CN110768291B - 一种风电变流器冗余控制方法及使用该方法的风电变流器 - Google Patents
一种风电变流器冗余控制方法及使用该方法的风电变流器 Download PDFInfo
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Abstract
一种风电变流器，包括：主控模块、多个控制模块、多个功率模块，每个所述控制模块分别与所述主控模块电连接，每个所述控制模块分别与各所述功率模块电连接。本发明的风电变流器可以在主控制模块故障或其与主控模块之间的通信故障时，设置其他优先级最高的且能正常工作的控制模块为主控制模块，进而使风电变流器继续正常工作，不会出现因主控制模块故障或其与主控模块之间的通信故障而使所有的功率模块都停止工作的情况、不会使整个风电变流器的瘫痪，故本发的风电变流器可靠性高。本发明还提供一种提高可靠性的风电变流器冗余控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电控制技术领域，特别是涉及一种风电变流器冗余控制方法及使用该方法的风电变流器。
背景技术
风力发电以其无污染和可再生性，日益受到世界各国的重视，风能也成为保持增长最快的能源。风电变流器是将风力发电机输出的电压幅值、频率变化的电能转换为恒压、恒频的交流电能的装置，是风力发电系统中的一个重要部件。
现有技术的风电变流器包括主控模块、一个控制模块、多个功率模块，主控模块控制控制模块工作，控制模块同时控制多个功率模块工作。当控制模块出现故障时，所有的功率模块都停止工作，即造成整个风电变流器的瘫痪停机。因此，现有技术的风电变流器容易造成整个风电变流器的故障停机，可靠性非常差。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种可靠性高的风电变流器。
一种风电变流器，其特征在于，包括：主控模块、多个控制模块、多个功率模块，每个所述控制模块分别与所述主控模块电连接，每个所述控制模块分别与各所述功率模块电连接；所述主控模块，用于设置所述控制模块的优先级、检测所述控制模块的工作状态、并实时根据其工作状态和优先级设置情况将能正常工作且优先级最高的所述控制模块设置为主控制模块、并向设置为主控制模块的所述控制模块发送控制信号；所述控制模块，用于接收所述主控模块的控制信号后分别向所有所述功率模块发送控制信号；所述功率模块，用于接收所述控制模块的控制信号并根据所接收的控制信号工作；所述控制模块的工作状态包括检测所述控制模块本身是否故障、所述控制模块与所述主控模块之间通信是否故障。
优选地，上述主控模块包括：优先级设置单元，用于设置所述控制模块优先级别的优先级设置单元；检测单元，用于检测所述控制模块工作状态；主控设置单元，用于接收所述检测单元的检测信号并判断设置为主控制模块的所述控制模块工作是否正常、如该控制模块故障或与所述主控模块之间通信故障时按所述优先级设置单元设置的优先级顺序重新将其他所述控制模块设置为主控制模块；第一控制单元，用于向设置为主控制模块的所述控制模块发送控制信号；所述控制模块包括：第一信号接收单元，用于接收所述主控模块的控制信号；第二控制单元，用于根据所述第一信号接收单元所接收的控制信号控制所有所述功率模块工作。
优选地，上述风电变流器还包括与所述功率模块一一对应的备用功率模块，每个所述备用功率模块分别与所有所述控制模块电连接，所述控制模块还包括：故障检测单元，用于当设置为主控制模块时检测所述功率模块是否故障、及与所述功率模块之间的通信是否故障；第三控制单元，用于接收所述故障检测单元的检测信号、若所述功率模块故障或其与所述控制模块之间通信故障时向其对应的所述备用功率模块发送控制信号。
本发明还提供一种提高可靠性的风电变流器冗余控制方法，包括以下步骤：a、主控模块设置所有控制模块的优先级，并将优先级最高的所述控制模块设置为主控制模块；b、所述主控模块向设置为主控制模块的所述控制模块发送控制信号；c、设置为主控制模块的所述控制模块接收控制信号后向所有功率模块发送控制信号；d、所述功率模块根据所接收控制信号工作；e、所述主控模块检测设置为主控制模块的所述控制模块的工作状态，并实时根据其工作状态和优先级设置情况将能正常工作且优先级最高的所述控制模块设置为主控制模块，返回步骤b；所述控制模块的工作状态包括检测所述控制模块本身是否故障、所述主控模块与所述控制模块通信是否故障。
