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数目，具体来说，瞬时功率P1最大值为800KW，每个子变流器模块的额定功率为500KW，则对瞬时功率P1与子变流器模块的额定功率之商向上取整，结果为2，也即此种情况下，投入2个子变流器模块。
若瞬时功率P1小于等于1200KW，此时平均功率P2和瞬时功率P1均小于预设功率阈值，且平均功率小于瞬时功率，则以瞬时功率P1与每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数目，具体来说，瞬时功率P1最大值为1200KW，每个子变流器模块的额定功率为500KW，则对瞬时功率P1与子变流器模块的额定功率之商向上取整，结果为3，也即此种情况下，投入3个子变流器模块。
若瞬时功率P1大于1200KW，此时平均功率P2小于预设功率阈值，但是瞬时功率大于预设功率阈值，则此种情况下，投入全部子变流器模块，也即投入5个子变流器模块。
与平均功率P2小于400KW的计算方式相同，针对平均功率P2大于400KW，且小于等于800KW的情况，若瞬时功率P1小于等于800KW，则投入2个子变流器模块；若瞬时功率P1小于等于1200KW，则投入3个子变流器模块；若瞬时功率P1大于1200KW，则投入全部子变流器模块。
针对平均功率P2大于800KW，且小于等于1200KW的情况，若瞬时功率P1小于等于1200KW，则投入3个子变流器模块；若瞬时功率P1大于1200KW，则投入全部子变流器模块。
针对平均功率P2大于1200KW的情况，不论瞬时功率P1如何，均投入全部子变流器模块。
步骤203，在变流器包括的多个子变流器模块中选择N个子变流器模块投入使用，并控制断开多个子变流器模块中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块，与输入侧设备和/或输出侧设备的连接。
具体实施时，在步骤202中确定投入使用的子变流器模块的数量N之后，即可在变流器包括的多个子变流器模块中选择N个子变流器模块投入使用，同时为了避免变流器中环流的产生，控制断开多个子变流器模块中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块，与输入侧设备和/或输出侧设备的连接。
本发明实施例中，在变流器中部分子变流器模块投入使用时，控制断开多个子变流器模块中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块，与输入侧设备和/或输出侧设备的连接，不仅可以避免变流器中环流的产生，提高变流器的转换效率，提高发电效率，而且能够使得避免子变流器模块长期处于热备状态，使得子变流器模块可以适当休息，提高子变流器模块的工作寿命。
实际应用中，变流器中子变流器模块的可以输入侧通过开关组件与输入侧设备相连，输出侧直接连接输出侧设备；也可以输入侧直接连接输入侧设备，输出侧通过开关组件与输出侧设备相连，还可以输入侧通过第一开关组件与输入侧设备相连，输出侧通过第二开关组件与输出侧设备相连。
在一个示例中，如图5所示，在图5示出的变流器中，子变流器模块的输入侧通过开关组件(Q11、Q21、Q31……QN1)与输入侧设备相连，而输出侧直接与输出侧设备相连。此示例中，针对投入使用的子变流器模块，闭合子变流器模块与输入侧设备之间的开关组件，针对除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块，断开其与输入侧设备之间的开关组件。
在另一示例中，如图6所示，在图6示出的变流器中，子变流器模块的输入侧直接与输入侧设备相连，输出侧通过开关组件(Q12、Q22、Q32……QN2)与输出侧设备相连。此示例中，针对投入使用的子变流器模块，闭合子变流器模块与输出侧设备之间的开关组件，针对除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块，断开其与输出侧设备之间的开关组件。
此示例中，为满足风电变流器75毫秒(ms)的低电压穿越无功电流的需求，开关组件可以采用双向晶闸管构成的静态开关。具体来说，双向晶闸管构成的静态开关中，晶闸管采用光触发，触发信号由主控制器给出，采用晶闸管可以实现10ms内的快速投入与切除，满足风电变流器75ms的低电压穿越无功电流的需求。
在又一示例中，如图7所示，在图7示出的变流器中，子变流器模块的输入侧通过第一开关组件(Q11、Q21、Q31……QN1)与输入侧设备相连，输出侧通过第二开关组件(Q12、Q22、Q32……QN2)与输出侧设备相连。此示例中，针对投入使用的子变流器模块，闭合子变流器模块与输入侧设备之间的第一开关组件，同时闭合子变流器模块与输出侧设备之间的第二开关组件，针对除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块，断开第一开关组件和/或第二开关组件。
当然，此示例中，为满足风电变流器75毫秒(ms)的低电压穿越无功电流的需求，第二开关组件也可以采用双向晶闸管构成的静态开关。具体来说，双向晶闸管构成的静态开关中，晶闸管采用光触发，触发信号由主控制器给出，采用晶闸管可以实现10ms内的快速投入与切除，满足风电变流器75ms的低电压穿越无功电流的需求。
基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种模块化变流器的切换控制装置。如图8所示，本发明实施例提供的模块化变流器的切换控制装置，包括：
获取模块81，用于获取输入侧设备的瞬时功率和输入侧设备在预设时长内的平均功率。
处理模块82，用于基于平均功率、瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
控制模块83，用于在变流器包括的多个子变流器模块中选择N个子变流器模块投入使用，并控制断开多个子变流器模块中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块，与输入侧设备和/或输出侧设备的连接。
