CN105610492B - 一种用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统及方法，包括用于设置在阀控系统侧的触发脉冲分配单元和回报信号接收单元，用于设置在换流阀组件侧的第一分光器、第二分光器以及对应各换流阀子模块的触发监测单元；触发脉冲分配单元将控制信息复用后通过光纤传输到第一分光器；第一分光器将控制信息分配给对应各换流阀子模块的触发监测单元；触发监测单元接收控制信息和发送状态信息；第二分光器将各换流阀子模块的状态信息合成一路后通过光纤发送给回报信号接收单元；回报信号接收单元将接收到的状态信息解码，并发送给阀控系统。在换流阀光纤通信系统中，采用码分复用加时分复用的方式减少了设备间的光纤连接数，降低了线路成本。

Description

一种用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统及方法

技术领域

本发明涉及直流输电换流阀技术领域，尤其涉及一种用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统，同时还提供了该光纤通信系统的通信方法。

背景技术

光纤通信是以光波为载频，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式，其具有频带宽、通信容量大、通信速率高、传输损耗低、抗干扰能力强等特点，随着光纤通信的不断发展，它已成为一种主要的数据传输方式。而随着电力系统的规模逐渐增大以及其对运行的安全稳定性需求日益迫切，光纤通信技术在电力系统中的应用也在不断发展。作为电力系统中一次设备与二次设备的“桥梁”，光纤通信以其优良特性正在发挥着越来越大的作用。随着国内直流输电技术的快速发展，直流系统的电压等级也不断提高。系统的任何波动都有可能对区域电网带来非常大的危害。换流阀及阀控作为换流站的核心设备，其能否稳定、可靠的的运行直接关系到与之相连电网的安全。阀控设备在直流系统中承担着运行监测、控制、调节和保护的重要作用，其与换流阀设备的稳定通信对于电力设备的安全运行至关重要。因此，目前在实际工程应用中，换流阀与阀控设备之间的通信连接通常采用光信号传输光缆，它具有耐压强度高的特点，适用于短距离而且电压高的阀厅。

目前换流阀与阀控设备之间信号的传输模式通常采用点对点方式，各种数据通过光器件转换调制为光载波信号，并通过光纤传输数据信息。然而随着直流系统不断地扩容升级，通过阀控设备控制的换流阀单元模块不断增多，这种控制传输模式也日益暴露出一些问题：控制通道的增多导致光纤数量也不断增多，在增加建设成本的同时，在光器件物理尺寸一定的情况下也造成了系统繁杂，给设备的集成化带来了瓶颈，同时也造成在设备安装调试及后期维护时的诸多不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统及方法，用以解决现有的换流阀组件与阀控设备间光通道多而繁杂的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统，包括用于设置在阀控系统侧的触发脉冲分配单元和回报信号接收单元，用于设置在设换流阀组件侧的第一分光器、第二分光器以及对应各换流阀子模块的触发监测单元；所述触发脉冲分配单元用于将阀控系统发出的控制信息复用后通过光纤传输到第一分光器的上行信号接口；所述第一分光器用于将接收到的控制信息分配给对应各换流阀子模块的触发监测单元；所述触发监测单元用于接收第一分光器发送的控制信息并解复用后以得到各对应换流阀子模块的控制信息，并传递给对应的各换流阀子模块，同时还将各换流阀子模块的状态信息编码后发送到第二分光器的下行信号接口；由第二分光器将换流阀子模块的状态信息合成一路后通过光纤发送给回报信号接收单元；所述回报信号接收单元用于将接收到的状态信息解码，并发送给阀控系统。

进一步的，所述触发脉冲分配单元中包括信号编码模块和信号发送模块，所述信号编码模块的输入接口用于连接阀控系统的信号输出接口，信号编码模块的输出接口连接信号发送模块的输入接口，信号发送模块的输出接口通过光纤连接第一分光器的上行信号接口；所述回报信号接收单元包括信号解码模块和信号接收模块，所述信号解码模块的输出接口用于连接阀控系统的信号输入接口，信号解码模块的输入接口连接信号接收模块的输出接口，信号接收模块的输入接口通过光纤连接第二分光器的上行信号接口。

