CN108388170A - 具有与远程计算机化系统的改进的通信布置的光伏逆变器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有与远程计算机化系统的改进的通信布置的光伏逆变器。一种用于光伏发电厂的光伏逆变器(1)，所述光伏逆变器包括用于控制所述光伏逆变器的运行的控制单元(2)和用于通过主通信信道(35)与远程计算机化系统(30)通信的主通信端口(21)。光伏逆变器(1)包括用于通过辅助通信信道(45)与远程计算机化系统(30、40)通信的辅助通信端口(22)。所述辅助通信端口具有窄带，使得所述控制单元可以通过所述辅助通信端口(22)仅发送或接收小尺寸数据集(D1、D2)。

Description

具有与远程计算机化系统的改进的通信布置的光伏逆变器
技术领域
本发明涉及用于发电的光伏电厂领域。更具体地，本发明涉及一种光伏逆变器，其包括提供连接性和可靠性方面的性能的与远程计算机化系统的改进的通信布置。
背景技术
如已知的，光伏逆变器是广泛用在光伏发电厂中的电力电子装置，用于根据需要执行由一个或多个光伏面板接收的DC电力到要输送到本地电力负载和/或配电网的AC电力的电力转换。
在许多光伏电厂中，持续地监测所安装的光伏逆变器的性能，以收集要分析和汇总的现场数据(例如，包括与光伏面板或逆变器的运行相关的测量数据和其它有用数据)，以提供与所述装置的运行相关的结构化信息。为此目的，光伏逆变器通常通过有线或无线宽带通信线路链接到公共网关(例如，数据记录器)。后者通过另外的有线或无线宽带通信线路链接到远程通信系统(例如，远程服务器门户)。
将光伏逆变器连接到远程计算机化系统的通信网络是相对复杂的系统，因为它要求各种硬件和软件部件的布置以便正确运行。
由于其固有的复杂性，这种通信网络有时可能出现故障，这可能会造成光伏逆变器与远程计算机化系统之间的通信丢失。
可以容易地理解，追溯这些故障的原因并采取最适当的措施来恢复所述通信网络的正确运行可能是相当困难和耗时的。
作为明显的后果，光伏逆变器可能长时间与远程计算机化系统保持隔离。这种不方便可能会引起对光伏电厂的管理的昂贵的中断。
为了解决上面提到的问题，光伏逆变器常常被配置为当与远程计算机化系统的通信发生故障时在本地存储感兴趣的给定的现场数据。然后，一旦与远程计算机化系统的通信恢复，就将所述现场数据发送到远程计算机化系统。
不幸的是，这种解决方案在效率方面表现出一些限制，并且不能提供任何帮助以立即理解或者甚至预见链接光伏逆变器与远程计算机化系统的通信网络中可能的故障的原因。
出于上面说明的原因，在现有技术的情况下，非常需要简单且廉价的解决方案来确保对所安装的光伏逆变器的监测活动具有给定水平的连续性，并且同时允许收集有用的信息从而对于将所述光伏逆变器链接到远程计算机化系统的宽带通信网络的可能的故障做出反应。
发明内容
为了响应这种需求，本发明提供了如以下权利要求1和相关从属权利要求所述的光伏逆变器。
附图说明
本发明的特征和优点将从对纯粹作为示例而非限制性地示出的优选但非排他的实施例的描述中更清楚地显现，在附图中：
图1-2示意性地示出了根据本发明的控制单元的实现方式的不同示例；
图3示意性地示出了用于监测一个或多个光伏逆变器的运行的计算机化平台的示例。
具体实施方式
参考所提到的附图，本发明涉及光伏逆变器1。
光伏逆变器1适于安装在用于以低电压配电水平发电的光伏电厂(未示出)中。
为了清楚起见，指定术语“低电压”是指低于1kV AC和1.5kV DC的运行电压。
光伏逆变器1具有：DC端口11，旨在与发送由光伏电厂的光伏面板生成的DC电力的DC电力线(未示出)电连接；以及AC端口12，旨在与将AC电力发送到本地电力负载和/或配电网(未示出)的AC电力线(未示出)电连接。
光伏逆变器1具有与DC端口11和AC端口12电连接的电力转换部分13。
电力转换部分13包括合适的电路，以将在DC端口11处的输入端中接收的DC电力转换成在AC端口12处的输出端中提供的AC电力。
