本發(fā)明涉及電力電子設(shè)備控制，特別是涉及一種逆變器控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、逆變器作為現(xiàn)代電力電子設(shè)備中至關(guān)重要的組成部分，廣泛應(yīng)用于可再生能源系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。其主要功能是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，并根據(jù)電網(wǎng)條件進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，確保電能輸出的質(zhì)量和穩(wěn)定性。隨著可再生能源的快速發(fā)展，逆變器在電力系統(tǒng)中的角色日益重要，尤其是在太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域。為了提高逆變器的運(yùn)行效率，減少損耗，并保障電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，逆變器的控制與管理技術(shù)不斷得到發(fā)展。近年來(lái)，隨著智能化、數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步，逆變器的控制方法逐步向集成化、智能化方向發(fā)展，尤其是結(jié)合深度學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等技術(shù)，推動(dòng)了能源管理與調(diào)度系統(tǒng)的升級(jí)。

2、傳統(tǒng)的逆變器控制技術(shù)大多基于硬件控制和簡(jiǎn)易的算法實(shí)現(xiàn)。大多數(shù)逆變器依賴(lài)于脈寬調(diào)制(pwm)技術(shù)進(jìn)行控制，通過(guò)調(diào)節(jié)逆變器輸出的電壓、頻率和相位來(lái)滿(mǎn)足電網(wǎng)需求。這些傳統(tǒng)控制方法雖然能在一定程度上保證逆變器的基本功能，但在應(yīng)對(duì)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)波動(dòng)、負(fù)載變化及電能質(zhì)量要求時(shí)，往往顯得不足。首先，傳統(tǒng)逆變器難以在復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的功率管理，尤其是在電壓波動(dòng)、負(fù)載變化或電網(wǎng)異常情況下，容易出現(xiàn)功率損失或電能質(zhì)量問(wèn)題。其次，傳統(tǒng)的保護(hù)機(jī)制僅限于電氣保護(hù)方面，未能考慮到電磁兼容和網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，導(dǎo)致逆變器在面對(duì)外部干擾或網(wǎng)絡(luò)攻擊時(shí)的安全性較差。最后，傳統(tǒng)逆變器的優(yōu)化調(diào)度機(jī)制通常缺乏智能化，無(wú)法根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)或能源供需動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出功率，從而限制了能源利用效率和經(jīng)濟(jì)效益的提升。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)逆變器面臨的主要問(wèn)題是無(wú)法在電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)載變化情況下高效、穩(wěn)定地運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種逆變器控制系統(tǒng)，通過(guò)智能化的控制、優(yōu)化、調(diào)度和安全保護(hù)機(jī)制，不僅顯著提升逆變器的性能和效率，還為可再生能源的高效利用、節(jié)能減排和電力系統(tǒng)的可靠性提供了保障。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種逆變器控制系統(tǒng)，包括：分布式智能節(jié)點(diǎn)、智能控制模塊、智能反饋調(diào)節(jié)模塊、智能能源互聯(lián)與調(diào)度模塊、智能能效評(píng)估與優(yōu)化模塊；

4、所述分布式智能節(jié)點(diǎn)，用于采集目標(biāo)部件的傳感器數(shù)據(jù)并獲取故障信號(hào)，根據(jù)所述傳感器數(shù)據(jù)啟動(dòng)或停止逆變器、調(diào)節(jié)工作頻率，將所述故障信號(hào)傳輸至主控器；

5、所述智能控制模塊，用于接收所述分布式智能節(jié)點(diǎn)采集的所述傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)所述傳感器數(shù)據(jù)，生成最優(yōu)的功率控制指令對(duì)所述逆變器進(jìn)行控制，并進(jìn)行與外部設(shè)備通信的管理；

6、所述智能反饋調(diào)節(jié)模塊，用于將所述傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，獲取所述逆變器運(yùn)行信息，根據(jù)所述逆變器運(yùn)行信息獲取最優(yōu)的控制策略對(duì)所述逆變器進(jìn)行控制；

7、所述智能能源互聯(lián)與調(diào)度模塊，用于采集分布式能源的信息，根據(jù)所述分布式能源的信息獲取全局最優(yōu)的能源調(diào)度策略，根據(jù)所述全局最優(yōu)的能源調(diào)度策略對(duì)所述逆變器進(jìn)行控制；

8、所述智能能效評(píng)估與優(yōu)化模塊，用于對(duì)所述逆變器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取對(duì)所述逆變器的能效等級(jí)進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)逆變器的控制參數(shù)和運(yùn)行模式進(jìn)行優(yōu)化。

