CN109582004B

CN109582004B - 智能检测平台

Info

Publication number: CN109582004B
Application number: CN201811487384.9A
Authority: CN
Inventors: 闻福岳; 周亮; 杜向楠; 杨晓楠; 张晓林; 袁旭超; 陈宇硕; 董志猛; 鹿洪刚
Original assignee: China EPRI Electric Power Engineering Co Ltd
Current assignee: China EPRI Electric Power Engineering Co Ltd
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2038-12-06
Also published as: CN109582004A

Abstract

本发明提供一种智能检测平台，包括：换流阀、被测阀基控制器、极控制保护装置、子模块控制器、在线监测单元、子模块故障模拟单元和测试后台工作站；在线监测单元用于采集换流阀的电气参数信息；测试后台工作站用于给子模块故障模拟单元下发故障模拟指令；测试后台工作站还用于向极控制保护装置下发有功、无功控制指令；极控制保护装置用于将接收到的有功、无功控制指令转化为被测阀基控制器所需的参考电压波；被测阀基控制器用于将接收的参考电压波转化为子模块控制器所需的触发脉冲信号；子模块控制器用于控制换流阀的通断；子模块故障模拟单元用于将故障模拟指令转化为子模块控制器所需的故障信息及控制信号。该平台通用性强，测试效率高。

Description

智能检测平台

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，尤其是涉及智能检测平台。

背景技术

目前，MMC-HVDC具有拓扑结构复杂、控制难度大等特点。大规模多节点柔性直流输电技术的快速发展，需要性能全面、可靠性高的阀控系统。研究柔性直流输电阀控系统的常见试验方法有基于实时数字仿真系统的仿真试验、基于纯物理模拟的动模试验；其中，仿真试验方法难以完整地、系统地测试控制系统的软硬件，不能实现全工况闭环模拟，同时模块化多电平柔直系统随着电平数增加，会急剧增加仿真软硬件的成本，尤其是多端直流系统，基于RTDS或RTLAB的数字仿真已经变的不现实，动模试验是纯物理模拟，实证性强、测试结果准确，最接近柔性直流输电系统运行实际。但目前常见动模试验平台大多用于新开发装置的性能验证，缺点具有通用性差，测试效率低等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述问题，提供了一种智能检测平台用于解决现有技术的不足。

具体地，本发明实施例提供了一种智能检测平台，包括：一次物理模拟系统、二次控制系统、以及后台测试系统；所述一次物理模拟系统包括：调压器、换流变压器、启动电阻、换流阀、直流电源柜；所述二次控制系统包括：被测阀基控制器、极控制保护装置以及子模块控制器；所述后台测试系统包括：在线监测单元、子模块故障模拟单元以及测试后台工作站；

所述被测阀基控制器分别与所述极控制保护装置以及所述子模块控制器电性连接；所述换流阀分别与所述在线监测单元以及所述子模块控制器电性连接；所述子模块故障模拟单元分别与所述测试后台工作站以及所述子模块控制器电性连接；所述测试后台工作站分别与所述在线监测单元以及所述极控制保护装置电性连接；

所述在线监测单元用于实时采集所述换流阀的电气参数信息；所述极控制保护装置用于根据采集的信息下发保护控制指令；所述测试后台工作站用于给所述子模块故障模拟单元下发故障模拟指令；测试后台工作站还用于向极控制保护装置下发有功、无功控制指令；所述极控制保护装置用于将接收到的有功、无功控制指令转化为所述被测阀基控制器所需的参考电压波；所述被测阀基控制器用于将接收的参考电压波转化为所述子模块控制器所需的触发脉冲信号；所述子模块控制器用于根据所述触发脉冲信号控制所述换流阀的通断；所述子模块故障模拟单元用于将接收到的故障模拟指令转化为所述子模块控制器所需的故障信息及控制信号。

作为上述技术方案的进一步改进，所述在线监测单元包括采集电路和计算电路；所述采集电路用于采集所述换流阀的电压电流信息；所述计算电路用于对所述采集电路采集数据的数据进行传输和运算处理。

作为上述技术方案的进一步改进，所述子模块故障模拟单元包括：嵌入式ARM控制器和FPGA；所述ARM控制器用于接收测试后台工作站发送的故障模拟指令，解析指令，生成故障设定信号，并写入所述FPGA；所述FPGA通过光纤HDLC将故障设定信号分发至所述子模块控制器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述测试后台工作站还用于实现换流阀全工况模拟、故障状态精确模拟、一键自动化测试。