优选地，其中所述步骤e具体包括当所述主控模块检测到设置为主控制模块的所述控制模块本身故障或其与所述主控模块通信故障时，根据所述控制模块优先级设置情况将下一个优先级最高的所述控制模块设置为主控制模块。
优选地，其中所述步骤d之后还包括设置为主控制模块的所述控制模块检测所有所述功率模块是否故障，若故障时，向故障功率模块对应的备用功率模块发送控制信号，所述备用功率模块根据所接收的控制信号工作。
优选地，其中所述步骤d之后还包括设置为主控制模块的所述控制模块检测其与所述功率模块之间的通信是否故障，若通信故障时，向通信故障的所述功率模块对应的备用功率模块发送控制信号，所述备用功率模块根据所接收的控制信号工作。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明的风电变流器的包括一个主控模块、多个结构一样的控制模块和多个功率模块，每个控制模块分别与主控模块电连接，每个控制模块分别与各功率模块电连接。
运行时，先在主控模块内设置所有控制模块的优先级，并将优先级最高的控制模块设置为主控制模块；主控模块向设置为主控制模块的控制模块发送控制信号，控制主控制模块工作；主控制模块接收到主控模块发送的控制信号后，向所有的功率模块发送控制信号，所有的功率模块接收到主控制模块发送的控制信号后根据该控制信号工作。
在运行的同时，主控模块实时检测主控制模块的工作状态，检测主控制模块本身是否故障、主控模块与控制模块之间的通信是否故障。如果发现主控制模块工作正常，则不需要更改设置主控制模块；如果检测发现主控制模块故障或主控制模块与控制模块之间的通信故障，则主控模块根据控制模块的优先级顺序，将下一个优先级最高(即第二优先级)的控制模块设置为主控制模块，将控制信号发送给新设置的主控制模块；新设置的主控模块接替原来的主控模块工作，接收到主控模块发送的控制信号后，向所有的功率模块发送控制信号，控制所有的功率模块工作。当主控模块检测到新设置的主控制模块本身故障或其与主控模块之间的通信故障时，主控模块会根据控制模块的优先级设置，将第三优先级的控制模块设置为主控制模块，将控制信号发送给第三优先级的主控制模块，以此类推，当前面优先级的控制模块故障或通信故障时，按优先级别将下一个最高优先级的控制模块设置为主控制模块。
因此，本发明的风电变流器和风电变流器冗余控制方法可以在主控制模块故障或其与主控模块之间的通信故障时，设置其他优先级最高的且能正常工作的控制模块为主控制模块，进而使风电变流器继续正常工作，不会出现因主控制模块故障或其与主控模块之间的通信故障而使所有的功率模块都停止工作的情况、不会使整个风电变流器的瘫痪，故本发的风电变流器和风电变流器冗余控制方法可靠性高。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明的一种风电变流器的第一种实施方式的结构示意图；
图2是本发明的一种风电变流器的第二种实施方式的结构示意图；
图3是本发明的一种风电变流器的第三种实施方式的结构示意图；
图4是本发明的一种风电变流器冗余控制方法的第一种实施方式的流程图；
图5是本发明的一种风电变流器冗余控制方法的第二种实施方式的流程图。
具体实施方式
结合以下实施例和附图对本发明作进一步描述：
一种风电变流器，如图1所示，包括：主控模块10、多个控制模块20、多个功率模块30，每个控制模块20分别与主控模块10电连接，每个控制模块20分别与各功率模块30电连接；主控模块10，用于设置控制模块20的优先级、检测控制模块20的工作状态、并实时根据其工作状态和优先级设置情况将能正常工作且优先级最高的控制模块20设置为主控制模块20、并向设置为主控制模块20的控制模块20发送控制信号；控制模块20，用于接收主控模块10的控制信号后分别向所有功率模块30发送控制信号；功率模块30，用于接收控制模块20的控制信号并根据所接收的控制信号工作；控制模块20的工作状态包括检测控制模块20本身是否故障、控制模块20与主控模块10之间通信是否故障。
本发明的风电变流器的包括一个主控模块10、多个结构相同的控制模块20和多个功率模块30，每个控制模块20分别与主控模块10电连接，每个控制模块20分别与各功率模块30电连接。
运行时，先在主控模块10内设置所有控制模块20的优先级，并将优先级最高的控制模块20设置为主控制模块20；主控模块10向设置为主控制模块20的控制模块20发送控制信号，控制主控制模块20工作；主控制模块20接收到主控模块10发送的控制信号后，向所有的功率模块30发送控制信号，所有的功率模块30接收到主控制模块20发送的控制信号后根据该控制信号工作。