在一个实施方式中，处理模块82具体用于：在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N；或者，在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
在一个实施方式中，处理模块82具体用于：在确定平均功率大于或者等于预设功率阈值，和/或瞬时功率大于或者等于预设功率阈值时，将变流器中包括的子变流器模块全部投入使用。
在一个实施方式中，处理模块82具体用于：在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值，且平均功率大于瞬时功率时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率和平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
在一个实施方式中，处理模块82具体用于：将平均功率与预先确定的每个子变流器模块的额定功率之商的向上取整结果，作为投入使用的子变流器模块的数量N。
在一个实施方式中，处理模块82具体用于：在确定平均功率和瞬时功率均小于预设功率阈值，且瞬时功率大于或者等于平均功率，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率和瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
在一个实施方式中，处理模块82具体用于：将瞬时功率与预先确定的每个子变流器模块的额定功率之商的向上取整结果，作为投入使用的子变流器模块的数量N。
在一个实施方式中，每个子变流器模块通过第一开关组件与输入侧设备相连接，通过第二开关组件与输出侧设备相连接；控制模块83具体用于：控制断开多个子变流器模块中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块中的第一开关组件和/或第二开关组件。
本发明实施例还提供了一种风电变流器，风电变流器中包括多个子变流器模块和本发明上述实施例提供的模块化变流器的切换控制装置。
本发明实施例提供的风电变流器，在确定投入使用的子变流器模块的数量N之后，将投入使用的N个子变流器模块连接在输入侧设备和输出侧设备之间，而控制断开变流器中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块与输入侧设备和/或输出侧设备的连接，也即切除未投入使用的子变流器模块在电气回路上的连接，从而能够有效避免对投入使用的子变流器模块调制时变流器中产生环流，降低变流器内部的热量损耗，提高变流器的转换效率。
另外，本发明实施例提供的风电变流器，获取输入侧设备的瞬时功率和输入侧设备在预设时长内的平均功率，并基于平均功率、瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量，使得投入使用的子变流器模块的数量能够随着输入侧设备的平均功率和/或瞬时功率的改变而改变，不但能够提高变流器在低功率区间的转换效率，提高发电量，而且使得变流器能够更加适应风力发电波动性强的特点，更加适合应用在风力发电机组中。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
需要明确，本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。并且为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明实施例的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。
Claims (16)
1.一种模块化变流器的切换控制方法，用于控制变流器中多个子变流器模块的投入与切除，所述变流器连接在输入侧设备与输出侧设备之间，其特征在于，所述模块化变流器的切换控制方法包括：
获取所述输入侧设备的瞬时功率和所述输入侧设备在预设时长内的平均功率；
基于所述平均功率、所述瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N；
在所述变流器包括的多个子变流器模块中选择N个子变流器模块投入使用，并控制断开所述多个子变流器模块中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块，与所述输入侧设备和/或所述输出侧设备的连接。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述平均功率、所述瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，包括：
在确定所述平均功率和所述瞬时功率均小于预设功率阈值时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与所述平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N；或者，
在确定所述平均功率和所述瞬时功率均小于预设功率阈值时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与所述瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述平均功率、所述瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，包括：
在确定所述平均功率大于或者等于所述预设功率阈值，和/或所述瞬时功率大于或者等于所述预设功率阈值时，将所述变流器中包括的子变流器模块全部投入使用。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述在确定所述平均功率和所述瞬时功率均小于预设功率阈值时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与所述平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，包括：