作为上述技术方案的进一步改进，所述换流阀全工况模拟的模拟对象包括换流阀的无源逆变运行方式、STATCOM运行方式以及HVDC运行方式。

作为上述技术方案的进一步改进，所述故障状态精确模拟的模拟对象包括一次系统故障、二次系统故障。

作为上述技术方案的进一步改进，所述一键自动化测试包括在无源逆变状态下进行的下列操作：设备上电自检功能、电容电压平衡及环流监测、程序化子模块故障、通信故障模拟、故障录波，以及测试报表生成。

作为上述技术方案的进一步改进，所述在线监测包括在线监测所述换流阀总损耗，用于评估被测阀基控制器所采用的控制策略对所述换流阀的性能影响。

作为上述技术方案的进一步改进，所述一次物理模拟系统按标幺值等效原则设计。

作为上述技术方案的进一步改进，所述换流阀故障包括：IGBT过流、过压、欠压、过温以及通讯故障。

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，至少具有如下有益效果：该智能检测平台实现被测阀基控制器的自动化测试，减少传统人工过多参与而导致测试效率低下的缺点；同时本检测平台加入换流阀在线监测功能，可以对被测阀基控制器不同控制策略下的控制效果进行有效评估。通用性强，测试效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提出的智能检测平台的结构示意图。

主要元件符号说明：

10-一次物理模拟系统；101-换流阀；20-二次控制系统；201-被测阀基控制器；202-极控制保护装置；203-子模块控制器；30-后台测试系统；301-在线监测单元；302-子模块故障模拟单元；303-测试后台工作站。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开保护范围限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本公开的各种实施例中，表述“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本公开的各种实施例中使用的术语“用户”可指示使用电子装置的人或使用电子装置的装置(例如，人工智能电子装置)。

在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供了一种智能检测平台，包括：一次物理模拟系统10、二次控制系统20、以及后台测试系统30；一次物理模拟系统10包括：换流阀101；二次控制系统20包括：被测阀基控制器201、极控制保护装置202以及子模块控制器203；后台测试系统30包括：在线监测单元301、子模块故障模拟单元302以及测试后台工作站303。

被测阀基控制器201分别与极控制保护装置202以及子模块控制器203电性连接；换流阀101分别与在线监测单元301以及子模块控制器203电性连接；子模块故障模拟单元302分别与测试后台工作站303以及子模块控制器203电性连接；测试后台工作站303分别与在线监测单元301以及极控制保护装置202电性连接。

在线监测单元301用于实时采集换流阀101的电气参数信息。极控制保护装置202用于根据采集的信息下发保护控制指令。测试后台工作站303用于给子模块故障模拟单元302下发故障模拟指令。测试后台工作站303还用于向极控制保护装置202下发有功、无功控制指令；极控制保护装置202用于将接收到的有功、无功控制指令转化为被测阀基控制器201所需的参考电压波；被测阀基控制器201用于将接收的参考电压波转化为子模块控制器203所需的触发脉冲信号；子模块控制器203用于根据触发脉冲信号控制换流阀101的通断；子模块故障模拟单元302用于将接收到的故障模拟指令转化为子模块控制器203所需的故障信息及控制信号。

一次物理模拟系统10还包括：调压器、换流变压器、启动电阻、以及直流电源柜。

换流阀101可采用MOSFET场效应管或IGBT进行开关等效，可模拟1～501电平数。

设置调压器的目的是为了灵活变换系统运行电压等级。模拟系统从试验室电源引出三相四线制380V交流电压，该电源出口处自带断路器保护装置，引出线连接在调压器上，MMC-HVDC物理模拟系统额定运行直流电压等级为±1500V，对应的交流侧电压为380V，在进行不同电压等级试验时，可以通过调整调压器的输出电压使系统运行于任意相匹配的直流电压等级下。调压器自带保护装置，既作为调压器的保护也是整套试验平台的保护装置。优选接触自动调压器，该类型调压器效率高，体积小，重量轻，稳压精度高，反应速度快等优点，适用于试验室操作。调压器采用三相双绕组结构，由于电压低于1kV，所以中性点可以直接接地或不接地，结合柔直运行特点及换流变中性点接线方式，此处采用中性点不接地方式；调压器外壳接地保护。升压变压器用以模拟现实工程中的换流变，可配合调压器灵活变换出适应不同工程的电压等级。本试验平台拟采用三相双绕组结构变压器，二次侧星形接线，中性线接地，一次侧星形接线，中性线不接地；变压器外壳接地。

