一种供电系统和功率变换器的制作方法

本技术涉及电力，并且更具体地，涉及一种供电系统和功率变换器。

背景技术：

1、电力系统自动故障记录已成为分析系统事故，特别是分析继电保护动作行为的重要依据。尤其是故障录波，故障录波是一种基于故障录波信息的电网故障诊断系统，可在电网发生故障时，自动准确地记录故障前后过程的电气量的变化情况，通过对电气量的分析和比较，可以对各种故障点进行准确定位及快速排除，有效提高电力系统安全运行水平。但是目前电网发生故障时，故障录波装置在生成录波文件后存储在功率变换器处，运维人员需要前往各设备所在的现场，通过数字采集设备分别获取故障录波文件，在巡检导出日志后汇总所有故障录波数据，再由专业技术人员对数据进行人工分析，定位故障点和原因，以便维修人员对故障点进行维修以排除故障。随着电力系统的覆盖范围越来越大和设备越来越多，收集各设备故障录波数据进行故障分析排除需要耗费大量时间，导致恢复供电时间长，还浪费大量人力物力。因此，如何提高故障录波分析的效率是需要解决的问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种供电系统和功率变换器，通过功率变换器检测故障并记录录波数据，实时上传，故障录波数据逐级上报，实现电站级整体故障录波分析，减少人为巡检导出日志和专业技术人员分析电网事件的时间，便于快速定位电网事件原因，提高了电网故障分析报告的能力和效率。

2、第一方面，本技术提供了一种供电系统，供电系统包括站控制器和多个子阵，每个子阵包括多台功率变换器和一台子阵数据采集单元。功率变换器用于将来自光伏组件或储能装置的直流电转换为交流电并输入电网，功率变换器包括输出端和通信接口，功率变换器还用于通过通信接口将电网发生故障时的录波数据上传至功率变换器所在子阵的子阵数据采集单元，录波数据包括功率变换器的输出端输出的电压和输出电流信息。子阵数据采集单元用于收集并上传子阵数据采集单元所在子阵内多台功率变换器上传的电网发生故障时的录波数据，站控制器用于收集并存储多个子阵数据采集单元上传电网发生故障时的录波数据。

3、功率变换器包括光伏逆变器和储能变流器，分别用于将光伏组件和储能装置输送的直流电转换为交流电，并将该交流电输送至电网。值得一提的是，本技术提供的供电系统既可以纯光系统，即功率变换器只包括光伏逆变器，也可以是纯储系统，即功率变换器只包括储能变流器，还可以是光储系统，即功率变换器包括储能变流器和光伏逆变器。

4、功率变换器具备故障检测功能和故障录波功能，当功率变换器检测到电网发生故障，例如低电压穿越、高电压穿越等，功率变换器自动进入录波状态，记录录波数据。功率变换器及时上传录波数据，不占用本地存储空间，可以减少功率变换器芯片资源占用。

5、供电系统中同个子阵内的多台功率变换器的交流输出端连接同一台箱式变电站，子阵数据采集单元可以位于箱式变电站，并与功率变换器的通信接口连接实现通信。多台功率变换器实时上传录波数据至子阵数据采集单元，子阵数据采集单元在收集子阵内多台功率变换器上传的录波数据后，并将在子阵内多台功率变换器上传的录波数据上传至站控制器。站控制器对供电系统中各个子阵中的功率变换器进行综合控制和管理。站控制器收集并存储多个子阵数据采集单元上传的电网发生故障时的录波数据。站控制器获取供电系统中所有功率变换器记录的录波数据，实现站级故障录波文件存储，从而可以直接进行查看和分析。

6、现有技术中，当电网出现故障时，功率变换器输出的电压或电流会发生变化，功率变换器虽然可以记录自身的输出电压和输出电流信息，但由于功率变换器的分布式设置，难以根据单台功率变换器记录的故障录波数据，对比不同功率变换器的故障响应情况。本技术的功率变换器通过逐级上报故障录波数据，并在站控制器汇集所有故障录波数据，充分利用组串式供电系统的架构，不需要额外增加录波设备，实现电站级整体故障录波存储和分析，在站控制器处可以得到各个功率变换器内部的输出电压和输出电流并对比不同设备的故障响应情况。

7、当前运维人员可以通过数字采集设备逐一从功率变换器的故障录波设备中读取故障录波文件，并将所有录波文件汇总后进行分析，根据故障录波数据进行故障点的准确定位，排除电网故障以尽快恢复系统运行。但是随着供电系统和电网规模的增大，局部电网故障可能引起的事故的概率和波及范围扩大的概率也大大提高。同时供电系统中越来越多的设备也使得电网在发生故障时产生的信息量大大增加，客观上会增加运维人员收集故障录波数据、处理故障以及恢复供电所需的时间。因此本技术通过站控制器获取所有功率变换器的故障录波数据，可以有效减少人为巡检导出日志和专业技术人员分析电网事件的时间，同时将所有故障录波数据统一存储，可以减少功率变换器的本地存储空间，节省人力物力。