9、可選的，所述智能控制模塊包括微處理器和fpga；

10、所述微處理器包括數(shù)據(jù)接收單元、計(jì)算單元和通信管理單元，所述數(shù)據(jù)接收單元用于接收所述分布式智能節(jié)點(diǎn)采集的所述傳感器數(shù)據(jù)，所述計(jì)算單元，用于獲取電網(wǎng)的電壓、電流和頻率數(shù)據(jù)，計(jì)算所述最優(yōu)的功率控制指令，對(duì)所述逆變器進(jìn)行控制，所述通信管理單元，用于利用所述fpga進(jìn)行數(shù)據(jù)的加密解密以及外部設(shè)備的通信接口控制；

11、所述fpga，用于生成脈沖寬度調(diào)制信號(hào)控制逆變器輸出電壓、對(duì)各模塊間交互及存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)加密解密及控制與與外部設(shè)備的通信接口。

12、可選的，計(jì)算所述最優(yōu)的功率控制指令，生成最優(yōu)的功率控制指令對(duì)所述逆變器進(jìn)行控制包括：

13、基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論和空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)，計(jì)算所述逆變器的有功功率和無(wú)功功率，其中，所述空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)采用扇區(qū)劃分方法和矢量選擇策略；

14、根據(jù)所述逆變器的有功功率和無(wú)功功率，結(jié)合電網(wǎng)的電壓波動(dòng)、頻率變化以及負(fù)載的動(dòng)態(tài)特性，獲取所述最優(yōu)的功率控制指令；

15、同時(shí)采用功率因數(shù)動(dòng)態(tài)校正算法，對(duì)所述逆變器的輸出功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

16、可選的，采用功率因數(shù)動(dòng)態(tài)校正算法，對(duì)所述逆變器的輸出功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)整包括：

17、所述功率因數(shù)動(dòng)態(tài)校正算法基于模糊控制理論，根據(jù)電網(wǎng)電壓、電流的相位差和無(wú)功功率的大小，對(duì)所述逆變器的輸出電流相位進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述逆變器的輸出功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

18、可選的，將所述傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，獲取所述逆變器運(yùn)行信息包括：

19、基于卡爾曼濾波的融合算法將所述傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)融合，獲取融合數(shù)據(jù)；

20、將所述融合數(shù)據(jù)輸入預(yù)訓(xùn)練的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，獲取所述逆變器運(yùn)行信息，其中所述預(yù)訓(xùn)練的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合構(gòu)建由訓(xùn)練集訓(xùn)練獲得，所述訓(xùn)練集包括歷史融合數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的運(yùn)行工況和負(fù)載類(lèi)型。

21、可選的，所智能能源互聯(lián)與調(diào)度模塊包括本地能源管理單元和中央?yún)f(xié)調(diào)單元；

22、所述本地能源管理單元，用于對(duì)本地的分布式能源資源、儲(chǔ)能系統(tǒng)和逆變器進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，采集能源生產(chǎn)、存儲(chǔ)和消耗信息并上傳至所述中央?yún)f(xié)調(diào)單元；

23、所述中央?yún)f(xié)調(diào)單元，用于根據(jù)能源生產(chǎn)、存儲(chǔ)、消耗信息和電價(jià)信息，采用混合整數(shù)線性規(guī)劃算法獲取全局最優(yōu)的能源調(diào)度策略，并下發(fā)至各個(gè)所述本地能源管理單元，以控制逆變器功率。

24、可選的，所述智能能效評(píng)估與優(yōu)化模塊包括：能效等級(jí)評(píng)估單元和優(yōu)化單元；

25、所述能效等級(jí)評(píng)估單元，用于根據(jù)逆變器的輸入功率和輸出功率的比值評(píng)估所述能效等級(jí)；

26、所述優(yōu)化單元，用于結(jié)合遺傳算法和粒子群優(yōu)化算法對(duì)所述逆變器的控制參數(shù)組合進(jìn)行優(yōu)化，并結(jié)合所述能效等級(jí)評(píng)估單元獲取在不同運(yùn)行條件下判斷逆變器是否達(dá)到最佳運(yùn)行效率，其中遺傳算法用于全局優(yōu)化，搜索逆變器控制參數(shù)的最優(yōu)解，所述粒子群優(yōu)化算法則用于局部?jī)?yōu)化，調(diào)整控制參數(shù)。

27、可選的，結(jié)合遺傳算法和粒子群優(yōu)化算法對(duì)所述逆變器的控制參數(shù)組合進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)為：

28、f(x)＝α·e(x)+β·h(x)

29、其中，f(x)為目標(biāo)函數(shù)，x為控制參數(shù)的優(yōu)化解，e(x)為能量效率，h(x)為諧波失真，α和β分別為能量效率和諧波失真對(duì)優(yōu)化結(jié)果的權(quán)重系數(shù)。

30、可選的，所述系統(tǒng)還包括安全保護(hù)模塊，所述安全保護(hù)模塊包括：電氣安全保護(hù)單元、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)單元、電磁兼容保護(hù)單元和網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)單元；