在确定所述平均功率和所述瞬时功率均小于预设功率阈值，且所述平均功率大于所述瞬时功率时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率和所述平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率和所述平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，包括：
将所述平均功率与所述预先确定的每个子变流器模块的额定功率之商的向上取整结果，作为投入使用的子变流器模块的数量N。
6.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述在确定所述平均功率和所述瞬时功率均小于预设功率阈值时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与所述平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，包括：
在确定所述平均功率和所述瞬时功率均小于预设功率阈值，且所述瞬时功率大于或者等于所述平均功率，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率和所述瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率和所述瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N，包括：
将所述瞬时功率与所述预先确定的每个子变流器模块的额定功率之商的向上取整结果，作为投入使用的子变流器模块的数量N。
8.一种模块化变流器的切换控制装置，用于控制变流器中多个子变流器模块的投入与切除，所述变流器连接在输入侧设备与输出侧设备之间，其特征在于，所述模块化变流器的切换控制装置包括：
获取模块，用于获取所述输入侧设备的瞬时功率和所述输入侧设备在预设时长内的平均功率；
处理模块，用于基于所述平均功率、所述瞬时功率以及预先确定的每个子变流器模块的额定功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N；
控制模块，用于在所述变流器包括的多个子变流器模块中选择N个子变流器模块投入使用，并控制断开所述多个子变流器模块中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块，与所述输入侧设备和/或所述输出侧设备的连接。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：
在确定所述平均功率和所述瞬时功率均小于预设功率阈值时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与所述平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N；或者，
在确定所述平均功率和所述瞬时功率均小于预设功率阈值时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率与所述瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
10.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：
在确定所述平均功率大于或者等于所述预设功率阈值，和/或所述瞬时功率大于或者等于所述预设功率阈值时，将所述变流器中包括的子变流器模块全部投入使用。
11.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：
在确定所述平均功率和所述瞬时功率均小于预设功率阈值，且所述平均功率大于所述瞬时功率时，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率和所述平均功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
12.根据权利要求11所述的控制装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：
将所述平均功率与所述预先确定的每个子变流器模块的额定功率之商的向上取整结果，作为投入使用的子变流器模块的数量N。
13.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：
在确定所述平均功率和所述瞬时功率均小于预设功率阈值，且所述瞬时功率大于或者等于所述平均功率，基于预先确定的每个子变流器模块的额定功率和所述瞬时功率，确定投入使用的子变流器模块的数量N。
14.根据权利要求13所述的控制装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：
将所述瞬时功率与所述预先确定的每个子变流器模块的额定功率之商的向上取整结果，作为投入使用的子变流器模块的数量N。
15.根据权利要求8-14中任一项所述的控制装置，其特征在于，每个子变流器模块通过第一开关组件与所述输入侧设备相连接，通过第二开关组件与所述输出侧设备相连接；
所述控制模块具体用于：
控制断开所述多个子变流器模块中除投入使用的子变流器模块之外的其它子变流器模块中的第一开关组件和/或第二开关组件。
16.一种风电变流器，其特征在于，所述风电变流器中包括多个子变流器模块和权利要求8-15中任一项所述的模块化变流器的切换控制装置。
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