CN105259784B - 面向电力系统仿真的信令编码方法及其高速数据传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向电力系统仿真的信令编码方法，用于实现电力系统全数字实时仿真装置与电力电子通用控制器之间高速数据传输，在信令中设置表示模块类型的字段，用于确定电力电子通用控制器传输的信令所作用的模块的类型。本发明解决了传统方法中只能用于半桥模块的仿真或全桥模块的仿真，使得电力系统全数字仿真装置可以采用同样的通讯接口对各种电力电子装置进行实时仿真计算，极大地降低了的仿真周期，提高了通过仿真进行功能检验的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种面向电力系统仿真的信令编码方法，同时涉及一种基于上述信令编码方法实现的高速数据传输方法，属于通讯技术领域。
背景技术
电力电子通用控制器指的是针对链式静止无功补偿装置或MMC轻型直流输电装置的脉冲控制系统。如图1所示，在电力电子通用控制器中，包括电源板、模拟板、主控板、开入开出板、高速通讯板以及多个光纤板。其中，光纤板用于连接柔性输电装置中的各个功率模块(模块)，其数量则取决于柔性输电装置的规模。比如，10kV的STATCOM(静止同步补偿器)需要3～6个光纤板，35kV的STATCOM需要12～15个光纤板。
以柔性输电装置为代表的电力电子装置在投入实际运行之前，需要通过实时仿真对其控制保护等功能进行检验。与ADPSS(电力系统全数字仿真装置)连接进行全数字仿真时，因为不需要连接实际的功率模块，所以电力电子通用控制器不用配置光纤板，如图2所示，只需配备电源板、模拟板、主控板和开入开出板即可，通过高速通讯板将所有模块的脉冲信号打包编码后，以一定的编码方式输出给ADPSS，进行全数字仿真。
目前，柔性输电装置中的常用功率模块有两种：半桥模块和全桥模块。在现有的仿真方法中，只能首先判断需要进行仿真的功率模块是半桥模块还是全桥模块，再决定进行用于半桥模块的仿真或全桥模块的仿真，极大地延长了仿真周期，影响了通过仿真进行功能检验的效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的一个技术问题在于提供一种面向电力系统仿真的信令编码方法。
本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种基于上述信令编码方法实现的高速数据传输方法。
为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：
一种面向电力系统仿真的信令编码方法，用于实现电力系统全数字实时仿真装置与电力电子通用控制器之间的高速数据传输，其中在信令中设置表示模块类型的字段，用于确定电力电子通用控制器传输的信令所作用的模块的类型。
其中较优地，在进行信令编码之前，将电力电子通用控制器对具有N个链节模块的电力电子装置的信令，拆分成N字节的数据，以每个字节的数据为单位，对拆分的信令分别进行编码；其中，N为正整数。
其中较优地，所述对拆分的信令进行编码是指在拆分的信令中设置不同字段，表示为：模块类型字段、放电字段、使能字段、闭锁字段以及IGBT状态字段。
其中较优地，在拆分的信令中设置的不同字段中的值均以01编码表示。
其中较优地，所述表示模块类型的字段包括2比特，设置四种类型的模块，包括半桥模块、全桥模块以及预留的2种模块类型。
其中较优地，表示模块类型的字段为模块类型字段，用以描述信令作用的电力系统全数字实时仿真装置进行仿真的模块的类型；
所述放电字段、所述使能字段以及所述闭锁字段分别表示对进行仿真的所述模块类型的模块的控制命令；
所述IGBT状态字段表示仿真的模块中包含的IGBT的导通状态。