在运行的同时，主控模块10实时检测主控制模块20的工作状态，检测主控制模块20本身是否故障、主控模块10与控制模块20之间的通信是否故障。如果发现主控制模块20工作正常，则不需要更改设置主控制模块20；如果检测发现主控制模块20故障或主控制模块20与控制模块20之间的通信故障，则主控模块10根据控制模块20的优先级顺序，将下一个优先级最高(即第二优先级)的控制模块20设置为主控制模块20，将控制信号发送给新设置的主控制模块20；新设置的主控制模块20接替原来的主控制模块20工作，接收到主控模块10发送的控制信号后，向所有的功率模块30发送控制信号，控制所有的功率模块30工作。当主控模块10检测到新设置的主控制模块20本身故障或其与主控模块10之间的通信故障时，主控模块10会根据控制模块20的优先级设置，将第三优先级的控制模块20设置为主控制模块20，将控制信号发送给第三优先级的主控制模块20，以此类推，当前面优先级的控制模块20故障或通信故障时，按优先级别将下一个最高优先级的控制模块20设置为主控制模块20。
因此，本发明的风电变流器可以在主控制模块20故障或其与主控模块10之间的通信故障时，设置其他优先级最高的且能正常工作的控制模块20为主控制模块20，进而使风电变流器继续正常工作，不会出现因主控制模块20故障或其与主控模块10之间的通信故障而使所有的功率模块30都停止工作的情况、不会使整个风电变流器的瘫痪，故本发的风电变流器和风电变流器冗余控制方法可靠性高。
作为本发明的风电变流器的第二种实施方式，如图2所示，在本发明的风电变流器的第一种实施方式的结构基础上，主控模块10包括：优先级设置单元11，用于设置控制模块20优先级别的优先级设置单元11；检测单元12，用于检测控制模块20工作状态；主控设置单元13，用于接收检测单元12的检测信号并判断设置为主控制模块20的控制模块20工作是否正常、如该控制模块20故障或与主控模块10之间通信故障时按优先级设置单元11设置的优先级顺序重新将其他控制模块20设置为主控制模块20；第一控制单元14，用于向设置为主控制模块20的控制模块20发送控制信号；控制模块20包括：第一信号接收单元21，用于接收主控模块10的控制信号；第二控制单元22，用于根据第一信号接收单元21所接收的控制信号控制所有功率模块30工作。
运行时，先在主控模块10的优先级设置单元11内设置所有控制模块20的优先级，并将优先级最高的控制模块20设置为主控制模块20；主控模块10的第一控制单元14向设置为主控制模块20的控制模块20发送控制信号，控制主控制模块20工作；设置为主控制模块20的控制模块20的第一信号接收单元21接收主控模块10的控制信号后，第二控制单元22向所有的功率模块30发送控制信号；最后，所有的功率模块30接收到设置为主控制模块20的控制模块20发送的控制信号后根据该控制信号工作。
在运行的同时，主控模块10的检测单元12实时检测设置为主控制模块20的控制模块20的工作状态，检测该主控制模块20本身是否故障、主控模块10与控制模块20之间的通信是否故障。如果发现主控制模块20工作正常，则不需要更改设置主控制模块20；如果检测发现主控制模块20故障或主控制模块20与控制模块20之间的通信故障，则主控模块10的主控设置单元13根据优先级设置单元11内的控制模块20的优先级顺序，将下一个优先级最高(即第二优先级)的控制模块20设置为主控制模块20，主控模块10的第一控制单元14将控制信号发送给新设置的主控制模块20；新设置的主控制模块20接替原来的主控制模块20工作，接收到主控模块10的第一控制单元14发送的控制信号后，控制所有的功率模块30工作。
当主控模块10的检测单元12检测到新设置的主控制模块20本身故障或其与主控模块10之间的通信故障时，主控模块10的主控设置单元13会根据控制模块20的优先级设置单元11的优先级设置，将第三优先级的控制模块20设置为主控制模块20，将控制信号发送给第三优先级的主控制模块20，以此类推，当前面优先级的控制模块20故障或通信故障时，按优先级别将下一个最高优先级的控制模块20设置为主控制模块20。