一般而言，光伏逆变器1的多数部件(特别是上述电气部件11、12、13)可以是已知的类型，并且为了简洁起见将不再进一步描述。
光伏逆变器1包括适于适当地控制所述光伏逆变器(特别是电力转换部分13)的运行的控制单元2。
控制单元2优选地包括一个或多个计算机化单元(例如，微处理器、DSP等)，以执行数据处理功能。
方便地，控制单元2还可以包括模拟电子电路或其它电子部件(例如，存储存储器)，以执行数据处理功能或其它所请求的功能，以管理光伏逆变器的运行。
光伏逆变器1包括主通信端口21，主通信端口21例如通过专用通信总线可运行地耦合到控制单元2。
光伏逆变器1的主通信端口21被布置为用于通过主通信信道35与远程计算机化系统30通信。
主通信端口21方便地包括模拟和/或数字电路，该模拟和/或数字电路以允许与可运行地连接到它的外部设备进行双向数据交换的方式布置。
在光伏逆变器1的实际实现方式中，主通信端口21可以是与控制单元2集成的电路，或者可以被实现为分离的电子部件。
主通信端口21由控制单元2控制，控制单元2可以根据需要适当地将其激活或停用。显然，当主通信端口21由于某些原因而被停用时，与外部设备的通信被阻止。
优选地，在运行中，控制单元2通常维持主通信端口21的激活。但是，在存在故障的情况下或者为了阻挡来自/去往外部设备的数据流动，控制单元2可以停用主通信端口21。
优选地，主通信端口21是宽带通信端口。
以这种方式，在运行中，控制单元2可以通过主通信端口21发送包括与光伏逆变器1的运行状况相关的信息的大尺寸数据集。
为了清楚起见，“大尺寸”数据集旨在为尺寸高达数百GB的数据集。
主通信端口21可以是有线类型的(例如RS485、CAN、以太网类型等)，或者无线类型的(例如IEEE 802.15.4、ZigBee、蓝牙、Wi-Fi、GSM、GRPS、UMTS、3G、4G、5G类型等)，并且它可以采用各种通信协议(诸如TCP/IP、MODBUS或其它开放或专有通信协议)。
主通信信道35可以是有线类型的(例如RS485、CAN、以太网类型等)，或者无线类型的(例如IEEE 802.15.4、ZigBee、蓝牙、Wi-Fi、GSM、GRPS、UMTS、3G、4G、5G类型等)，并且它可以采用各种通信协议(诸如TCP/IP、MODBUS或其它开放或专有通信协议)。
优选地，主通信信道35包括第一网关350，例如数据记录器，其适于执行对通过通信信道35发送的数据进行适当处理的功能。
优选地，主通信信道35包括将光伏逆变器1的主通信端口21与网关350链接的第一部分351以及将网关350与计算机化系统30链接的第二部分352。
类似于逆变器1的一个或多个另外的逆变器可以通过与主通信信道350类似的对应通信信道连接到网关350。
主通信信道35的部分351、352可以是不同类型的。
作为示例，通信信道35的第一部分351可以是RS485、CAN、以太网、IEEE802.15.4RF、ZigBee、蓝牙类型，而通信信道35的第二部分352可以是Wi-Fi、GSM、GRPS、UMTS、3G、4G、5G类型。
主通信信道35的部分351、352也可以采用不同的通信协议。
作为示例，诸如MODBUS(或其它传统的或类似的开放式通信协议)的通信协议可以用于通信信道35的第一部分351，而如TCIP/IP的协议可以用于通信信道35的第二部分352。
原则上，远程计算机化系统30可以是任何计算机化设备，诸如服务器、台式计算机、掌上型计算机或其它类型的移动计算机化设备。
优选地，远程计算机化系统30是远程服务器门户。
在这种情况下，远程计算机化系统可以采用单个计算机化单元或者可连接到互联网并且彼此交互的多个计算机化单元，例如从而实现云计算架构。作为示例，这种计算机化单元可以配备有用于具有“服务器”类型功能的设备(例如Windows服务器、Windows Azure、Mac OS服务器等)的操作系统。