进一步的，所述第一分光器和第二分光器分别具有两个上行信号接口，形成冗余传输架构。

进一步的，所述触发监测单元包括接收模块、触发模块、监视模块、发送模块以及信号编码、信号解码模块，所述接收模块连接信号解码模块、信号解码模块连接触发模块、信号触发模块输出控制信息给相应的换流阀子模块；所述监视模块接收相应的换流阀子模块的状态信息，然后连接信号编码模块，信号编码模块连接发送模块，发送模块通过光纤连接第二分光器的下行信号接口。

优选的，所述触发脉冲分配单元对控制信息的复用采用的是码分复用的方式。

优选的，所述回报信号接收单元对状态信息的复用采用的是分时复用的方式。

同时，本发明还提供了一种用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统的方法，步骤如下：

步骤1)：将阀控系统发送的控制信息进行复用后通过光纤传输至换流阀组件侧，经过解复用后获取各换流阀子模块控制信息，并将其传输到对应的换流阀子模块；

步骤2)：将各换流阀子模块的状态信息进行编码得到每个换流阀子模块的状态编码信息，并将各换流阀子模块的状态编码信息汇合成一路通过光纤传输至阀控系统侧，经过解码后得到各换流阀子模块的状态信息。

进一步的，所述步骤1)中控制信息的复用采用码分复用。

进一步的，所述步骤2)中在将各换流阀子模块状态信息传输至阀控系统侧时采用分时复用的传输方式。

本发明具有如下有益效果：

1.在换流阀光纤通信系统中，采用码分复用加时分复用的方式，实现了对换流阀触发、状态信息的复用传输，提高了通信容量和效率，减少了设备间的光纤连接数，降低了线路消耗成本，解决了光纤系统繁杂的问题。

2.采用分光器进行光信号的分配，实现分发下行数据和集中上行数据的功能，并实现冗余配置，提高光纤传输系统的可靠性。

3.解决了过去接口电路规模庞大的问题，提高了低压侧控制设备的集成度和利用率，采用本发明的方法可适用于特高压直流输电系统和柔性直流输电系统等通信容量较大的光纤监控系统，实现高压侧设备与低压侧控制设备间的数据传输。

附图说明

图1是高压侧设备与低压侧控制设备间多路信号复用传输系统框图；

图2是信号传输流程图；

图3是控制信号编码格式定义；

图4是状态回报信号编码格式定义。

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。

本发明提供的一种用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统及方法，将多路待传输信号按照约定的协议进行变换后，在一条或者多条公共光纤链路上完成传输。下面以柔性直流输电换流阀监控系统为例，详细说明本发明中关于一种用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统的具体思路。

如图1所示，是本发明换流阀光纤传输系统的系统框图，从图中可以看出，本系统由阀控系统侧的触发脉冲分配单元、回报信号接收单元，换流阀侧的触发监测单元、第一分光器、第二分光器，以及光纤传输通道构成。触发脉冲分配单元包括依次连接的信号编码模块和信号发送模块，信号编码模块用于将控制系统发出的信号进行复用编码，并将复用编码后的信号传递给信号发送单元，通过光纤发送给第一分光器的上行信号接口。换流阀侧的触发监测单元包括依次连接的接收模块、解码模块、触发回路，用于通过接收模块接收阀控系统发送的控制信息，通过解码模块解码后传递给触发回路，触发回路再将控制信息发送给高压设备模块；而用于发送高压设备模块状态信息的则是从高压设备模块侧依次连接的监视回路、解码模块、发送模块，用于通过监视回路从高压设备模块接收状态信息，利用编码模块对状态信息编码后通过发送模块发送给第二分光器的下行信号接口，第二分光器再将各高压设备模块的状态信息通过光纤发送给阀控系统侧的回报信号接收单元；回报信号单元包括依次连接的信号接收模块、信号解码模块，信号接收模块用于从第二分光器接收各高压设备模块的状态信息，而信号解码模块则负责将各高压设备模块的状态信息进行解码，然后发送给阀控系统。

