一种换流阀晶闸管级接口等效装置及方法与流程

本发明属于电力电子领域，具体涉及一种换流阀晶闸管级接口等效装置及方法。

背景技术：

阀控系统是高压直流输电换流阀的核心部件，用于监控和保护晶闸管，并且进行数据采集和数据处理。采用阀控系统测试平台不仅可以缩短直流系统中阀控系统的调试时间、减少因阀控系统问题导致的换流站非计划停机次数，创造更多经济效益，而且可以提高阀控系统可靠性，减少设备维护及故障造成的硬件更换次数，降低设备运行及软硬件维护成本。

现有的阀控测试平台的阀基电子设备vbe与晶闸管触发和监测单元ttm之间的接口功能，普遍采用数字仿真平台来验证。虽然该方法具有灵活方便、成本低的特点，但光电转换接口装置模拟ttm存在一些缺陷：一是缺少重要的ttm装置，不能实现全部晶闸管级接口1:1测试，难以准确测试vbe通信软件的误码率和极限传输能力；二是vbe和ttm之间的接口功能通过独立的试验平台完成，而且是开环试验系统，无法完整等效vbe的各种工况和接口特性；三是当前测试平台采用数字仿真设备模拟换流阀，仅能实现阀控系统简化配置下的功能测试；四是参与试验的vbe软硬件配置与实际工程间的差别较大，无法实现vbe系统工程软硬件配置下的测试，工况模拟不全面，易导致工程现场系统联调或工程投运后出现问题。因此，现有的试验平台vbe系统工程等效性低，无法完全模拟实际vbe系统的软硬件及接口逻辑。

技术实现要素：

本发明为解决目前的测试平台采用数字仿真设备模拟换流阀，导致工况模拟不全面、测试不充分的问题，提出一种换流阀晶闸管级接口等效装置及方法，达到了vbe系统工程配置下所有数据通道功能及可靠性验证的目的，使得vbe软硬件功能和可靠性测试更全面。

本发明提供的一种换流阀晶闸管级接口等效装置，包括：阀基电子设备vbe触发监测板、直流换流阀晶闸管级等效电路和监测单元ttm板；

所述直流换流阀晶闸管级等效电路分别与阀基电子设备vbe触发监测板和监测单元ttm板连接；

所述直流换流阀晶闸管级等效电路包括晶闸管级阻尼均压回路等效单元和换流阀晶闸管级接口等效单元。

所述晶闸管阻尼均压回路等效单元包括串联的阻尼回路和均压电路。

所述阻尼回路包括并联的阻尼电阻r1、r2和串联的阻尼电容rc与阻尼电阻rf；

所述阻尼电容rc与阻尼电阻rf串联后与阻尼电阻r1、r2并联。

所述均压电路包括串联的均压电阻r3、r4。

所述换流阀晶闸管级接口等效单元包括：主控板、监测单元ttm接口等效板、电源板、背板和灯板；

所述主控板、监测单元ttm等效板、灯板之间的信号通过背板连接；

所述电源板分别与所述主控板、监测单元ttm接口等效板、背板和灯板连接。

所述主控板包括：dsp芯片、fpga芯片、按照hdlc协议与控制保护系统通信的收发光纤、hdlc热备用通道、监测单元ttm触发和回报信号通道、监测单元ttm触发和回报信号热备用通道和冗余冷备用通道。

所述监测单元ttm接口等效板包括：fpga芯片、背板通信编解码模块、阀基电子设备vbe回报信号编码模块、阀基电子设备vbe触发信号解码模块、对端/本地监测模块、同步状态机模块以及与阀基电子设备vbe触发监测板的触发、接收通道1:1对应的光纤通道；

所述电源板为所述主控板、监测单元ttm接口等效板、背板和灯板供电。

本发明提供一种换流阀晶闸管级接口等效方法，包括：

直流换流阀晶闸管级等效电路分别与阀基电子设备vbe触发监测板和监测单元ttm板连接；

所述直流换流阀晶闸管级等效电路的晶闸管级阻尼均压回路等效单元为监测单元ttm板提供工作电源并为监测单元ttm板提供晶闸管电压的测量采样，模拟监测单元ttm板真实运行工况；