一种实现电力系统全数字实时仿真装置与电力电子通用控制器之间的高速数据传输方法，基于上述的信令编码方法实现，包括如下步骤：
获取电力电子通用控制器传输的信令；将获取的信令按照作用的模块进行拆分；
对拆分后的信令进行编码，用一个字节的数据表示作用于一个模块的信令，并设置表示模块类型的字段；
将电力电子通用控制器作用在具有N个链节模块的电力电子装置上的信令转化为N字节的数据，传送到电力系统全数字实时仿真装置；其中，N为正整数；
电力系统全数字实时仿真装置对接收的编码数据进行解码，得到信令，对电力电子装置的模块进行仿真检验。
其中较优地，所述电力系统全数字实时仿真装置对接收的编码数据进行解码包括如下步骤：
从接收的编码数据中获取模块类型字段，确定信令作用的电力系统全数字实时仿真装置进行仿真的模块的类型；
逐一获取字节中的字段，按照编码规则确定各字段代表的控制命令以及模块中部件的状态；
将信令作用的模块类型、控制命令以及模块中部件的状态合并成编码前的控制信号。
本发明所提供的面向电力系统仿真的信令编码方法，通过在信令中设置表示模块类型的字段，用于确定电力电子通用控制器传输的信令作用的模块类型，还保留了可能出现的其他类型模块的扩展空间，解决了传统方法中只能用于半桥模块的仿真或全桥模块的仿真，使得电力系统全数字仿真装置可以采用同样的通讯接口对各种电力电子装置进行实时仿真计算，极大地降低了仿真周期，提高了通过仿真进行功能检验的效率。除此之外，在信令传输和处理过程中均使用O1编码，提高了信令的传输速率以及处理效率。
附图说明
图1为现有的电力电子通用控制器的正面结构示意图；
图2为电力电子通用控制器的主机箱的正面结构示意图；
图3为本发明所提供的实施例中，编码方式的结构示意图；
图4为电力电子装置中半桥模块的电路图；
图5为电力电子装置中全桥模块的电路图；
图6为本发明所提供的基于信令编码方法实现的高速数据传输方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。
本发明所提供的面向电力系统仿真的信令编码方法，首先将信令拆分成多个字节。利用一个字节的数据表示一个模块的脉冲信息，这样对于仿真具有N(N为正整数)个链节模块的电力电子装置，每一组脉冲信号只需要N字节的数据即可完全表达，即电力电子通用控制器对具有N个链节模块的电力电子装置的控制信号，可以拆分成N字节的数据，保证在极短的仿真周期内将所有模块的PWM(Pulse-Width Modulation，即脉冲宽度调制)信息都传送到ADPSS。在本发明所提供的实施例中，电力电子通用控制器以字节为单位将模块的控制信号传送到ADPSS，下面首先介绍信令编码方法，最后，还将说明基于信令编码方法实现电力系统全数字实时仿真装置与电力电子通用控制器之间高速数据传输的方法。
在信令传输之前，对信令进行拆分，拆分成多个字节，用以将一个模块的脉冲信息用一个字节的数据来表示，然后以字节为单位进行编码，，如图1所示，每个字节包括如下字段：模块类型、放电、使能、闭锁以及IGBT状态。其中，模块类型字段表示实时仿真的电力电子装置的模块的类型，在本发明所提供的实施例中，占用2比特。其中，00表示半桥模块，01表示全桥模块，10和11用于扩展将来表示其他类型的模块。下面以两个不同的实施例分别对实时仿真半桥模块和全桥模块进行说明。
如图4所示，对于一个半桥模块，正常工作的时候1号IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，即绝缘栅双极型晶体管)或者2号IGBT导通，构成不同的回路，但不能出现1、2号IGBT同时导通的情况；模块闭锁的时候两个IGBT均不导通。针对模块特定的工作状态，制定了如下表1所示的编码方式。
表1 半桥模块的信令的划分结构表