直流侧配置直流电源柜，通过倒闸操作，实现动模平台逆变运行。

一次物理模拟系统还包括在一次电路中电源侧、换流变网侧、换流阀桥臂、直流极线上分别配置的保护装置，对各处的过压、过流进行限制。断路器是整个试验平台的主保护，桥臂熔断器主要用来限制桥臂过电流，直流极线上熔断器主要保护直流极线。还包括霍尔传感器，霍尔电压、电流传感器，主要作用是采集MMC-HVDC物理模拟平台一次系统的电压、电流瞬时值，将采集量作为系统控制输入量、保护量及有功、无功测算量输入控制系统。其它元还包括在一次接线主电路中处设置的滑动电阻，模拟正常运行情况下负载及故障下短路电阻。

MMC-HVDC物理模拟系统在储能电容充电瞬间会出现过电流，为了限制半导体器件的充电电流，在换流变阀侧设置启动电阻，启动电阻为定值电阻，充电过程完成后通过继电器将启动电阻旁路。启动电阻采用碳复合电阻器。为了降低运行中的电阻发热，电阻额定能量取600kJ，对地绝缘电压实际为1500V，留出2倍裕度，取3000V。

一次物理模拟系统中采用桥臂电抗器用于抑制环流以及抑制换流器内部故障和直流侧故障时流过桥臂的故障电流上升率。

一次物理模拟系统按标幺值等效原则，设计系统电平数、功率因数、调制比、电容电压波动、相单元谐振频率与实际工程一致，并保证其它参数按比例等效。

极控制保护装置，采用双套备用方式实现。由主控板、保护板、AD采集板、DIO开入开出管理板构成。

主控板的主要任务是通过和FPGA接口获取模拟量信息、开入量信息及被测阀基控制器信息，根据这些信息实现柔直控制策略，获取主备装置保护板发送来的保护动作信息，确定保护控制出口动作；另外要和测试后台工作站进行双向通信，包括测试后台工作站要对主控板进行运行模式及运行参数的设定，主控板也要把运行状态信息、开关及刀闸位置信息送到测试后台工作站，由测试后台工作站进行顺控流程中每个状态逻辑切换合理性的判断。

主控板与保护板均采用低功耗双核嵌入式处理器，可实现50～100μs级别的控制响应速率。低功耗处理器采用ARM+DSP双核架构，其中ARM处理器用于实现与测试后台工作站和被测阀基控制器的数据通信及管理功能，DSP主要实现保护及控制算法。

采集板采用64路电流电压信号硬接线，引入AD进行同步采样。FPGA可将所有采样值任意分组封装，可以通过面板配置的12个FX接口输出给被测阀基控制器等外部设备，也可以从背板分别通过TDM总线发给主控板和保护板。给被测阀基控制器的采样值物理量为桥臂电流，需要在采集板内做零漂校验和系数转换后发送给被测阀基控制器。采集板与DIO管理板通过1对收发HDLC通讯，从DIO管理板来的PPS和P100us信号由背板引入FPGA，用于同步采样。采集板与主控板和保护板分别预留了2路TDM采样值发送通道和2路HDLC收发通道。

开入开出管理板卡上引出10个FX(6收4发)，其中3个用于接收光CT合并单元屏上送来的TDM信号(时钟、帧头、数据各占一个通道。因柔直动模项目中无光CT合并单元，NC)。其余通道可作备用(如当外部装置需要光纤100us同步脉冲时，可用此板来发送；如果需要给录波装置发送DIO信息，也可以用此板来实现)。

TDM信号经FPGA解码后转发采集板(此功能预留NC)，最后通过采集板统一上送保护板或主控板。本板通过HDLC总线管理DI/DO板的开入开出状态和动作命令。通过HDLC与主控板、保护板、采集板通讯。转发2路IRIG-B信号给主控板和保护板。同时给采集板提供PPS和100us脉冲。

