CN105204398A - 一种光调制信号通讯转换装置及换流阀控制保护系统 - Google Patents

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李云龙
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罗永金
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Abstract

本发明涉及一种光调制信号通讯转换装置及换流阀控制保护系统，包括MCU单元、光电转换输入模块、电光转换输出模块、电光转换通讯模块、开关量输出模块、开关量输入模块、A/D转换输入模块；所述MCU单元分别对应连接上述模块。通过光通信信号取代电传输信号，将换流阀冷却控制系统与直流控制保护系统之间硬接点信号、模拟量信号均改为光信号，可以有效避免电信号易受干扰及传输距离受限、信号传输回路无法检测等缺点，减少了出口信号继电器的使用，极大提高了信号传输的可靠性。

Description

一种光调制信号通讯转换装置及换流阀控制保护系统
技术领域
本发明属于高压直流输电换流阀冷却系统通讯领域，具体涉及一种光调制信号通讯转换装置及换流阀控制保护系统。
背景技术
高压直流输电系统具有的技术、经济优势，使其在远距离大容量送电、跨大区联网和海底电缆送电方面发挥着重要的作用。换流阀冷却系统是高压直流输电系统换流站最为关键的辅助设备，其工作情况直接影响着直流输电系统安全运行的可靠性。当换流阀冷却控制系统检测到运行参数出现异常，或换流阀冷却控制系统故障时，向直流控制与保护系统发出跳闸请求信号，直流控制保护系统接收到该跳闸请求信号后，换流阀停止工作。因此换流阀冷却控制系统跳闸请求信号要求有较高的可靠性，避免误发跳闸请求信号造成直流系统停运、或跳闸请求信号无法发出造成换流阀温度过高以至于烧毁的情况。
目前，在高压直流输电系统换流站中，换流阀冷却控制系统的重要状态信息如换流阀冷却系统跳闸、降功率等，均以开关量、模拟量信号形式直接接入直流控制保护系统的通讯接口屏，如图1所示。经过多年的运行经验积累，这种信号传输方式存在的问题逐渐暴露。开关量、模拟量信号传输需要使用控制电缆，在电缆的运行使用中，当一次设备出现过电压或感应电磁干扰时将可能导致信号异常。同时，由于外围元件如继电器较多，在线维护时易误触发跳闸信号，会增加直流闭锁风险。控制电缆的大量使用，也将增加信号传输回路发生接地、断线的风险。跳闸信号正常运行时为低电平，当控制电缆出现断线时无法进行实时检测，增加运行风险。再者，当传输距离较远时，用控制电缆传送的信号受信号衰减、电缆压降及信号干扰的影响较大，无法实现远距离传输。因此，现有技术中的信号传输装置的可靠性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种光调制信号通讯转换装置及换流阀控制保护系统，用以解决现有技术中的换流阀冷却控制系统与直流控制保护系统之间的通讯装置可靠性较差的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
一种光调制信号通讯转换装置，包括MCU单元、光电转换输入模块、电光转换输出模块、电光转换通讯模块、开关量输出模块、开关量输入模块、A/D转换输入模块；所述MCU单元分别对应连接上述模块。
所述开关量输出模块包括状态量输出模块和故障量输出模块。
所述MCU单元是484点阵的FPGA芯片。
一种换流阀控制保护系统，包括换流阀冷却控制系统、光调制信号通讯转换装置和直流控制保护系统，所述换流阀冷却控制系统包括阀冷系统CPU、阀冷系统接口模块、模拟量输出模块、数字量输出模块和数字量输入模块；所述光调制信号通讯转换装置包括MCU单元、光电转换输入模块、电光转换输出模块、电光转换通讯模块、开关量输出模块、开关量输入模块、A/D转换输入模块；所述MCU单元分别对应连接上述光电转换输入模块、电光转换输出模块、电光转换通讯模块、开关量输出模块、开关量输入模块和A/D转换输入模块；所述开关量输出模块用于连接数字量输入模块；所述开关量输入模块用于连接数字量输出模块；所述A/D转换输入模块用于连接模拟量输出模块；所述光电转换输入模块、电光转换输出模块和电光转换通讯模块用于连接直流控制保护系统。
所述开关量输出模块包括状态量输出模块和故障量输出模块。
所述MCU单元是484点阵的FPGA芯片。
所述换流阀控制保护系统冗余配置所述模拟量输出模块、数字量输出模块和数字量输入模块；光调制信号通讯转换装置和直流控制保护系统。
本发明的有益效果是：通过光通信信号取代电传输信号，将换流阀冷却控制系统与直流控制保护系统之间硬接点信号、模拟量信号均改为光信号，可以有效避免电信号易受干扰及传输距离受限、信号传输回路无法检测等缺点，减少了出口信号继电器的使用，极大提高了信号传输的可靠性。
通过MCU单元进行数字量输入、输出、模拟量输入信号与光信号之间的转换，提高了装置的可靠性。
附图说明
图1是现有技术中的换流阀冷却控制系统与直流控制保护系统的示意图；
图2是本发明光调制信号通讯转换装置实施例的装置原理图；
图3是本发明换流阀控制保护系统实施例的示意图。
具体实施方式
换流阀控制保护系统实施例
如图3所示，本发明的换流阀控制保护系统包括换流阀冷却控制系统、光调制信号通讯转换装置和直流控制保护系统，换流阀冷却控制系统通过光调制信号通讯转换装置和直流控制保护系统通讯。所述换流阀冷却控制系统包括阀冷系统CPU、阀冷系统接口模块、模拟量输出模块、数字量输出模块和数字量输入模块。阀冷系统CPU通过总线连接阀冷系统接口模块，阀冷系统接口模块分别连接模拟量输出模块、数字量输出模块和数字量输入模块。上述模拟量输出模块、数字量输出模块和数字量输入模块分别连接光调制信号通讯转换装置，光调制信号通讯转换装置通过光缆连接直流控制保护系统接口屏。
如图2所示，本发明的光调制信号通讯转换装置包括484点阵的FPGA芯片、6路光电转换输入模块、10路电光转换输出模块、2路电光转换通讯模块、6路状态量输出模块、6路故障量输出模块、10路开关量输入模块、16位A/D转换输入模块。所述FPGA芯片分别连接上述模块。
其中，状态量输出模块和故障量输出模块用于连接换流阀冷却控制系统的数字量输入模块；开关量输入模块用于换流阀冷却控制系统的连接数字量输出模块；A/D转换输入模块用于换流阀冷却控制系统的连接模拟量输出模块；光电转换输入模块、电光转换输出模块和电光转换通讯模块用于连接直流控制保护系统。
光调制信号通讯转换装置具有数字量输入信号接口、数字量输出信号接口、模拟量输入信号接口，以及三种信号接口对应的光纤接头。可实现数字量输入、输出、模拟量输入信号与光信号之间的实时转换。光调制信号通讯转换装置的具体功能详细描述如下：
(1)开关量电信号输入与光调制信号输出
通过10路开关量输入模块输入10路开关量信号，通过FPGA芯片控制10路电光转换输出模块分别对应输出10路光调制信号(TX1-TX10)。当输入开关量信号为高电平(DC24V)时，对应的光发送接口(TX)端发送1MHz±10％光调制信号，当输入开关量信号为低电平(0V)时，对应的光发送接口(TX)端发送10kHz±10％光调制信号。
(2)光调制信号输入与电信号开关量输出
通过6路光电转换输入模块接收6路光调制信号并进行采样和解析：
如该光信号频率在1MHz±10％范围内，则认为该信号有效，通过与阀冷的硬结点通讯，控制6路状态量输出模块使相应的有效状态通道输出DC24V高电平信号，控制6路故障量输出模块使相应通道的故障状态通道输出DC24V低电平信号；
如该光信号频率在10kHz±10％范围内，则认为该信号无效，通过与阀冷的硬结点通讯，控制6路状态量输出模块使相应通道的有效状态输出DC24V电压低电平信号，控制6路故障量输出模块使相应通道的故障状态输出DC24V低电平信号；
如该光信号频率不在1MHz±10％或1kHz±10％范围内，则认为该通道故障，通过与阀冷的硬结点通讯，控制6路故障量输出模块使相应通道的故障状态输出缺少有效状态的判断逻辑，用于指示和告警。
(3)模拟量信号输入与IEC60044-8通讯
对6路4-20mA模拟量信号比例放大后经过16位A/D转换输入模块送至FPGA芯片进行处理，并通过2路电光转换通讯模块，由IEC60044-8通讯通道采用分时复用方式上传报文。并可以通过拨码开关便捷设置和选择需要输出的模拟量通道参数。当该模拟量信号超出3mA-21mA范围时，则认为该模拟量信号故障。
在上述实施例中，所述MCU单元是484点阵的FPGA芯片，作为其他实施方式，所述MCU单元是单片机。
在上述实施例中，换流阀控制保护系统冗余配置换流阀冷却控制系统的模拟量输出模块、数字量输出模块和数字量输入模块；光调制信号通讯转换装置和直流控制保护系统。
光调制信号通讯转换装置
本是实施例的光调制信号通讯转换装置与上述实施例的光调制信号通讯转换装置相同，故不在此重复叙述。

