专利名称：基于极控系统与阀基控制设备的冗余系统及其实现方法
技术领域：
本发明涉及电力系统的电力电子直流输电领域，具体涉及一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备冗余方式
背景技术：
在传统直流输电中，极控系统的主/从系统采取两套相同配置的控制通道，一个工作，一个热备用。主/从系统下发两路控制命令给阀基电子设备VBE，VBE进行或运算后， 将主系统发送的命令再下发给阀单元。由于模块化多电平柔性直流输电阀触发命令不再是单独的点火指令，而是若干触发指令的组合，如IGBT触发、保护晶闸管触发、旁路开关触发等命令，所以，传统的VBE冗余切换方式已经不能全满足模块化多电平柔性直流输电阀的控制要求。本发明就是在此基础上提出一种新的冗余方案，该方案阀基控制设备通过主从信号鉴频对主从系统进行判断，通过两套独立的电流控制单元与上层主/从系统接口，桥臂控制单元采取双中央处理板设计，分别与两套电流控制单元接口，桥臂控制单元接口板根据主从信号将两路相同的触发命令区分出主系统命令，下发阀层子模块。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种新的冗余方案满足模块化多电平柔性直流输电阀的控制要求。本发明提供的基于极控系统与阀基控制设备冗余系统，其改进之处在于所述极控系统包括主系统和从系统；所述主系统和从系统分别包括控制单元；所述阀基控制设备包括主设备和从设备；所述主设备和所述从设备分别包括电流控制单元和桥臂控制单元；所述阀基控制设备的主设备和从设备、所述极控系统的主系统和从系统、所述极控系统主系统和所述阀基控制设备主设备以及所述极控系统从系统和所述阀基控制设备从设备分别用光纤连接。本发明提供的第一优选方案的冗余系统，其改进之处在于，所述桥臂控制单元设置两个中央处理板。本发明基于另一种目的提供的基于极控系统与阀基控制设备的冗余实现方法，其改进之处在于所述极控系统包括主系统和从系统；所述主系统和从系统均包括控制单元；所述阀基控制设备包括主设备和从设备；所述主设备和所述从设备均包括电流控制单元和桥臂控制单元；所述极控系统用鉴频方法判定使用极控系统的主系统或从系统；当出现下述故障，极控系统和阀基控制设备实现冗余系统切换1)所述极控系统的主系统自身控制单元的控制器故障；
(2)所述极控系统的主系统判定所述阀基控制设备的主设备反馈超时和反馈帧频繁校验错；(3)所述阀基控制设备的主设备故障、请求切换信号CHANGE为1且所述极控系统响应CHANGE信号。本发明提供的第一优选方案的方法，其改进之处在于，所述请求切换信号CHANGE 改为1的条件为(a)所述极控系统的主系统发送的串行数据超时；(b)所述极控系统的主系统发送的串行数据频繁校验错；(c)所述桥臂控制单元接收不到反馈信号；(d)所述桥臂控制单元的反馈信息频繁校验错。本发明提供的第二优选方案的方法，其改进之处在于，所述桥臂控制单元设置大于两个中央处理板。本发明提供的第三优选方案的方法，其改进之处在于，所述鉴频方法是当主/从系统运行时，所述从/主系统的控制单元的Active信号在10 μ s内出现至少5个上升沿， 此时主从系统进行切换。本发明提供的第四优选方案的方法，其改进之处在于，所述主/从系统进行切换时，所述主/从设备随之切换主从状态。本发明提供的第五优选方案的方法，其改进之处在于，所述极控系统响应CHANGE 信号是指当主设备的CHANGE为1，从设备的CHANGE为0时，所述极控系统允许主/从设备切换。本发明提供的第六优选方案的方法，其改进之处在于，所述桥臂控制单元的接口板根据所述极控系统的Active信号的频率选择中央处理板。与现有技术比，本发明的有益效果为本发明提出的VBC冗余方案与极控系统配合逻辑清晰，实现简单，可靠性高。本发明中的VBC作为模块化多电平柔性直流输电控制保护系统和子模块控制器之间的接口设备，可以完成模块化多电平柔性直流阀的实时控制及保护功能。提高了柔性直流输电设备可靠性。
图1 本发明提供的VBC冗余方案示意图；图2 本发明提供的VBC主从信号鉴频示意图；图3 本发明提供的接口板不同主从指令下的数据下发逻辑；图4 本发明提供的极控系统与VBC冗余切换逻辑示意图；其中，X为状态无效。
具体实施例方式下面对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。图1中，VBC采取2个电流控制单元、6个桥臂控制单元(双中央控制板)的冗余方式，两套电流控制单元通过一对光纤进行数据交互，主从单元之间互相监视，电流控制单元负责检测极控系统的主从系统Active信号，并将此信号同步下发给桥臂控制单元，桥臂控制单元主、从两套中央控制板接收到电流控制单元的控制命令经电压平衡控制后，将每个子模块的投切命令下发接口板，通过接口板进行主从命令选择，最终到阀的命令为主控制保护系统投切命令，所有接口板的回报信息同时进入主、从中央处理板处理，为下次控制做好准备，其中接口板只有在当前命令下发完成后才实现主从切换，可以保证不会在数据发送时出现断帧的情况，保证系统切换的平滑可靠。图2中，极控系统主从系统Active信号鉴频工作由桥臂控制单元的中央处理板中 FPGA实现。中央处理板的DSP可在任何空闲时间内通过读取特定地址来判断Active信号的状态，从而区分主从系统哪个为正在运行状态。如图2所示，以一个IOus的移动时间框来鉴频，主系统在运行状态，如果从系统在IOus内出现至少5个上升沿，那么可以对主/从系统进行切换，且不会出现同主或同从的情况。