子模块控制器采用高速FPGA，可实时与被测阀基控制器通信，接收被测阀基控制器下行命令，并实时上传等效子模块状态信息。采用16位AD采样电路，实时对电容电压进行采集，并将电压值上传给被测阀基控制器。检测到故障(故障检测包括过压、欠压、光纤通讯故障(被测阀基控制器→子模块控制器通信故障)、过流故障)，并根据故障类型进行相应的操作。按照实际工程的启动退出时序配合被测阀基控制器的检测保护逻辑，控制子模块等效模型的正常投入与退出；内嵌故障模拟装置(FSD)故障命令接收通道，接收FSD的模拟故障信号，根据指令模拟回报不同的故障信息并作出相应的保护动作(闭合旁路开关、闭锁MOSFET)。

子模块控制器用于检测子模块IGBT过流、过压、欠压、过温以及通讯等故障信号。

在线监测单元包括采集电路和计算电路；采集电路用于采集等效换流阀的电压电流信息；计算电路用于采集数据的传输和运算处理。

在线监测功能用于评估阀基装置采用的控制策略对MMC换流阀性能影响。在线监测单元主要由采集电路和计算电路构成，采集单元主要采集MMC子模块的上下MOSFET管集射极电压V_ce、栅极电压V_ge，以及桥臂电流I_c。采集电路由信号调理电路、过零比较电路、AD采集芯片、FPGA芯片构成，其中过零比较电路可以将栅极电压转换成方波信号，FPGA将该方波信号计算出正电平持续时间即MOSFET管导通时间T_on。

计算单元由双核嵌入式处理器构成，双核处理器包括一个ARM处理器和一个DSP处理器，ARM处理器主要负责采集数据的接收及与上位机的通信，DSP处理器主要用于功耗计算，

子模块故障模拟单元包括：嵌入式ARM控制器和FPGA；所述ARM控制器主要用于接收故障模拟指令，解析指令，生成故障设定信号，并写入所述FPGA；所述FPGA通过光纤HDLC将故障设定信号分发至各子模块控制器。

测试后台工作站用于实现换流阀全工况模拟、故障状态精确模拟、在线监测、一键自动化测试。

一键自动化功能包括测试平台顺控流程及故障模拟的程序自动化。

顺控流程是为了实现直流系统运行状态转换、确保运行状态安全的一种控制方式，是由顺序控制和联锁逻辑功能两部分组成的。

顺序控制是指对直流系统的状态转换操作在正常情况下应按照时间的上先后顺序展开，状态的转换相互之间不能跨越执行，其时间顺序应为：“检修状态、冷备状态、热备状态、解锁状态”。

联锁逻辑功能是指对直流系统的遥控操作必须满足相应的先决条件，当条件不满足时，则不能执行，包含联锁逻辑判断的操作有刀闸的开合操作、运行模式的设置、运行参数的下发等。

测试后台工作站通过与故障模拟装置FSD通信，通过发送不同的命令来模拟试验过程中的各种故障。主要故障分为三类主从切换模拟、整体故障模拟、子模块故障模拟。

主从切换模拟包括：(1)同主；(2)同从；(3)主信号通信故障；(4)从信号通信故障；(5)主从信号通信故障。

整体故障模拟包括：(1)桥臂过流保护试验；(2)整体过压保护试验。

故障模拟装置包括：(1)接收测试后台工作站发送的故障模拟命令，形成相应的故障设定信号；(2)向子模块控制器下发故障设定指令，并接收被测阀基控制器的回应信息。

故障模拟装置由嵌入式ARM控制器和FPGA组成，其中ARM控制器主要用于接收故障模拟指令，解析指令，生成故障设定信号，并写入FPGA。FPGA通过光纤HDLC将故障设定信号分发至各子模块控制器。

子模块故障模拟包括：(1)取能电源故障；(2)IGBT驱动故障；(3)IGBT过流故障；(4)被测阀基控制器->子模块控制器通信故障；(5)旁路开关拒合故障。

一键自动化测试功能主要包括在无源逆变状态下进行：设备上电自检功能、电容电压平衡及环流监测、程序化子模块故障、通信故障模拟、故障录波，以及测试报表生成。

换流阀全工况模拟功能主要包括STATCOM运行方式，主要包括定无功功率控制、定交流电压控制、AB系统切换(定无功、定直流电压控制方式下进行切换操作)、主系统通信丢失(断开极控制保护装置和被测阀基控制器之间通信，检验是否正常切换从系统)。全工况模拟功能包括无源逆变运行方式、STATCOM运行方式以及HVDC运行方式。换流阀全工况模拟包括无源逆变运行方式、STATCOM运行方式以及HVDC运行方式。