Claims (7)

1.一种光调制信号通讯转换装置，其特征在于：包括MCU单元、光电转换输入模块、电光转换输出模块、电光转换通讯模块、开关量输出模块、开关量输入模块、A/D转换输入模块；所述MCU单元分别对应连接上述模块。
2.根据权利要求1所述的光调制信号通讯转换装置，其特征在于：所述开关量输出模块包括状态量输出模块和故障量输出模块。
3.根据权利要求1所述的光调制信号通讯转换装置，其特征在于：所述MCU单元是484点阵的FPGA芯片。
4.一种换流阀控制保护系统，包括换流阀冷却控制系统、光调制信号通讯转换装置和直流控制保护系统，所述换流阀冷却控制系统包括阀冷系统CPU、阀冷系统接口模块、模拟量输出模块、数字量输出模块和数字量输入模块；其特征在于：所述光调制信号通讯转换装置包括MCU单元、光电转换输入模块、电光转换输出模块、电光转换通讯模块、开关量输出模块、开关量输入模块、A/D转换输入模块；所述MCU单元分别对应连接上述光电转换输入模块、电光转换输出模块、电光转换通讯模块、开关量输出模块、开关量输入模块和A/D转换输入模块；所述开关量输出模块用于连接数字量输入模块；所述开关量输入模块用于连接数字量输出模块；所述A/D转换输入模块用于连接模拟量输出模块；所述光电转换输入模块、电光转换输出模块和电光转换通讯模块用于连接直流控制保护系统。
5.根据权利要求4所述的换流阀控制保护系统，其特征在于：所述开关量输出模块包括状态量输出模块和故障量输出模块。
6.根据权利要求4所述的换流阀控制保护系统，其特征在于：所述MCU单元是484点阵的FPGA芯片。
7.根据权利要求4所述的换流阀控制保护系统，其特征在于：所述换流阀控制保护系统冗余配置所述模拟量输出模块、数字量输出模块和数字量输入模块；光调制信号通讯转换装置和直流控制保护系统。
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