其中，表示模块类型字段的2比特为00，表示半桥模块。
模块类型字段之后的1比特是放电字段，当放电字段取1时，表示快速放电开关闭合；当放电字段取0时，表示快速放电开关断开。
放电字段之后的1比特是使能字段，当使能字段取1时，表示需要进行仿真的模块使能；当使能字段取0时，表示需要进行仿真的模块被强制旁路，不参与到仿真计算中。
使能字段之后的1比特是闭锁字段，当闭锁字段取1时，表示IGBT闭锁，上下两个IGBT都没有导通；当闭锁字段取0时，表示IGBT未闭锁，上下两个IGBT中有一个导通。
闭锁字段之后的3比特是IGBT状态字段，前已述及，由于在半桥模块中只有2个IGBT，正常工作的时候1号IGBT或者2号IGBT导通，构成不同的回路，但不能出现1、2号IGBT同时导通的情况；模块闭锁的时候两只IGBT均不导通，当闭锁字段取1时，表示IGBT闭锁，上下两个IGBT都没有导通。所以，在对作用于半桥模块的信令进行编码时，IGBT状态字段中有2比特预留字段，便于对作用于全桥模块的信令进行编码时，或者对作用于模块类型字段为10或11时用于扩展的其他类型模块的信令进行编码时，IGBT状态的描述。当IGBT状态字段取1时，表示1号IGBT导通；当IGBT状态字段取0时，2号IGBT导通。
如图5所示，对于一个全桥模块，正常工作的时候4个IGBT有四种工作状态的组合：1、4号IGBT导通和电容一起构成充电回路；2、3号IGBT导通和电容一起构成放电回路；1、3号IGBT导通或2、4号IGBT导通电流不通过电容，但是不能出现1、2号IGBT或者3、4号IGBT同时导通的情况；模块闭锁的时候四只IGBT均不导通。针对模块特定的工作状态，制定了如下表2所示的编码方式。
表2 全桥模块的信令的划分结构表
其中，表示模块类型字段的2比特为01，表示全桥模块。
模块类型字段之后的1比特是放电字段，当放电字段取1时，表示快速放电开关闭合；当放电字段取0时，表示快速放电开关断开。
放电字段之后的1比特是使能字段，当使能字段取1时，表示需要进行仿真的模块使能；当使能字段取0时，表示需要进行仿真的模块被强制旁路，不参与到仿真计算中。
使能字段之后的1比特是闭锁字段，当闭锁字段取1时，表示IGBT闭锁，所有IGBT都没有导通；当闭锁字段取0时，表示IGBT未闭锁，四个IGBT中有两个导通。
闭锁字段之后的3比特是IGBT状态字段，前已述及，由于在全桥模块中存在4个IGBT，正常工作的时候4个IGBT有四种工作状态的组合：1、4号IGBT导通和电容一起构成充电回路；2、3号IGBT导通和电容一起构成放电回路；1、3号IGBT导通或2、4号IGBT导通电流不通过电容，但是不能出现1、2号IGBT或者3、4号IGBT同时导通的情况；模块闭锁的时候四只IGBT均不导通。当闭锁字段取1时，表示IGBT闭锁，所有IGBT都没有导通。所以，在对作用于全桥模块的信令进行编码时，IGBT状态字段中有1比特预留字段，便于对作用于模块类型字段为10或11时用于扩展的其他类型模块的信令进行编码时，IGBT状态的描述。IGBT状态字段的取值举例如下：
11 1号和3号IGBT导通
10 2号和3号IGBT导通
01 1号和4号IGBT导通
00 2号和4号IGBT导通
在本发明所提供的两个实施例中，在信令中设置表示模块类型的字段，利用bit7和bit6最高两位来区分模块的类型，还保留了可能出现的其他类型模块的扩展空间，解决了传统方法中只能用于半桥模块的仿真或全桥模块的仿真，使得ADPSS可以采用同样的通讯接口对各种电力电子装置进行实时仿真计算。极大地降低了的仿真周期，提高了通过仿真进行功能检验的效率。
下面对基于上述信令编码方法，实现电力系统全数字实时仿真装置与电力电子通用控制器之间高速数据传输的方法进行详细的说明。