一次物理模拟系统，通过多个开关间的配合，可以进行模块化多电平换流器高压直流输电的整流、逆变运行，模块化多电平换流器高压直流输电向无源负载网络供电以及仅吸收(发出)无功的STATCOM运行等运行模式。

故障状态精确模拟包括一次系统故障、二次系统故障。一次系统故障包括桥臂过流、桥臂过压、子模块过压、过流、过温、IGBT驱动等故障。二次系统故障包括主从设备通信故障、子模块通信故障。

在线监测包括在线监测所述等效换流阀总损耗，用于评估被测阀基控制器所采用的控制策略对等效换流阀的性能影响。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种智能检测平台，其特征在于，包括：一次物理模拟系统、二次控制系统、以及后台测试系统；所述一次物理模拟系统包括：调压器、换流变压器、启动电阻、换流阀、直流电源柜；所述二次控制系统包括：被测阀基控制器、极控制保护装置以及子模块控制器；所述后台测试系统包括：在线监测单元、子模块故障模拟单元以及测试后台工作站；其中，所述极控制保护装置采用双套备用方式实现；

所述在线监测单元用于实时采集所述换流阀的电气参数信息并发送至所述测试后台工作站以计算所述换流阀总损耗并评估所述被测阀基控制器所采用的控制策略对所述换流阀的性能影响；所述极控制保护装置用于接收所述测试后台工作站发送的所述电气参数信息，并根据采集的所述电气参数信息下发保护控制指令；所述测试后台工作站用于给所述子模块故障模拟单元下发故障模拟指令；测试后台工作站还用于向极控制保护装置下发有功、无功控制指令；所述极控制保护装置用于将接收到的有功、无功控制指令转化为所述被测阀基控制器所需的参考电压波；所述被测阀基控制器用于将接收的参考电压波转化为所述子模块控制器所需的触发脉冲信号；所述子模块控制器用于根据所述触发脉冲信号控制所述换流阀的通断；所述子模块故障模拟单元用于将接收到的故障模拟指令转化为所述子模块控制器所需的故障信息及控制信号。

2.根据权利要求1所述的智能检测平台，其特征在于，所述在线监测单元包括采集电路和计算电路；所述采集电路用于采集所述换流阀的电压电流信息；所述计算电路用于对所述采集电路采集数据的数据进行传输和运算处理。

3.根据权利要求1所述的智能检测平台，其特征在于，所述子模块故障模拟单元包括：嵌入式ARM控制器和FPGA；所述ARM控制器用于接收测试后台工作站发送的故障模拟指令，解析指令，生成故障设定信号，并写入所述FPGA；所述FPGA通过光纤HDLC将故障设定信号分发至所述子模块控制器。

4.根据权利要求1所述的智能检测平台，其特征在于，所述测试后台工作站测试后台工作站还用于实现换流阀全工况模拟、故障状态精确模拟、一键自动化测试。

5.根据权利要求4所述的智能检测平台，其特征在于，所述换流阀全工况模拟的模拟对象包括换流阀的无源逆变运行方式、STATCOM运行方式以及HVDC运行方式。

6.根据权利要求4所述的智能检测平台，其特征在于，所述故障状态精确模拟的模拟对象包括一次系统故障、二次系统故障。

7.根据权利要求4所述的智能检测平台，其特征在于，所述一键自动化测试包括在无源逆变状态下进行的下列操作：设备上电自检功能、电容电压平衡及环流监测、程序化子模块故障、通信故障模拟、故障录波，以及测试报表生成。

8.根据权利要求4所述的智能检测平台，其特征在于，所述在线监测包括在线监测所述换流阀总损耗，用于评估被测阀基控制器所采用的控制策略对所述换流阀的性能影响。

9.根据权利要求1所述的智能检测平台，其特征在于，所述一次物理模拟系统按标幺值等效原则设计。

10.根据权利要求1所述的智能检测平台，其特征在于，所述换流阀故障包括：IGBT过流、过压、欠压、过温以及通讯故障。