因此，本发明的风电变流器可以在主控制模块20故障或其与主控模块10之间的通信故障时，设置其他优先级最高的且能正常工作的控制模块20为主控制模块20，进而使风电变流器继续正常工作，所有控制模块20均可以根据需要设置为主控模块10，多重保障，不会出现因主控制模块20故障或其与主控模块10之间的通信故障而使所有的功率模块30都停止工作的情况、不会使整个风电变流器的瘫痪，故本发明的风电变流器可靠性高。
作为本发明的风电变流器的第三种实施方式，如图3所示，在本发明的风电变流器的第二种实施方式的结构基础上，风电变流器还包括与功率模块30一一对应的备用功率模块40，每个备用功率模块40分别与所有控制模块20电连接，控制模块20还包括：故障检测单元23，用于当设置为主控制模块20时检测功率模块30是否故障、及与功率模块30之间的通信是否故障；第三控制单元24，用于接收故障检测单元23的检测信号、若功率模块30故障或其与控制模块20之间通信故障时向其对应的备用功率模块40发送控制信号。
图3中，每个控制模块20的内部结构一样，因篇幅的原因，图3中只画出第一个控制模块20的内部结构，其余控制模块20的结构与第一个控制模块20的结构一样。
风电变流器的第三种实施方式，因每个备用功率模块40分别与所有控制模块20电连接，设置为主控制模块20的控制模块20的故障检测单元23检测功率模块30是否故障、及其与功率模块30之间的通信是否故障，第三控制单元24接收故障检测单元23的检测信号、若其中一个功率模块30故障或主控制模块20与功率模块30之间的通信故障时向该功率模块30对应的备用功率模块40发送控制信号，此时，备用功率模块40替代故障功率模块30工作。
因此，本发明的风电变流器在功率模块30出现故障、或主功率模块30与功率模块30之间的通信故障时，控制模块20可以向故障或通信故障的功率模块30对应的备用功率模块40发送控制信号，该备用功率模块40可以接收到控制信号正常工作，不会出现风电变流器减载运行的情况，进而提高了本发明的风电变流器的可靠性。
作为本发明的一种提高可靠性的风电变流器冗余控制方法的第一种实施方式，如图4所示，包括以下步骤：
101、主控模块设置所有控制模块的优先级，并将优先级最高的控制模块设置为主控制模块；
102、主控模块向设置为主控制模块的控制模块发送控制信号；
103、设置为主控制模块的控制模块接收控制信号后向所有功率模块发送控制信号；
104、功率模块根据所接收控制信号工作；
105、主控模块检测设置为主控制模块的控制模块的工作状态，并实时根据其工作状态和优先级设置情况将能正常工作且优先级最高的控制模块设置为主控制模块，返回步骤102；
其中，控制模块的工作状态包括检测控制模块本身是否故障、主控模块与控制模块通信是否故障。
具体地，步骤105具体包括当主控模块检测到设置为主控制模块的控制模块本身故障或其与主控模块通信故障时，根据控制模块优先级设置情况将下一个优先级最高的控制模块设置为主控制模块。
本发明的风电变流器冗余控制方法可以在主控制模块故障或其与主控模块之间的通信故障时，设置其他优先级最高的且能正常工作的控制模块为主控制模块，由新设置的主控制模块控制所有的功率模块工作，进而使风电变流器继续正常工作，不会出现因主控制模块故障或其与主控模块之间的通信故障而使所有的功率模块都停止工作的情况、不会使整个风电变流器的瘫痪，故本发明风电变流器冗余控制方法可靠性高。
作为本发明的一种提高可靠性的风电变流器冗余控制方法的第二种实施方式，如图5所示，具体包括包括以下步骤：
201、主控模块设置所有控制模块的优先级，并将优先级最高的控制模块设置为主控制模块；
202、主控模块向设置为主控制模块的控制模块发送控制信号；
203、设置为主控制模块的控制模块接收控制信号后向所有功率模块发送控制信号；
204、功率模块根据所接收控制信号工作；
205、设置为主控制模块的控制模块检测所有功率模块是否故障，若故障时，向故障功率模块对应的备用功率模块发送控制信号，备用功率模块根据所接收的控制信号工作；
206、设置为主控制模块的控制模块检测其与功率模块之间的通信是否故障，若通信故障时，向通信故障的功率模块对应的备用功率模块发送控制信号，备用功率模块根据所接收的控制信号工作；
207、主控模块检测设置为主控制模块的控制模块的工作状态，并实时根据其工作状态和优先级设置情况将能正常工作且优先级最高的控制模块设置为主控制模块，返回步骤202；
其中，控制模块的工作状态包括检测控制模块本身是否故障、主控模块与控制模块通信是否故障。