如图6所示，实现电力系统全数字实时仿真装置与电力电子通用控制器之间高速数据传输的方法，包括如下步骤：首先获取电力电子通用控制器传输的信令；将获取的信令按照作用的模块进行拆分；其次，对拆分后的信令进行编码，用一个字节的数据表示一个模块的脉冲信息，并设置表示模块类型的字段；然后，将电力电子通用控制器作用在具有N个链节模块的电力电子装置上的信令转化为N字节的数据，传送到电力系统全数字实时仿真装置；最后电力系统全数字实时仿真装置对接收的编码数据进行解码，得到信令，对电力电子装置的模块进行仿真检验。
其中，电力系统全数字实时仿真装置对接收的编码数据进行解码包括如下步骤：
从接收的编码数据中获取模块类型字段，确定信令作用的电力系统全数字实时仿真装置进行仿真的模块的类型；
逐一获取字节中的字段，按照编码规则确定各字段代表的控制命令以及模块中部件的状态；
将信令作用的模块类型、控制命令以及模块中部件的状态合并成编码前的控制信号。
在本发明所提供的实现电力系统全数字实时仿真装置与电力电子通用控制器之间的高速数据传输方法中，利用一个字节的数据表示一个模块的脉冲信息，这样对于仿真具有N个链节模块的电力电子装置，每一组脉冲信号只需要N字节的数据即可完全表达。除此之外，在信令中设置表示模块类型的字段，利用bit7和bit6最高两位来区分模块的类型，还保留了可能出现的其他类型模块的扩展空间，解决了传统方法中只能用于半桥模块的仿真或全桥模块的仿真，使得ADPSS可以采用同样的通讯接口对各种电力电子装置进行实时仿真计算。保证在极短的仿真周期内将所有模块的PWM信息都传送到ADPSS。另外，在信令传输和处理过程中均使用O1编码，提高了信令的传输速率以及处理效率。
上面对本发明所提供的面向电力系统仿真的信令编码方法及其高速数据传输方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
Claims (6)
1.一种实现电力系统全数字实时仿真装置与电力电子通用控制器之间的高速数据传输方法，其特征在于包括如下步骤：
获取电力电子通用控制器传输的信令，将所述信令按照作用的模块进行拆分；
对拆分后的信令进行编码，用一个字节的数据表示作用于一个模块的信令，并在信令中设置模块类型字段、放电字段、使能字段、闭锁字段以及IGBT状态字段，所述模块类型字段用于确定电力电子通用控制器传输的信令所作用的模块类型；
将电力电子通用控制器作用在具有N个链节模块的电力电子装置上的信令转化为N字节的编码数据，传送到电力系统全数字实时仿真装置；其中，N为正整数；
电力系统全数字实时仿真装置对接收的编码数据进行解码，得到所述信令，对电力电子装置的模块进行仿真检验。
2.如权利要求1所述的高速数据传输方法，其特征在于所述电力系统全数字实时仿真装置对接收的编码数据进行解码包括如下步骤：
从接收的编码数据中获取模块类型字段，确定信令所作用的电力系统全数字实时仿真装置进行仿真的模块的类型；
逐一获取字节中的字段，按照编码规则确定各字段代表的控制命令以及模块中部件的状态；
将信令作用的模块类型、控制命令以及模块中部件的状态合并成编码前的控制信令。
3.如权利要求1所述的高速数据传输方法，其特征在于：
在拆分的信令中设置的不同字段中的值均以01编码表示。
4.如权利要求3所述的高速数据传输方法，其特征在于：
所述模块类型字段占用2比特，用于表示半桥模块、全桥模块以及预留的2种模块类型。
5.如权利要求3所述的高速数据传输方法，其特征在于：
所述放电字段、所述使能字段以及所述闭锁字段分别表示对进行仿真的所述模块类型的模块的控制命令。
6.如权利要求3所述的高速数据传输方法，其特征在于：
所述IGBT状态字段表示仿真的模块中包含的IGBT的导通状态。
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