CN102931652B - 模块化多电平柔性直流输电阀控系统与极控系统通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及模块化多电平柔性直流输电阀控系统与极控系统通信方法，其特点在于提出了一种合理划分通信量的方法，根据系统控制需要，把所有通信量划分为快速响应量和慢速通信量，采用光纤通信来传送快速量，采用串行总线来传送慢速量，既保证了快速量的快速响应，也保证所有信息都能可靠上传到主控室。在系统容量增大时，快速量的数量不变，增加的都是慢速量，可以保证系统的快速响应，可适用各种容量的柔性直流输电系统。同时，用光信号来作为同步周期信号，确保极控系统与6个阀控系统的严格周期同步。
Description
技术领域
本发明属于电力系统的柔性直流输电技术领域，具体涉及一种模块化多电平柔性直流输电阀控与极控通信方法。
背景技术
柔性直流输电的核心是全控型电力电子器件IGBT构成的电压源换流器，被称为第二代直流输电技术，可以在输送电能的同时独立的调节无功功率,实现灵活潮流反转，在新能源并网、孤岛送电、大城市电力交易等领域具有广阔的应用前景。柔性直流输电控制系统主要分为极控和阀控两部分。极控主要完成控制系统的保护，后台监视，数据采样等，阀控主要完成对6个桥臂信息的采集，模块信息的编码，调整策略与控制算法的制定，工作状态和保护、快速故障信息的上传。随着柔性直流输电系统容量的增加，每个桥臂上串联的IGBT(子模块)数量也会迅速增加，需要在阀控系统和极控系统之间传送的信息量也大大增加，如何设计一种能合理的通信接口，来处理这么多数据的传送，保证系统响应的快速可靠，成为该领域的一个重要课题。基于模块化多电平技术的柔性直流输电系统，每个子模块的运行状态、电压采样值等都要传送，并且每个周期内都要完成(几个μs)对所有子模块开通/关断的控制。传统的阀控系统和极控系统的通信接口采用总线连接方式或者光纤连接方式，在数据量增加时候，难以保证数据传送的快速性。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性直流输电阀控与极控通信方法，来保证数据的快速响应和可靠传输。
为实现上述目的，本发明采用下列技术方案：一种模块化多电平柔性直流输电阀控与极控通信方法，根据系统控制需要把所有通信量划分为快速响应量和慢速通信量，用光纤来传送快速量，用总线来传送慢速量；使跳闸、保护、同步等信号的快速反应，并使所有信息都能上传到主控室。
快速响应量的光纤通道采用中断方式处理，保证响应速度在3μs以内，慢速量采用定时发送的方式，保证所有信息都能可靠上传，并且在子模块数量增加时能很方便的进行数据的扩充。
对快速量和慢速量进行划分，把紧急停机信号、跳闸信号、同步周期信号、控制指令信号等需要在一个同步周期内完成的量作为快速量，把子模块状态、模块电压、过压/欠压设定值等不需要实时处理的通信量作为慢速量。
用光信号作为同步周期信号，实现阀控与极控的严格时钟同步。
随着系统容量的增加，子模块数量会大大增加，而需要传送的快速量不增加，可以适用于各种容量等级的柔性直流输电系统。
发明点主要在于：
(1)把通信量划分为快速量和慢速量紧急停机信号、跳闸信号、同步周期信号、控制指令信号等需要在一个同步周期内完成的量作为快速量，子模块状态、模块电压、过压/欠压设定值等作为慢速量。快速量要尽可能少，从而保证通信响应速度。慢速量主要用于传送子模块的信息，随着系统容量的增加，每个桥臂的子模块数量会增加，需要传送的慢速量也会相应的增加；
(2)硬件实现上采用两种通信接口：光纤接口和串行总线电接口。光纤接口作为快速通道用于传送快速量，总线接口用来传送慢速量；(3)软件设计上，快速量采用中断处理方式，保证及时响应，慢速量采用定时循环处理方式，可以被中断打断；
(4)每个桥臂各对应一个阀控系统，一个极控系统和6个阀控之间通过光纤发送同步周期信号来进行时钟同步；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明提出的阀控与极控通信方法，在每个桥臂的IGBT子模块增加的情况下，仍然能保证快速通信量的响应时间；
2.本发明提出的阀控与极控通信方法，可以合理区分快速量和慢速量，在保证系统控制算法需要的数据响应速度前提下，可以保证所有数据都能可靠上传；
3.本发明提出的阀控与极控通信方法，可以有效解决阀控与极控之间的时钟同步问题；