31、所述電氣安全保護(hù)單元，用于通過(guò)零序電流互感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)漏電電流，當(dāng)電流超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，切斷電路；

32、所述過(guò)壓過(guò)流保護(hù)單元，用于通過(guò)采樣電阻和快速比較器，對(duì)電路中的電壓和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)過(guò)壓或過(guò)流時(shí)，觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作；

33、所述電磁兼容保護(hù)單元，用于采用多層金屬屏蔽材料阻擋外界電磁干擾，并且在內(nèi)部電路中使用共模電感和差模電容組合的濾波電路對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行濾除；

34、所述網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)單元，用于采用aes與ecc結(jié)合的加密通信協(xié)議對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中各模塊間傳輸?shù)目刂浦噶睢⒈O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

35、本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明一體化智能控制架構(gòu)結(jié)合多核處理器與fpga技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)逆變器的精確監(jiān)控和高速數(shù)據(jù)處理。通過(guò)分布式智能節(jié)點(diǎn)的協(xié)作，系統(tǒng)具備快速響應(yīng)和高可靠性的特點(diǎn)，尤其是在復(fù)雜電網(wǎng)條件下，確保逆變器始終處于最佳工作狀態(tài)。這種架構(gòu)提升了逆變器的工作穩(wěn)定性和適應(yīng)性，避免了因數(shù)據(jù)處理滯后或故障響應(yīng)不及時(shí)而造成的系統(tǒng)失效或能源損失。

36、動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)功率管理體系結(jié)合瞬時(shí)無(wú)功功率理論和svpwm技術(shù)，能夠在電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的情況下精確控制逆變器的輸出功率，減少無(wú)功功率的傳輸損耗，優(yōu)化電能質(zhì)量。此外，智能反饋調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用多傳感器融合和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，對(duì)逆變器的運(yùn)行工況進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，確保其在各種負(fù)載條件下都能維持高效、穩(wěn)定的工作。

37、智能能效評(píng)估與優(yōu)化模塊通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)逆變器的輸入輸出功率和轉(zhuǎn)換效率，結(jié)合遺傳算法與粒子群優(yōu)化算法的聯(lián)合優(yōu)化，使逆變器在不同負(fù)載條件下始終保持在最佳效率點(diǎn)附近，最大限度地減少能源損耗。優(yōu)化后的控制參數(shù)不僅提高了能量轉(zhuǎn)換效率，還降低了諧波失真，提升了電能質(zhì)量，減少了對(duì)電網(wǎng)的污染，為節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)做出了貢獻(xiàn)。

38、全方位安全防護(hù)架構(gòu)從電氣安全、電磁兼容和網(wǎng)絡(luò)安全等多個(gè)層面提供保障。漏電保護(hù)、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)、抗電磁干擾設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)安全措施，確保逆變器在各種極端環(huán)境下都能安全運(yùn)行，并能夠快速響應(yīng)故障情況，防止設(shè)備損壞或系統(tǒng)失效，提升了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

39、智能能源互聯(lián)與調(diào)度模塊通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將逆變器與分布式能源資源、儲(chǔ)能系統(tǒng)及電網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)，結(jié)合實(shí)時(shí)電價(jià)和能源供需情況，自動(dòng)調(diào)度和優(yōu)化能源分配。該模塊不僅提升了能源利用的效率，還在電力系統(tǒng)負(fù)荷高峰時(shí)，合理調(diào)度儲(chǔ)能系統(tǒng)或調(diào)整逆變器的輸出功率，幫助平衡電網(wǎng)負(fù)荷，減少能源浪費(fèi)，提高了能源的經(jīng)濟(jì)效益。

40、通過(guò)分布式智能節(jié)點(diǎn)和深度學(xué)習(xí)的反饋控制，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)識(shí)別故障并進(jìn)行預(yù)警。通過(guò)自適應(yīng)調(diào)整控制策略，確保逆變器即使在遭遇故障或異常工況時(shí)，也能快速恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。這種智能化的故障診斷與自愈能力大大提高了系統(tǒng)的容錯(cuò)性和可靠性，減少了人為干預(yù)的需求，提高了運(yùn)維效率。

41、本系統(tǒng)采用的模塊化設(shè)計(jì)和基于分布式架構(gòu)的智能控制平臺(tái)，使得系統(tǒng)具備很好的可擴(kuò)展性。隨著技術(shù)的發(fā)展和需求的變化，新的智能控制算法、優(yōu)化模型或設(shè)備可以無(wú)縫集成到系統(tǒng)中，確保方案能夠適應(yīng)未來(lái)能源管理技術(shù)的變化，具備較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。

42、綜上所述，本發(fā)明通過(guò)智能化的控制、優(yōu)化、調(diào)度和安全保護(hù)機(jī)制，不僅顯著提升了逆變器的性能和效率，還為可再生能源的高效利用、節(jié)能減排和電力系統(tǒng)的可靠性提供了保障。