根据本发明，光伏逆变器1包括辅助通信端口22，辅助通信端口22例如通过专用通信总线可运行地耦合到控制单元2。
光伏逆变器1的辅助通信端口22被布置为通过辅助通信信道45与远程计算机化系统30或40(图1和2)通信。
根据本发明，光伏逆变器1的辅助通信端口22具有窄带，使得控制单元2可以通过所述辅助通信端口仅发送或接收小尺寸数据集。
为了清楚起见，“小尺寸”数据集旨在为具有至多几十字节的尺寸的数据集。
但是，根据本发明的优选实施例，辅助通信端口22是超窄带通信端口。
以这种方式，控制单元2可以通过所述辅助通信端口仅发送或接收很少的字节(例如12字节)的数据集。
辅助通信端口22方便地包括模拟和/或数字电路，该模拟和/或数字电路以允许与可运行地连接到它的外部设备进行双向数据交换的方式布置。
辅助通信端口22由控制单元2控制，控制单元2可以根据需要适当地将其激活或停用。显然，当辅助通信端口22由于某些原因而被停用时，与外部设备的通信被阻止。
根据需要，辅助通信端口22可以是有线或无线类型。作为示例，辅助通信端口22可以是采用SigFOX、LoRA、WEIGHTLESS通信协议的无线通信端口。
根据需要，辅助通信信道45可以是有线或无线类型。
根据本发明的优选实施例，辅助通信信道45至少包括与辅助通信端口22接口连接的窄带部分451。
优选地，通信信道45的所述至少一部分451是超窄带类型，例如采用SigFOX、LoRA、WEIGHTLESS通信协议。
优选地，辅助通信信道45包括第二网关450，例如基站，其适于执行对通过通信信道45发送的数据进行适当处理的功能。
优选地，辅助通信信道45包括将光伏逆变器1的辅助通信端口22与网关450链接的窄带第一部分451以及将网关450与计算机化系统30或40链接的第二部分452。
如上所述，优选地，通信信道的第一部分451是超窄带类型。
通信信道45的第二部分452可以是与第一部分451相同的类型(例如，窄带或超窄带类型)或不同的类型。
作为示例，通信信道45的第二部分452可以是以太网、Wi-Fi、GSM、GRPS、UMTS、3G、4G、5G类型，并且它可以采用TCIP/IP通信协议。
根据本发明的一些实施例，如图1中所示，光伏逆变器1的辅助通信端口22被布置为与不同于上述计算机化系统30的远程计算机化系统40通信。
计算机化系统40可以是任何计算机化设备，诸如服务器、台式计算机、掌上型计算机或其它类型的移动计算机化设备。
根据本发明的优选实施例(图2)，光伏逆变器1的辅助通信端口22被布置为与上述的远程计算机化系统30通信。
优选地，在运行中，控制单元2通过辅助通信端口21发送包括与光伏逆变器1的运行状况相关的信息的小尺寸数据集。
在实践中，控制单元2使用辅助通信端口22来发送与光伏逆变器1的运行状况相关的小的信息内容。
优选地，在运行中，控制单元2通常维持辅助通信端口22停用并且仅在有限的时间间隔内激活它。
方便地，控制单元2仅在发送上述小尺寸数据集或者从计算机化系统30或40接收指令所需的时间间隔内激活辅助通信端口22。
优选地，在运行中，控制单元2根据周期性的时间基准激活辅助通信端口22，以通过所述辅助通信端口发送包括与所述逆变器或所述电厂的运行状况相关的第一预定义信息的一个或多个第一数据集D1。
作为示例，控制单元2可以每天激活一次辅助通信端口22，以发送与所述逆变器或所述电厂的运行状况相关的基本信息，诸如与光伏电厂产生的总能量相关的信息和关于所述电厂的当前功能状态的信息。其它信息可以包括警报消息、警告消息、事件消息、测量数据等。
优选地，在传输第一数据集D1之后，控制单元2在第一预定义时间间隔TW1(例如5分钟)内维持辅助通信端口22活动。
以这种方式，控制单元2可以等待响应于第一数据集D1而从计算机化系统30或40发送的可能的指令。
优选地，如果它在预定义时间间隔TW1内没有接收到指令，则控制单元2停用辅助通信端口22。在这种情况下，优选地，控制单元2将根据上面提到的预定义时间表的时间基准再次激活辅助通信端口22。
