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一种多端口电能路由器控制系统技术方案

技术编号:22567648 阅读:54 留言:0更新日期:2019-11-16 13:10
本发明专利技术提出了一种多端口电能路由器控制系统,包括三层结构,第一层为模块控制器部分;第二层为端口控制器部分;第三层为由网络交换机、上位机和综自系统组成的部分,上位机和综自系统处于并列关系,各自通过网络交换机与各端口控制器进行数据交互。设置有同步控制器,保证各端口控制器、各模块控制器全局同步运行;各端口控制器之间采用光纤互连,实现系统分散控制,能有效减少数据传输时延,使控制和保护更加及时。通过扩展专用通信接口和同步时钟,实现多台电能路由器同步互联运行,提高电能路由器的容量和可靠性;通过优化多台电能路由器各端口的功率流向和配额,提高系统效率,实现电能路由器的集群控制。

A control system of multi port power router

The invention proposes a multi port electric energy router control system, which includes a three-layer structure, the first layer is a module controller part, the second layer is a port controller part, and the third layer is a part composed of a network switch, an upper computer and an integrated self-system. The upper computer and the integrated self-system are in a parallel relationship, and each of them interacts with each port controller through a network switch. A synchronous controller is set to ensure the global synchronous operation of each port controller and each module controller; the optical fiber interconnection is used between each port controller to realize the decentralized control of the system, which can effectively reduce the data transmission delay and make the control and protection more timely. Through the expansion of special communication interface and synchronous clock, the synchronous interconnection operation of multiple power routers is realized, and the capacity and reliability of power routers are improved; through the optimization of power flow direction and quota of each port of multiple power routers, the system efficiency is improved, and the cluster control of power routers is realized.