为了提高控制信息传输的可靠性，触发脉冲分配单元与第一分光器之间的通信采用冗余的方式，即第一分光器具有两个上行信号接口，第一分光器的两个上行信号接口分别通过对应光纤与阀控系统侧的触发脉冲分配单元连接。同理，为了提高状态信息传输的可靠性，回报信号接收单元与第二分光器之间的通信也采用冗余的方式，即第二分光器具有两个上行信号接口，第二分光器的两个上行信号接口分别通过对应光纤与阀控系统侧的回报信号接收单元连接。

在本实施例中，所使用的第一分光器和第二分光器的下行信号接口由换流阀组件中高压设备模块的个数决定，本实施例中所使用的第一分光器和第二分光器都是具有2个上行信号接口和8个下行信号接口的分光器，其原因在于，之所以采用具有8个下行信号接口的分光器，是因为发送的控制信息经第一分光器分发后要发送给8个高压设备模块，同样在换流阀向阀控系统发送状态信息时也需要将8个高压设备模块的状态信息发送过去；而具有2个上行信号接口的原因在于，通过2个上行信号接口构成互为冗余的通信，保障通信的安全性。

上述实施例中，不管是设置于阀控系统侧触发脉冲分配单元中的信号编码模块、回报信号接收单元中的信号解码模块，还是设置于换流阀组件侧触发监测单元中的信号编码模块和信号解码模块，都是通过采用可编程逻辑门阵列(FPGA)实现编码解码功能。作为其他实施方式，还可以采用逻辑控制电路，或者是单片机等，来实现这些模块的编码、解码功能。

下面，就本发明提供的一种用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统的具体工作方式，做出详细说明。

如图2所示，阀控系统发送控制信息给触发脉冲分配单元，首先触发脉冲分配单元中的信号编码模块接收控制信息，根据如图3所示的帧格式将信息进行编码，然后再将经过编码的信息发送给触发脉冲分配单元中的信号发送模块，经过编码的控制信息通过光纤发送到第一分光器的上行信号接口。在本实施例中，触发脉冲分配单元中的信号编码模块，通过码分复用的方式使得控制信息在光纤上的传输为复用传输，从而使得8个高压设备模块可以同时收到来自阀控系统的控制信息。

从图3中可以看出，控制信息的帧格式，阀控系统的控制信息按照如图3所示的帧格式进行发送，从图3中可以看出，控制信息的发送帧由三部分构成：帧头、数据、帧尾。其中帧头部分占用两个bit，是以11为开始位的帧头；帧尾也是占用两个bit，依次是一个bit的同或校验和一个bit的同或校验取反；而数据部分则包括4个bit的运行模式和8个4bit的控制命令，具体的各个bit的位信息如下表1所示。

表1阀控发给子模块的控制信号

第一分光器将从触发脉冲分配单元接收到的阀控系统的控制信息进行分配，同时传给8个高压设备模块所对应的触发监测单元，现在以高压设备模块1#为例，详细说明高压设备模块接收来自阀控系统的控制信息以及发送自身状态信息的过程。

如图2所示，触发监测单元中的接收模块接收到第一分光器发送的控制信息后，将控制信息传递给信号编码解码单元，对信号进行解码，在这里，接收模块为光接收器。

换流阀侧触发监控单元中的信号解码模块将阀控系统侧发送的控制信息解码后，解析出对应高压设备模块1#的控制信息，并将其传递给触发监测单元中的触发电路，触发电路将解析出来的控制信息传递给高压设备模块1#。高压设备模块1#根据接收到的控制信息，发送出自身的状态信息。

具体的状态信息的发送过程从图2中可以看出，高压设备模块1#将自身的状态信息发送触发监测单元中的监视回路，监视回路将高压设备模块1#的状态信息传递给编码模块中进行编码，编码的帧格式如图4所示，由帧头、标示字、数据和帧尾四部分构成；其中，帧头占两个bit，是以11为帧开始位；标示字占3个bit，是表示模块编号或者状态信息类型的地址码；帧尾占两个bit，依次是一个bit的同或校验和一个bit的同或校验取反；而数据部分则占用16个bit，表示电容电压或者是状态信息。具体的，地址码信息的定义如下表2所示，16bit的电容电压信息定义如表3所示，而16bit的状态信息定义则在下表4中具体给出。