8、在一种实现方式中，录波数据还包括电网发生故障时功率变换器开始记录的第一时刻和结束记录的第二时刻，当子阵内多台功率变换器上传的录波数据包括的第一时刻不同或第二时刻不同，子阵数据采集单元用于统一第一时刻和第二时刻，使子阵数据采集单元上传至站控制器的多台功率变换器的录波数据包括的第一时刻相同且第二时刻相同。

9、多台功率变换器会根据各自的系统时间记录录波数据。录波数据中的输出电压和输出电流信息会有相对应的时刻信息。录波数据还包括功率变换器开始记录的第一时刻和结束记录的第二时刻。子阵数据采集单元在收集了子阵内多台功率变换器的录波数据后需要进行对时操作。录波数据对时操作是指确保多台功率变换器记录的事件数据时间保持一致。在多台功率变换器同时记录事件故障数据时，确保这些数据的时间一致性可以帮助更好地进行数据对比和分析，提高数据的一致性和可比性。

10、根据本技术的方案，对多台功率变换器的录波数据进行对时操作，保证了录波数据的准确性和可靠性，准确的录波数据对时可以有效帮助对电网事件进行分析和故障诊断。

11、在一种实现方式中，子阵数据采集单元还用于生成子阵分析报告，子阵分析报告用于表征子阵数据采集单元所在子阵内多台功率变换器上传的录波数据，子阵分析报告包括故障类型，故障类型用于指示电网发生单相短路、两相短路、三相短路、高电压运行、缺相运行或电网跳闸中的至少之一。

12、子阵数据采集单元根据故障录波数据的波形和特征判断发生故障的类型包括单相短路、两相短路、三相短路、高电压运行、缺相运行或电网跳闸，该故障类型可以是根据故障录波数据显示的状态等分析得到的。子阵分析报告可以用于显示对子阵内的录波数据的分析结果。

13、根据本技术的方案，子阵数据采集单元具备自动生成电网故障分析报告的能力，对故障录波数据进行快速分析后，将分析结果以报告的形式直观展现，有利于提高电网故障分析报告的能力，快速解析故障类型，有利于更早恢复供电。

14、在一种实现方式中，站控制器还用于生成站级分析报告，站级分析报告用于表征多个子阵数据采集单元上传的录波数据，站级分析报告包括位置信息，位置信息用于指示故障发生在供电系统内或者供电系统外。

15、站控制器在收集到多个子阵数据采集单元上传的录波数据后，可以根据每个子阵上传的故障录波数据自动生成站级分析报告。站控制器可以通过预设的算法或模型根据不同子阵记录的故障录波数据的差异确认故障发生的位置是场站内或者场站外。

16、根据本技术的方案，站控制器具备自动生成电网故障分析报告的能力，对故障录波数据进行快速分析后，将分析结果以报告的形式直观展现，有利于提高电网故障分析报告的能力，快速定位故障，有利于更早恢复供电。

17、在一种实现方式中，站级分析报告还包括故障类型，故障类型用于指示电网发生单相短路、两相短路、三相短路、高电压运行、缺相运行或电网跳闸中的至少之一。

18、站控制器根据故障录波数据的波形和特征判断发生故障的类型包括单相短路、两相短路、三相短路、高电压运行、缺相运行或电网跳闸，该故障类型可以是根据故障录波数据显示的状态等分析得到的。站级分析报告可以用于显示对电站内的录波数据的分析结果。

19、根据本技术的方案，站控制器具备自动生成电网故障分析报告的能力，对故障录波数据进行快速分析后，将分析结果以报告的形式直观展现，有利于提高电网故障分析报告的能力，快速解析故障类型，有利于更早恢复供电。

20、在一种实现方式中，当子阵数据采集单元所在子阵内大于第一预设比例的功率变换器所上传的录波数据指示电网的三相电压不对称跌落，且三相电压跌落期间电网的正序电压低于0.9标幺值且不低于0.5标幺值，故障类型指示电网发生单相短路，第一预设比例大于或等于80％且小于或等于100％。