所述直流换流阀晶闸管级等效电路的换流阀晶闸管级接口等效单元用于等效阀基电子设备vbe的工况和接口特性。

所述换流阀晶闸管级接口等效单元的电源板为换流阀晶闸管级接口等效单元的主控板、监测单元ttm接口等效板和灯板供电；

主控板解析控制保护系统下发的换流阀故障工况模拟指令并上报阀控系统晶闸管触发信号的监测报文；

监测单元ttm接口等效板将监测单元ttm板回报的光信号分光复用处理后分别发送给阀基电子设备vbe触发监测板和级联的换流阀晶闸管级接口等效设备，识别阀基电子设备vbe触发监测板的触发光纤信号并通过换流阀晶闸管级接口等效单元的灯板指示触发信号状态。直流换流阀晶闸管级等效主要包括晶闸管级阻尼均压回路等效和换流阀晶闸管级接口等效两部分。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的技术方案，将直流换流阀晶闸管级接口等效为晶闸管级阻尼均压回路等效单元和换流阀晶闸管级接口等效单元，解决了现有阀控测试平台采用数字仿真设备模拟换流阀，导致的工况模拟不全面、测试不充分的问题；

本发明提供的技术方案，换流阀晶闸管级接口等效单元中监测单元ttm接口等效板实现了触发监测光信号通道与vbe触发监测光信号通道在数量和功能上的1:1对应，实现了换流阀任一级或多级晶闸管级的测试，有助于验证vbe软硬件设计的合理性以及vbe接口的有效性、兼容性；

本发明提供的技术方案，换流阀晶闸管级接口等效单元中的主控板通过hdlc协议，将控制保护系统下发的工程现场故障工况模拟指令解析，实现了换流阀故障工况的精确模拟快速定位并及时解决了换流阀的现场故障，提升了直流输电工程vbe现场调试效率及售后水平；

本发明提供的技术方案，通过换流阀接口等效设备的级联扩展，实现了vbe功能升级的验证与设计定型。

本发明提供的技术方案，通过晶闸管级阻尼均压回路等效单元，实现了ttm板真实运行工况的模拟。

附图说明

图1为本发明一种换流阀晶闸管级接口等效装置示意图；

图2为本发明实施例基于直流控制保护系统和直流背靠背物理动态模型的全闭环试验平台示意图；

图3为本发明实施例等效阻尼回路原理图；

图4本发明实施例换流阀晶闸管级接口等效装置外部示意图；

图5本发明实施例换流阀晶闸管级接口等效设备原理构架图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：

实施例一、

如图1所示，本发明提供的一种换流阀晶闸管级接口等效装置，包括：阀基电子设备vbe触发监测板、直流换流阀晶闸管级等效电路和监测单元ttm板；

所述直流换流阀晶闸管级等效电路分别与阀基电子设备vbe触发监测板和监测单元ttm板连接；

所述直流换流阀晶闸管级等效电路包括晶闸管级阻尼均压回路等效单元和换流阀晶闸管级接口等效单元。

所述晶闸管阻尼均压回路等效单元包括串联的阻尼回路和均压电路。

所述阻尼回路包括并联的阻尼电阻r1、r2和串联的阻尼电容rc与阻尼电阻rf；

所述阻尼电容rc与阻尼电阻rf串联后与阻尼电阻r1、r2并联。

所述均压电路包括串联的均压电阻r3、r4。

所述换流阀晶闸管级接口等效单元包括主控板、监测单元ttm接口等效板、电源板、背板和灯板；

所述主控板、监测单元ttm等效板、灯板之间的信号通过背板连接；

所述电源板分别与所述主控板、监测单元ttm接口等效板、背板和灯板连接。

所述主控板包括：dsp芯片、fpga芯片、按照hdlc协议与控制保护系统通信的收发光纤、hdlc热备用通道、监测单元ttm触发和回报信号通道、监测单元ttm触发和回报信号热备用通道和冗余冷备用通道。

所述监测单元ttm接口等效板包括：fpga芯片、背板通信编解码模块、阀基电子设备vbe回报信号编码模块、阀基电子设备vbe触发信号解码模块、对端/本地监测模块、同步状态机模块以及与阀基电子设备vbe触发监测板的触发、接收通道1:1对应的光纤通道；

所述电源板为所述主控板、监测单元ttm接口等效板、背板和灯板供电。

实施例二、

基于相同的构思本发明提供一种换流阀晶闸管级接口等效方法，包括：

直流换流阀晶闸管级等效电路分别与阀基电子设备vbe触发监测板和监测单元ttm板连接；

所述直流换流阀晶闸管级等效电路的晶闸管级阻尼均压回路等效单元为监测单元ttm板提供工作电源并为监测单元ttm板提供晶闸管电压的测量采样，模拟监测单元ttm板真实运行工况；