表2地址码信息定义

表3 16BIT电容电压信息定义

BIT15	Bit14～Bit0
		符号位(1代表电压为负，0代表电压为正)	数据位

表4 16BIT状态字定义

编码单元按照上述帧格式将状态信息编码完成后，传递给触发监测单元中的发送模块，在这里发送模块为光发射器，光发射器将编码完成的状态信息发送给第二分光器的下行信号接口。第二分光器接收8个高压设备模块的状态信息后，通过光纤发送给阀控系统侧的回报信号接收单元；具体的，由回报信号接收单元中的信号接收模块接收各高压设备模块的状态信息，然后传递给信号解码模块，在这里信号接收单元为光接收器。需要说明的是，解码模块在接收8个模块的状态信息时，采用的是分时复用的方式，一个模块一个模块地接收状态信息。解码模块将接收到的状态信息解码完成后，传递给阀控系统，从而实现阀控系统与换流阀组件之间的信息传输。

以上给出了本发明具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统，其特征在于，包括用于设置在阀控系统侧的触发脉冲分配单元和回报信号接收单元，用于设置在设换流阀组件侧的第一分光器、第二分光器以及对应各换流阀子模块的触发监测单元；所述触发脉冲分配单元用于将阀控系统发出的控制信息复用后通过光纤传输到第一分光器的上行信号接口；所述第一分光器用于将接收到的控制信息分配给对应各换流阀子模块的触发监测单元；所述触发监测单元用于接收第一分光器发送的控制信息并解复用后以得到各对应换流阀子模块的控制信息，并传递给对应的各换流阀子模块，同时还将各换流阀子模块的状态信息编码后发送到第二分光器的下行信号接口；由第二分光器将换流阀子模块的状态信息合成一路后通过光纤发送给回报信号接收单元；所述回报信号接收单元用于将接收到的状态信息解码，并发送给阀控系统；

所述触发脉冲分配单元对控制信息的复用采用的是码分复用的方式。

2.根据权利要求1所述一种用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统，其特征在于，所述触发脉冲分配单元中包括信号编码模块和信号发送模块，所述信号编码模块的输入接口用于连接阀控系统的信号输出接口，信号编码模块的输出接口连接信号发送模块的输入接口，信号发送模块的输出接口通过光纤连接第一分光器的上行信号接口；所述回报信号接收单元包括信号解码模块和信号接收模块，所述信号解码模块的输出接口用于连接阀控系统的信号输入接口，信号解码模块的输入接口连接信号接收模块的输出接口，信号接收模块的输入接口通过光纤连接第二分光器的上行信号接口。

3.根据权利要求1所述一种用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统，其特征在于，所述第一分光器和第二分光器分别具有两个上行信号接口，形成冗余传输架构。

4.根据权利要求1所述一种用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统，其特征在于，所述触发监测单元包括接收模块、触发模块、监视模块、发送模块以及信号编码、信号解码模块，所述接收模块连接信号解码模块，信号解码模块连接触发模块，信号触发模块输出控制信息给相应的换流阀子模块；所述监视模块接收相应的换流阀子模块的状态信息，然后连接信号编码模块，信号编码模块连接发送模块，发送模块通过光纤连接第二分光器的下行信号接口。

5.根据权利要求1所述一种用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统，其特征在于，所述回报信号接收单元对状态信息的复用采用的是分时复用的方式。

6.适用于权利要求1所述用于直流输电换流阀监控系统的光纤通信系统的一种方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1)：将阀控系统发送的控制信息进行复用后通过光纤传输至换流阀组件侧，经过解复用后获取各换流阀子模块控制信息，并将其传输到对应的换流阀子模块；

步骤2)：将各换流阀子模块的状态信息进行编码得到每个换流阀子模块的状态编码信息，并将各换流阀子模块的状态编码信息汇合成一路通过光纤传输至阀控系统侧，经过解码后得到各换流阀子模块的状态信息。

7.根据权利要求6所述的一种方法，其特征在于，所述步骤1)中控制信息的复用采用码分复用。

8.根据权利要求6所述的一种方法，其特征在于，所述步骤2)中在将各换流阀子模块状态信息传输至阀控系统侧时采用分时复用的传输方式。