优选地，如果它在预定义时间间隔TW1内接收到指令，则控制单元2响应于接收到的指令而执行一个或多个所请求的任务。
优选地，上面提到的所请求的任务包括通过辅助通信端口22立即传输或延迟传输一个或多个第二数据集D2，该一个或多个第二数据集D2包括与所述逆变器或所述电厂的运行状况相关的第二信息。
作为示例，响应于在预定义时间间隔TW1内接收到的指令，控制单元2可以通过辅助通信端口22立即发送第二数据集D2。在发送第二数据集D2之后，控制单元2可以等待进一步的指令或者停用通信端口2等待下一次激活，其中下一次激活将根据上面提到的预定义时间表的时间基准来执行。
作为另一个示例，响应于在预定义时间间隔TW1内接收到的指令，控制单元2可以立即停用通信端口2，等待所请求的延迟时间，然后再次激活通信端口2以发送第二数据集D2。
第二数据集D2可以包括与功率转换处理相关的进一步的信息，例如与光伏逆变器的有功和无功功率设定点、运行参数或光伏逆变器相关的信息，与光伏逆变器或光伏电厂相关的警报等。其它信息可以包括在预付费服务的情况下与通过移动通信信道(3G、4G、5G等)的残余可用流量相关的数据。
第二数据集D2可以还包括与控制单元2的运行状况相关的信息，诸如与通过主通信端口21的连接性的不存在、主通信信道35的不可用性、与主通信信道35的通信参数的改变、在不存在通过主通信端口21的连接性的情况下所存储的现场数据的量等相关的信息。
优选地，上面提到的所请求的任务包括在所请求的时间以及在进一步的预定义时间间隔TW2内激活辅助通信端口22，从而通过所述辅助通信端口接收进一步的指令。
作为示例，响应于在预定义时间间隔TW1内接收到的指令，控制单元2可以立即停用通信端口2，然后在所请求的时间再次激活通信端口2以接收来自计算机化系统30或40的进一步的指令(回调功能)。
优选地，上面提到的所请求的任务包括与对其运行状况的管理或者对光伏逆变器的运行状况的管理相关的控制任务。
作为示例，响应于在预定义时间间隔TW1内接收到的指令，控制单元2可以激活、停用、锁定或解锁主通信端口21或者向光伏逆变器的电力转换部分13提供具体的控制信号，以设置所述电力转换部分的运行。
根据以上所述，显然计算机化单元2、远程计算机化系统30和通信信道35、45形成用于监测光伏逆变器1的运行的计算机化平台100。
在更一般的方面，如图3中所示，根据本发明，本发明因此也涉及用于监测一个或多个光伏逆变器1A...1N(N≥1)的运行的计算机化平台100。
计算机化平台100包括远程计算机化系统30和光伏逆变器1的控制单元2，控制单元2被配置为控制光伏逆变器1的运行。
对于每个光伏逆变器，计算机化平台100包括所述逆变器的主通信端口21以及链接主通信端口21和远程计算机化系统30的主通信信道35。
对于每个光伏逆变器，计算机化平台100包括所述逆变器的窄带辅助通信端口22以及链接光伏逆变器1的辅助通信端口22和远程计算机化系统30的窄带辅助通信信道45。
优选地，辅助通信端口22和辅助通信信道45是超窄带类型。
根据本发明的光伏逆变器1相对于现有技术的装置提供了相关的优点。
光伏逆变器1包括与主通信端口21结合的窄带辅助通信端口22，以与外部计算机化系统30和40通信。
在光伏逆变器1中，当光伏逆变器出于一些原因而不能通过主通信端口21与计算机化系统30通信时，辅助通信端口22可以被用作用于数据传输的备用通信端口。
这一特征确保了对光伏逆变器1的性能的监测活动的最低水平的连续性。
事实上，即使通过主通信端口21的通信出于某些原因是不可能的，光伏逆变器1也可以发送与其运行状况相关的信息。因此，防止了与计算机化系统30的隔离。
当光伏逆变器1出于一些原因而不能通过主通信端口21与计算机化系统30通信时，辅助通信端口22可以被用作紧急通信端口，以用于获取与光伏逆变器的运行状况相关、更多的与主通信端口21和链接到它的主通信信道35的运行状况相关的一些信息。
这一特征允许收集信息以适当地对链接光伏逆变器1和计算机化系统30的主通信网络中的故障作出反应。