所述直流换流阀晶闸管级等效电路的换流阀晶闸管级接口等效单元用于等效阀基电子设备vbe的工况和接口特性。

所述换流阀晶闸管级接口等效单元的电源板为换流阀晶闸管级接口等效单元的主控板、监测单元ttm接口等效板和灯板供电；

主控板解析控制保护系统下发的换流阀故障工况模拟指令并上报阀控系统晶闸管触发信号的监测报文；

监测单元ttm接口等效板将监测单元ttm板回报的光信号分光复用处理后分别发送给阀基电子设备vbe触发监测板和级联的换流阀晶闸管级接口等效设备，识别阀基电子设备vbe触发监测板的触发光纤信号并通过换流阀晶闸管级接口等效单元的灯板指示触发信号状态。

实施例三、

本发明提出一种换流阀晶闸管接口等效装置，与小型背靠背12脉动直流换流阀、直流控制保护系统、后台监控系统等一起可组成一种全新的基于直流控制保护系统和直流背靠背物理动态模型的全闭环试验平台。如图2所示是基于直流控制保护系统和直流背靠背物理动态模型的全闭环试验平台示意图，包括由直流控制保护和后台监控组成的上层控制系统、用于模拟小型背靠背12脉动直流换流阀的换流阀阀控动模拟试验平台、本发明提供的换流阀晶闸管接口等效装置以及被试品vbe；基于直流控制保护系统和直流背靠背物理动态模型的全闭环试验平台可在实验室环境下实现阀控系统千级晶闸管1:1实时监控和换流阀控制保护策略的全面考核，实现阀控系统与直流控制保护系统、后台监控系统、换流阀之间的功能与接口全等效。

实施例四：

本发明提供的直流换流阀晶闸管级等效主要包括晶闸管级阻尼均压回路等效单元和换流阀晶闸管级接口等效电路。如图3所示，晶闸管阻尼均压回路等效电路由均压电阻r3、r4，阻尼电阻r1、r2、rf和阻尼电容rc组成，其中，阻尼回路为ttm提供工作电源，限制晶闸管关断时的反向恢复过冲电压，使阀能够耐受正常和非正常负载条件下的应力。均压电路为ttm提供晶闸管电压的测量采样，模拟ttm真实运行工况。

图4为换流阀晶闸管级接口等效装置外部示意图，如图4所示，换流阀晶闸管级接口等效单元包括1块主控板、6块ttm接口等效板、1块电源板，还包括1块背板和1块灯板。换流阀晶闸管级接口等效单元可由单级晶闸管运行状态灵活模拟换流阀中任意一级、多级乃至全部晶闸管级的运行状态，克服了纯数字仿真系统无法模拟换流阀晶闸管级真实物理暂稳态特性和信号不全面的缺陷，可实现vbe接口和工况与实际工程完全等效。

主控板基于dsp+fpga多处理器协调控制硬件构架，开发了基于组态软件的整体式换流阀运行监控和晶闸管级状态配置系统。通过1对收发光纤按照hdlc协议与控保系统通信，一方面将控保系统下发的换流阀故障工况模拟指令解析，另一方面上报阀控系统晶闸管触发信号监测报文。主控板上编号为f01、d01的通道负责与控保系统hdlc通信，编号为f02、d02的通道为hdlc热备用通道，编号为f03、d03的通道分别为ttm板触发和回报信号通道，编号为f04、d04的通道为ttm板触发和回报信号热备用通道，编号f05、d05、f06、d06的通道为冗余冷备用通道。

ttm接口等效板基于单片高性能fpga架构设计，包括背板通信编解码模块、vbe回报信号编码模块、vbe触发信号解码模块、对端/本地监测模块、同步状态机模块。一方面将ttm板回报光信号分光复用处理后分别发送给vbe触发监控板和级联的单阀晶闸管级接口等效设备；另一方面识别vbe触发监测板的触发光纤信号并通过声、光(灯板)指示触发信号状态。ttm接口等效板上光纤通道编号为dxx的为接收通道，编号为fxx的为发射通道，分别与vbe触发监测板的触发、接收通道对应。如图4所示从左至右ttm接口等效板的光纤收发通道以编号01～18为一组，共计4组，对应4个阀模块(每个阀模块晶闸管数量≤18)。

实施例五、

如图5所示的换流阀晶闸管级接口等效设备原理构架图，电源板给主控板、ttm接口等效板、灯板提供+5v电压，主控板、ttm接口等效板、灯板之间各种信号通过背板连接。此外，由12×n台72级等效设备可组成换流阀晶闸管级接口等效系统，其中n表示换流阀晶闸管级接口等效装置级联个数，用以模拟直流输电工程12脉动换流阀晶闸管级触发监测信号。换流阀晶闸管级接口等效系统触发监测光信号通道与vbe的触发监测光信号通道在数量和功能上完全1:1对应，接口等效系统允许同时模拟的晶闸管级数量为72×n×12级(n≥1)。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。