图3中，桥臂控制单元中央处理板1和中央处理板2位处于完全等同的位置，区别在于中央处理板下发阀控制信息时，接口板判断主从命令Active信号，其中IMHz为值班态(即投入系统使用状态)，IOkHz为冗余态(即系统中备用状态)。接口板根据主从命令 Active完成下发指令的选择，接口板在收到两块中央处理板主从信号情况下数据逻辑如图 3所示，接口板将阀层子模块的信息同时回报两个中央处理板。当两个中央处理板都为值班态时，接口板数据服从中央处理板1的命令；当中央处理板1为值班态，中央处理板2为冗余态时，接口板数据服从中央处理板1的命令；当中央处理板2为值班态，中央处理板1为冗余态时，接口板数据服从中央处理板2的命令；当两个中央处理板都为冗余态时，接口板数据服从上一时刻为值班态的中央处理板的命令。图4中，对于极控系统来说，只要备用系统的跳闸请求信号TRIP与CHANGE请求切换指令均不等于1，那么就可以进行切换，但是切换在40ms内只进行一次，不能反复切换， 一旦电流控制单元发现自己的切换申请不被响应，那么延时2. 5毫秒后TRIP置1 (即申请跳闸)。在正常工作状况下VBC向极控系统上报的CHANGE信号位为“0”。VBC上报CHANGE 信号位置“ 1 ”，表示该路VBC申请切换主从，且此时该路通道存在故障。从设备上报VBC_CHANGE信号位置“ 1，，，表示该路此时该路VBC检测到故障，且申请此时不适合与主设备进行切换。当极控系统检测到主设备通信不正常，而从设备通信正常，则需极控系统进行冗余切换。如果检测主/从设备通信均不正常则需极控系统执行跳闸。最后应该说明的是结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
权利要求
1.基于极控系统与阀基控制设备冗余系统，其特征在于所述极控系统包括主系统和从系统；所述主系统和从系统分别包括控制单元； 所述阀基控制设备包括主设备和从设备；所述主设备和所述从设备分别包括电流控制单元和桥臂控制单元；所述阀基控制设备的主设备和从设备、所述极控系统的主系统和从系统、所述极控系统主系统和所述阀基控制设备主设备以及所述极控系统从系统和所述阀基控制设备从设备分别用光纤连接。
2.如权利要求1所述的冗余系统，其特征在于，所述桥臂控制单元设置两个中央处理板。
3.基于极控系统与阀基控制设备的冗余实现方法，其特征在于所述极控系统包括主系统和从系统；所述主系统和从系统均包括控制单元； 所述阀基控制设备包括主设备和从设备；所述主设备和所述从设备均包括电流控制单元和桥臂控制单元；所述极控系统用鉴频方法判定使用极控系统的主系统或从系统； 当出现下述故障，极控系统和阀基控制设备实现冗余系统切换(1)所述极控系统的主系统自身控制单元的控制器故障；(2)所述极控系统的主系统判定所述阀基控制设备的主设备反馈超时和反馈帧频繁校验错；(3)所述阀基控制设备的主设备故障、请求切换信号CHANGE为1且所述极控系统响应 CHANGE 信号。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述请求切换信号CHANGE改为1的条件为(a)所述极控系统的主系统发送的串行数据超时；(b)所述极控系统的主系统发送的串行数据频繁校验错；(c)所述桥臂控制单元接收不到反馈信号；(d)所述桥臂控制单元的反馈信息频繁校验错。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述桥臂控制单元设置大于两个中央处理板。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述鉴频方法是当主/从系统运行时，所述从/主系统的控制单元的Active信号在10 μ s内出现至少5个上升沿，此时主从系统进行切换。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述主/从系统进行切换时，所述主/从设备随之切换主从状态。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述极控系统响应CHANGE信号是指当主设备的CHANGE为1，从设备的CHANGE为0时，所述极控系统允许主/从设备切换。
9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述桥臂控制单元的接口板根据所述极控系统的Active信号的频率选择中央处理板。
全文摘要
本发明就是在此基础上提出一种新的冗余方案，该发明的阀基控制设备通过主从信号鉴频对主从系统进行判断，通过两套独立的电流控制单元与上层冗余的极控系统接口，桥臂控制单元采取双中央处理板设计，分别与两套电流控制单元接口，桥臂控制单元接口板通过主从信号将两路相同的触发命令区分出主系统命令，下发阀层子模块。本发明提出的VBC冗余方案与极控系统配合逻辑清晰，实现简单，可靠性高。本发明中的阀基控制设备作为模块化多电平柔性直流输电控制保护系统和子模块控制器之间的接口设备，可以完成模块化多电平柔性直流阀的实时控制及保护功能。提高了柔性直流输电设备可靠性。
文档编号H02J1/00GK102201670SQ201110063219
公开日2011年9月28日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者张新刚, 杨岳峰, 王韧秋, 贺之渊, 高阳 申请人:中国电力科学研究院