辅助通信端口22也可以用于实现管理光伏逆变器的运行中的一些具体功能，诸如控制通过主通信端口21对光伏逆变器1的访问。
在实践中提供辅助通信端口22的布置是相对简单且便宜的，因为通信端口22是窄带类型并且旨在在大部分时间内保持停用。
因此，以与现有技术的光伏逆变器相比有竞争力的成本，光伏逆变器1具有相对容易的工业实现方式。

Claims (13)

1.一种用于光伏发电厂的光伏逆变器(1)，所述光伏逆变器包括用于控制所述光伏逆变器的运行的控制单元(2)和用于通过主通信信道(35)与远程计算机化系统(30)通信的主通信端口(21)，其特征在于所述光伏逆变器包括用于通过辅助通信信道(45)与远程计算机化系统(30、40)通信的辅助通信端口(22)，所述辅助通信端口具有窄带，使得所述控制单元可以通过所述辅助通信端口(22)仅发送或接收小尺寸数据集(D1、D2)。
2.如权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于所述控制单元(2)被配置为通过所述辅助通信端口(22)发送包括与所述逆变器或所述电厂的运行状况相关的信息的小尺寸数据集(D1、D2)。
3.如前述权利要求中的一项或多项所述的光伏逆变器，其特征在于所述控制单元(2)被配置为通常维持所述辅助通信端口(22)停用并且仅在有限的时间间隔内激活所述辅助通信端口。
4.如权利要求3所述的光伏逆变器，其特征在于所述控制单元(2)被配置为根据周期性的时间基准激活所述辅助通信端口(22)，以通过所述辅助通信端口发送一个或多个第一数据集(D1)，所述第一数据集包括与所述逆变器或所述电厂的运行状况相关的第一预定义信息。
5.如权利要求4所述的光伏逆变器，其特征在于所述控制单元(2)被配置为在传输所述一个或多个第一数据集(D1)之后在预定义时间间隔(TW1)内维持所述辅助通信端口(22)活动。
6.如权利要求5所述的光伏逆变器，其特征在于所述控制单元(2)被配置为如果在所述预定义时间间隔(TW1)内没有接收到指令，则停用所述辅助通信端口(22)。
7.如权利要求5所述的光伏逆变器，其特征在于所述控制单元(2)被配置为响应于在所述预定义时间间隔(TW1)内接收到的指令而执行一个或多个请求的任务。
8.如权利要求7所述的光伏逆变器，其特征在于所述请求的任务包括通过所述辅助通信端口立即传输或延迟传输一个或多个第二数据集(D2)，所述第二数据集包括与所述逆变器或所述电厂的运行状况相关的第二信息。
9.如权利要求7至8中的一项或多项所述的光伏逆变器，其特征在于所述请求的任务包括在请求的时间以及在进一步的预定义时间间隔(TW2)内激活所述辅助通信端口(22)以通过所述辅助通信端口接收进一步的指令。
10.如权利要求7至9中的一项或多项所述的光伏逆变器，其特征在于所述请求的任务包括与对所述控制单元和/或所述逆变器的运行的管理相关的控制任务。
11.如前述权利要求中的一项或多项所述的光伏逆变器，其特征在于所述主通信端口(21)是宽带通信端口。
12.如前述权利要求中的一项或多项所述的光伏逆变器，其特征在于所述辅助通信端口(22)是超窄带通信端口。
13.一种计算机化平台(100)，用于监测如权利要求1至12中的一项或多项所述的一个或多个光伏逆变器(1A、1N)的运行，其特征在于所述计算机化平台(100)包括：
-远程计算机化系统(30)；
-包括在所述光伏逆变器中的一个或多个控制单元(2)，以控制所述光伏逆变器的运行；
-对于每个光伏逆变器，包括所述光伏逆变器的主通信端口(21)以及链接所述主通信端口(21)和所述远程计算机化系统的主通信信道(35)；
-对于每个光伏逆变器，包括所述光伏逆变器的窄带辅助通信端口(22)以及链接所述辅助通信端口(22)和所述远程计算机化系统的窄带辅助通信信道(45)。
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