4.本发明提出的阀控与极控通信方法，可以适应各种容量的柔性直流输电系统，易于把设备平台化、模块化。
附图说明
图1本发明结构图；
图2柔性直流输电系统通信结构；
图3快速量和慢速量的划分流程图；
图4本发明软件流程图。
具体实现方式
下面结合具体的实例对本发明做进一步介绍。
按照传统直流输电控制系统结构，将柔性直流输电控制系统分为：极控层、阀控层、功率模块控制层。极控主要完成控制系统的保护，后台监视，数据采样等，阀控主要完成对6个桥臂信息的采集，模块信息的编码，调整策略与控制算法的制定，工作状态和保护、快速故障信息的上传。
极控与阀控系统之间的有大量数据需要互相传送，并且部分数据要求保证每个控制周期(μs级)都要能尽快发送完成，以便给处理器留有足够的时间进行控制算法的运算。该部分变量包括桥臂电流方向、桥臂故障字、各个桥臂的导通子模块数。子模块状态字、子模块电压采样值等只是作为监控变量，不参与每个控制周期的运算，可作为慢速量处理。
本发明的结构图如图1所示：包括数据缓存区、数据划分单元、光纤接口单元、串行总线处理单元。
阀控和极控系统的通信结构如图2所示，共有6个阀控系统，各对应一个桥臂的n个子模块，六个阀控系统与极控系统之间通过本发明进行数据交换。
图3是划分快速量和慢速量的流程图，其划分原则是：需要参与控制算法运算，并且每个控制周期都需要刷新的数据量定义为快速量，不需要每个控制周期都实时刷新的数据量定义为慢速量。
本发明的软件处理流程图如图4所示，a)为慢速量处理的流程图；b)为快速量处理的流程图：慢速量的处理采用定时查询方式，首先读取串行总线缓冲区中接收到的报文，如果判断校验正确，就接收报文中包含的数据，并放到相应的数据缓存区，然后判断有没有需要发送的报文，如果有，就往串行总线上发送相应报文。快速量的处理采用中断方式，具有较高优先级，可以打断慢速量的处理过程进行处理。
表1与表2是本发明按照系统控制需要划分的快速量和慢速量表，从表中可以看到，当子模块数量增加时，只是表2中的慢速量增加了，而表1中的快速量并没有增加，所以，本发明可以保证在系统容量增大时，快速量的响应时间不受影响。
表1快速响应量定义
| 序号 | 通信量 | 传输方向 |
| 1 | 同步周期信号 | 极控至阀控 |
| 2 | 桥臂电流方向极控至阀控 | |
| 3 | A相上桥臂子模块导通数 | 极控至阀控 |
| 4 | A相下桥臂子模块导通数 | 极控至阀控 |
| 5 | B相上桥臂子模块导通数 | 极控至阀控 |
| 6 | B相下桥臂子模块导通数 | 极控至阀控 |
| 7 | C相上桥臂子模块导通数 | 极控至阀控 |
| 8 | C相下桥臂子模块导通数 | 极控至阀控 |
| 9 | A相上桥臂故障字 | 阀控至极控 |
| 10 | A相下桥臂故障字 | 阀控至极控 |
| 11 | B相上桥臂故障字 | 阀控至极控 |
| 12 | B相下桥臂故障字 | 阀控至极控 |
| 13 | C相上桥臂故障字 | 阀控至极控 |
| 14 | C相下桥臂故障字 | 阀控至极控 |
表2慢速通信量定义
Claims (2)
1.模块化多电平柔性直流输电阀控与极控通信方法，其特征在于：根据系统控制需要把所有通信量划分为快速响应量和慢速通信量，用光纤来传送快速量，用总线来传送慢速量；既保证了跳闸、保护、同步信号的快速反应，也保证所有信息都能上传到主控室；把需要在一个同步周期内完成的量作为快速量，包括极控至阀控的紧急停机信号、跳闸信号、同步周期信号、控制指令信号，阀控至极控的故障信号；把不需要实时处理的通信量作为慢速量，包括阀控至极控的子模块状态、模块电压，极控至阀控的过压/欠压设定值；用光信号作为同步周期信号，实现阀控与极控的严格时钟同步；慢速量的处理采用定时查询方式，首先读取串行总线缓冲区中接收到的报文，如果判断校验正确，就接收报文中包含的数据，并放到相应的数据缓存区，然后判断有没有需要发送的报文，如果有，就往串行总线上发送相应报文；快速量的处理采用中断方式，中断时打断慢速量的处理过程进行处理。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平柔性直流输电阀控与极控通信方法，其特征在于：快速响应量的光纤通道采用中断方式处理，保证响应速度在3μs以内，慢速量采用定时发送的方式。
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