因此，本发明的风电变流器冗余控制方法可以在设置为主控制模块的控制模块故障或其与主控模块之间的通信故障时，设置其他优先级最高的且能正常工作的控制模块为主控制模块，进而使风电变流器继续正常工作，所有控制模块均可以根据需要设置为主控模块，多重保障，不会出现因主控制模块故障或其与主控模块之间的通信故障而使所有的功率模块都停止工作的情况、不会使整个风电变流器的瘫痪。
本发明的风电变流器冗余控制方法可以在功率模块故障或功率模块与主控制模块之间的通信出现故障时，调动主控制模块向该故障或通信故障的功率模块对应的备用功率模块发送控制信号，确保备用功率模块可以接收到控制信号正常工作，不会出现风电变流器减载运行的情况。
因此，本发明的风电变流器冗余控制方法可靠性非常高，能满足用户的使用需求。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (3)
1.一种风电变流器，其特征在于，包括：主控模块、多个控制模块、多个功率模块，每个所述控制模块分别与所述主控模块电连接，每个所述控制模块分别与各所述功率模块电连接；
所述主控模块，用于设置所述控制模块的优先级、检测所述控制模块的工作状态、并实时根据其工作状态和优先级设置情况将能正常工作且优先级最高的所述控制模块设置为主控制模块、并向设置为主控制模块的所述控制模块发送控制信号；
所述控制模块，用于接收所述主控模块的控制信号后分别向所有所述功率模块发送控制信号；
所述功率模块，用于接收所述控制模块的控制信号并根据所接收的控制信号工作；
所述控制模块的工作状态包括检测所述控制模块本身是否故障、所述控制模块与所述主控模块之间通信是否故障；
所述主控模块包括：
优先级设置单元，用于设置所述控制模块优先级别的优先级设置单元；
检测单元，用于检测所述控制模块工作状态；
主控设置单元，用于接收所述检测单元的检测信号并判断设置为主控制模块的所述控制模块工作是否正常、如该控制模块故障或与所述主控模块之间通信故障时按所述优先级设置单元设置的优先级顺序重新将其他所述控制模块设置为主控制模块；
第一控制单元，用于向设置为主控制模块的所述控制模块发送控制信号；
所述控制模块包括：
第一信号接收单元，用于接收所述主控模块的控制信号；
第二控制单元，用于根据所述第一信号接收单元所接收的控制信号控制所有所述功率模块工作；
所述风电变流器还包括与所述功率模块一一对应的备用功率模块，每个所述备用功率模块分别与所有所述控制模块电连接，所述控制模块还包括：
故障检测单元，用于当设置为主控制模块时检测所述功率模块是否故障、以及与所述功率模块之间的通信是否故障；
第三控制单元，用于接收所述故障检测单元的检测信号、若所述功率模块故障或其与所述控制模块之间通信故障时向其对应的所述备用功率模块发送控制信号。
2.一种采用权利要求1所述的风电变流器的风电变流器冗余控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、主控模块设置所有控制模块的优先级，并将优先级最高的所述控制模块设置为主控制模块；
b、所述主控模块向设置为主控制模块的所述控制模块发送控制信号；
c、设置为主控制模块的所述控制模块接收控制信号后向所有功率模块发送控制信号；
d、所述功率模块根据所接收控制信号工作；
e、所述主控模块检测设置为主控制模块的所述控制模块的工作状态，并实时根据其工作状态和优先级设置情况将能正常工作且优先级最高的所述控制模块设置为主控制模块，返回步骤b；
所述控制模块的工作状态包括检测所述控制模块本身是否故障、所述主控模块与所述控制模块通信是否故障；
其中所述步骤e具体包括当所述主控模块检测到设置为主控制模块的所述控制模块本身故障或其与所述主控模块通信故障时，根据所述控制模块优先级设置情况将下一个优先级最高的所述控制模块设置为主控制模块；
其中所述步骤d之后还包括设置为主控制模块的所述控制模块检测所有所述功率模块是否故障，若故障时，向故障的所述功率模块对应的备用功率模块发送控制信号，所述备用功率模块根据所接收的控制信号工作。
3.根据权利要求2所述的一种风电变流器冗余控制方法，其特征在于：其中所述步骤d之后还包括设置为主控制模块的所述控制模块检测其与所述功率模块之间的通信是否故障，若通信故障时，向通信故障的所述功率模块对应的备用功率模块发送控制信号，所述备用功率模块根据所接收的控制信号工作。
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