21、示例性地，第一预设比例可以设定为90％。

22、当子阵数据采集单元所在子阵内超过第一预设比例的功率变换器记录到电网的三相电压不对称跌落，即电网的三相电压幅值或者相位出现不均衡下降，或者电网的三相电压中有的相电压下降，有的相没有下降或反而上升时，并且在电网的三相电压不对称跌落期间，电网的三相电压的正序电压低于0.9标幺值且不低于0.5标幺值时，判定电网发生单相短路故障。

23、在一种实现方式中，当子阵数据采集单元所在子阵内大于第一预设比例的功率变换器所上传的录波数据指示电网的三相电压不对称跌落，且三相电压跌落期间电网的正序电压低于0.4标幺值，故障类型指示电网发生两相短路，第一预设比例大于或等于80％且小于或等于100％。

24、当子阵数据采集单元所在子阵内超过第一预设比例的功率变换器记录到电网的三相电压不对称跌落，并且在电网的三相电压不对称跌落期间，电网的三相电压的正序电压低于0.4标幺值时，判定电网发生两相短路故障。

25、在一种实现方式中，当子阵数据采集单元所在子阵内大于第一预设比例的功率变换器所上传的录波数据指示电网的三相电压对称跌落，且三相电压跌落期间电网的正序电压低于0.9标幺值，故障类型指示电网发生三相短路，第一预设比例大于或等于80％且小于或等于100％。

26、当子阵数据采集单元所在子阵内超过第一预设比例的功率变换器记录到电网的三相电压对称跌落，并且在电网的三相电压对称跌落期间，电网的三相电压的正序电压低于0.9标幺值时，判定电网发生三相短路故障。

27、根据本技术的方案，根据故障录波数据记录的电网的三相电压的不同特征，判定电网发生的具体故障，有利于提高电网故障分析报告的能力，快速解析故障类型，有利于更早恢复供电。

28、在一种实现方式中，当子阵数据采集单元上传的录波数据指示大于第二预设比例的子阵数据采集单元记录到电网发生单相短路、两相短路、三相短路、高电压运行、缺相运行或电网跳闸中的至少之一，且子阵数据采集单元均没有记录到电网跳闸故障，位置信息指示故障发生在供电系统外，第二预设比例大于或等于80％且小于或等于100％。示例性地，第二预设比例可以设定为90％。

29、当电网和供电系统不同位置发生故障时，子阵数据采集单元所在子阵内的功率变换器记录到的电网的三相电压会有不同的特征，根据不同子阵上传的故障录波数据的不同，可以判定故障发生的位置。

30、站控制器收集到的所有子阵数据采集单元上传的录波数据中，超过第二预设比例的子阵数据采集单元记录到电网发生单相短路故障，且没有子阵数据采集单元记录到电网跳闸。此时位置信息指示单相短路故障发生在供电系统外。

31、在一种实现方式中，当子阵数据采集单元上传的录波数据指示大于第二预设比例的子阵数据采集单元记录到电网发生单相短路、两相短路、三相短路、高电压运行或缺相运行中的至少之一，且故障结束后有小于第三预设比例的子阵数据采集单元记录到电网跳闸故障，位置信息指示故障发生在供电系统内，第二预设比例大于或等于80％且小于或等于100％，第三预设比例大于或等于40％且小于或等于60％。

32、示例性地，第三预设比例可以设定为50％。

33、站控制器收集到的所有子阵数据采集单元上传的录波数据中，超过第二预设比例的子阵数据采集单元记录到发生单相短路、两相短路、三相短路、高电压运行或缺相运行中的至少之一，并且在故障结束后，有至少一台子阵数据采集单元记录到电网跳闸，且记录到电网跳闸的子阵数据采集单元的比例少于第三预设比例。此时位置信息指示故障发生在供电系统内，具体位置为记录到电网跳闸的子阵数据采集单元所在子阵联络线。

34、根据本技术的方案，根据不同子阵内的故障录波数据记录的故障特征，判定发生故障的位置信息，有利于提高电网故障分析报告的能力，快速解析故障类型，有利于更早恢复供电。

35、第二方面，本技术提供了一种应用于供电系统的功率变换器，供电系统包括站控制器和多个子阵，每个子阵包括功率变换器和子阵数据采集单元。功率变换器用于将来自光伏组件或储能装置的直流电转换为交流电并输入电网，功率变换器包括输出端和通信接口，功率变换器还用于通过通信接口将电网发生故障时的录波数据上传至功率变换器所在子阵的子阵数据采集单元，录波数据包括功率变换器的输出端输出的电压和输出电流信息。功率变换器用于上传的电网发生故障时的录波数据至子阵数据采集单元，以通过子阵数据采集单元将电网发生故障时的录波数据进一步上传到站控制器。

36、其它方面的有益效果可以参考第一方面描述的有益效果，此处不再赘述。