【技术实现步骤摘要】
一种多端口电能路由器控制系统
本专利技术涉及电力电子设备
,特别涉及一种多端口电能路由器控制系统。
技术介绍
近年来,化石能源紧缺和环境污染问题日益突出,发展分布式可再生能源已成为推进我国能源转型的重要途径。随着可再生能源发电的渗透率日益增加,分布式发电的广泛普及以及以IT类负载、变频空调及电动汽车等为代表的广义直流用能设备比例快速升高,输配电系统的规模越来越庞大,传统电力系统由于在组网架构上的局限性已无法满足需求,电网的柔性互联和运行将越来越受到重视。新一代电力系统将会以可再生能源和清洁能源发电为主,骨干电源与分布式电源结合,主干电网与局域配电网、微电网相结合,由各电能自治单元通过对等互联形成一个开放、互联、分享的体系,要求具备精确、连续、快速、灵活的调控手段,要求信息和电能的高度融合,并向着“源-网-荷-储”协调优化运行的新阶段发展,成为未来能源互联网的核心和纽带。新一代电力系统的结构增加了各分布式网络间的柔性互联,这对电力电子变换装置提出了新的要求,电能路由器(ElectricalEnergyRouter,以下简称EER)应运而生,它是一种多端口、多级联、多流向和多功能形态的电力电子变换器,作为面向能源互联网、能源微网和分布式能源的关键设备,通过它可像当前Internet中信息的发布和共享一样实现电能的调度和分配。多端口EER在配用电网中应用前景广阔。图1和图2所示为两种典型的配/用双极混联四端口EER,具备10kV高压交流(highvoltagealternatingcurrent,以下简称HVAC)、10kV高压直流(highvoltagedirectcurrent,以下简称HVDC)、380V低压交流(lowvoltagealternatingcurrent,以下简称LVAC)和750V低压直流(lowvoltagedirectcurrent,以下简称LVDC)四个端口,各个端口的变流器采用模块化设计,由多个子模块构成。其中,在图1所示的四端口EER内部,各端口通过高频变压器(highfrequencytransformer,以下简称HFT)绕组互联,构成一种具有高频交流汇集母线的结构;而图2所示的四端口EER中各端口采用直流母线相连,具备公共直流母线。在共直流母线的多端口EER中,各端口的控制相对独立,而与之不同的是,对于图1所示的基于交流汇集母线的EER,需要调节端口之间的移相角度差才能实现两个端口之间的功率流动,因此,端口之间存在强耦合,这对控制系统提出了更高要求。另外,在某些应用场合,需要采用多台EER互联运行,构成EER集群系统,如图3所示,如何提高EER控制系统的扩展性能,使其既能满足单台EER多个端口的控制要求,还能兼具系统集群控制能力,对于提高换流装置的扩容性、可靠性和用能效率至关重要。针对四端口EER,传统的控制系统通常采用集中式或分布式结构。如图4所示,每个端口设有1个端口控制器,由1台上位机监控四个端口控制器,上位机作为主机,其它4个端口控制器作为从机,构成“1拖4”的分布式架构。同时,上位机还与综自系统进行信息交互。该控制系统架构存在如下缺陷:(1)采用“1拖4”的分布式架构,端口控制器相互之间不能直接进行信息交互,各端口的启动、停止、故障处理等均由上位机控制。每个端口需要将自身的实时状态和故障信息上报给上位机,上位机再根据这些状态和故障信息决定各个端口的下一步运行。整个控制流程繁琐,而且端口之间信息的交互存在较大延迟,容易出现保护不及时、控制不流畅等问题。(2)采用主从控制方式,可靠性较差,若上位机故障或上位机与端口控制器之间通信中断,系统将无法工作,甚至可能会造成严重事故。(3)综自系统不能和端口控制器直接进行通信,需经过上位机节点,这样会造成端口控制保护不及时。(4)采用“1拖4”的分布式架构和主从控制方式,不适用于EER集群控制。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术提出了一种多端口电能路由器控制系统,包括三层结构,第一层为模块控制器部分;第二层为端口控制器部分;第三层为由网络交换机、上位机和综自系统组成的部分,所述上位机和所述综自系统处于并列关系,各自通过所述网络交换机与各端口控制器进行数据交互;其特征在于:该控制系统还设置有同步控制器,用于实现全局同步控制;所述各端口控制器之间采用光纤互连,用于实现系统分散控制;每个所述端口控制器设置有独立的外部通信接口,所述同步控制器提供外部同步信号,用于实现系统的集群控制。进一步,所述上位机和所述综自系统只负责监视和控制参数、指令的下发,对所述电能路由器的各个端口的运行逻辑不起约束作用。进一步,通过光纤互连的各所述端口控制器没有主机和从机之分,所述电能路由器任一端口离线后,不影响所述电能路由器其它端口运行;所述电能路由器任一端口通过互连光纤将自身的运行状态、故障信息和控制参数告知所述电能路由器其它端口。进一步,根据所述电能路由器的其它端口的状态可以确定所述电能路由器的任一端口的下一个运行状态,实现多个端口依次有序启动和停机;根据所述电能路由器其它端口的故障信息可以判断所述电能路由器任一端口是否需要闭锁脉冲;通过交互控制参数,可以协同多个端口的闭环控制,减缓暂态过程中的能量冲击。进一步,所述同步控制器通过光纤接口为各所述端口控制器及所有所述模块控制器提供全局同步时钟信号,保证各所述各端口控制器控制算法同步计算、控制指令同步下发以及数据同步有序传递。进一步,在基于交流汇集母线的多端口电能路由器中,所述全局同步时钟信号为各端口提供移相基准。进一步,在基于交流汇集母线的电能路由器中,设置有唯一的主电源端口,工作在功率跟随模式,该端口的移相角与所述全局同步时钟一致,作为其它端口的移相基准。进一步,所述主电源端口首先启动,最后停机。进一步,当设置的所述唯一的主电源故障时,根据所述全局同步时钟信号和所述各端口的工作模式,及时将另外一个端口的工作模式转为功率跟随,同时将所述另外一个端口的移相角度改为与所述同步时钟一致,即将所述另外一个端口改为主电源端口,实现主电源端口的无缝切换,保证系统的移相基准不丢失。进一步,所述各端口控制器具有独立的光纤通信接口,可与外部电能路由器端口直接通信,所述同步控制器将全局同步时钟信号引入所述外部电能路由器,实现多台电能路由器同步互联运行,通过有序调节所述多台电能路由器的各端口的功率流向及配额,选择最优能量路由路径,实现所述多端口电能路由器的集群控制。本专利技术具有以下的优点:(1)所提控制系统架构分层明确,上位机和综自系统对系统的运行不起决定性作用,各端口控制器地位相等,系统中没有主机和从机之分。(2)各端口控制器之间通过互连光纤直接通信,系统运行和保护逻辑由各端口控制器协同控制。相对主从控制方式,数据传输时延减少,控制和保护更加及时,且任意端口离线或故障不影响系统运行,可靠性显著增强。(3)通过同步控制器向各端口控制器和模块控制器提供统一同步时钟信号,所有控制器在同步时钟下实现全局本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种多端口电能路由器控制系统,包括三层结构,第一层为模块控制器部分;第二层为端口控制器部分;第三层为由网络交换机、上位机和综自系统组成的部分,所述上位机和所述综自系统处于并列关系,各自通过所述网络交换机与各端口控制器进行数据交互;其特征在于:该控制系统还设置有同步控制器,用于实现全局同步控制;所述各端口控制器之间采用光纤互连,用于实现系统分散控制;每个所述端口控制器设置有独立的外部通信接口,所述同步控制器提供外部同步信号,用于实现系统的集群控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种多端口电能路由器控制系统,包括三层结构,第一层为模块控制器部分;第二层为端口控制器部分;第三层为由网络交换机、上位机和综自系统组成的部分,所述上位机和所述综自系统处于并列关系,各自通过所述网络交换机与各端口控制器进行数据交互;其特征在于:该控制系统还设置有同步控制器,用于实现全局同步控制;所述各端口控制器之间采用光纤互连,用于实现系统分散控制;每个所述端口控制器设置有独立的外部通信接口,所述同步控制器提供外部同步信号,用于实现系统的集群控制。


2.根据权利要求1所述一种多端口电能路由器控制系统,其特征在于:所述上位机和所述综自系统只负责监视和控制参数、指令的下发,对所述电能路由器的各个端口的运行逻辑不起约束作用。


3.根据权利要求1所述一种多端口电能路由器控制系统,其特征在于:通过光纤互连的各所述端口控制器没有主机和从机之分,所述电能路由器任一端口离线后,不影响所述电能路由器其它端口运行;所述电能路由器任一端口通过互连光纤将自身的运行状态、故障信息和控制参数告知所述电能路由器其它端口。


4.根据权利要求3所述一种多端口电能路由器控制系统,其特征在于:根据所述电能路由器的其它端口的状态可以确定所述电能路由器的任一端口的下一个运行状态,实现多个端口依次有序启动和停机;根据所述电能路由器其它端口的故障信息可以判断所述电能路由器任一端口是否需要闭锁脉冲;通过交互控制参数,可以协同多个端口的闭环控制,减缓暂态过程中的能量冲击。


5.根据权利要求1所述一种多端口电能路由器控制系统,其特征在于:所...

【专利技术属性】
技术研发人员:文武松张春朋赵争鸣莫昕李凯蔡伟谦袁立强陈凯楠
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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