CN110850209A - 一种用于模拟换相失败试验的监测控制装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于模拟换相失败试验的监测控制装置及系统，该装置包括：背板、通信板、主控板、GPS同步板及至少一个触发监测板，通信板、主控板、GPS同步板及触发监测板均设置于背板上，GPS同步板用于接收GPS信号，根据GPS信号产生时钟信号，并将时钟信号传送给通信板、主控板、GPS同步板及触发监测板；主控板用于通过通信板获取被测电路的运行参数数据，根据运行参数数据解析生成触发信号，并将触发信号发送至触发监测板；触发监测板用于根据触发信号向被测电路发送脉冲触发信号，以及，接收被测电路反馈的监测信号，并将监测信号发送至主控板。本发明提供的装置不依托微机控制，解决了运行过程中容易死机的问题，且该装置价格低廉，容易维护。

Description

一种用于模拟换相失败试验的监测控制装置及系统

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种用于模拟换相失败试验的监测控制装置及系统。

背景技术

随着国内投运的直流输电工程日益增多，逆变站换相失败问题变得突出起来，换相失败的根源在于晶闸管元件的半控特性，晶闸管的开通可以通过触发脉冲控制，但必须对其施加反向电压并持续一段时间，使晶闸管中的载流子去游离，恢复阻断能力，才能可靠关断。若施加反向电压的时间太短，晶闸管一旦承受正向电压，不需要触发脉冲也会重新导通。换相失败会引起换流变压器直流偏磁，换流阀过热，过电压等问题，继发性的换相失败还可能引起直流系统闭锁，给电网稳定造成更大的冲击，所以对换相失败及其抵御措施的研究非常重要。

目前国内外研究换相失败及其抵御措施的主流研究方法是使用实时数字仿真系统RTDS、RTLAB等设备及外部功率放大器与晶闸管触发监测单元联动，这种方式的优点是安全性高、试验可反复试错，缺点是RTDS、RTLAB设备依托微机控制，软件运行过程中容易死机。且RTDS、RTLAB系统需要进口、价格高昂，设备保养维护相对困难。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中数字仿真系统RTDS、RTLAB设备依托微机控制，软件运行过程中容易死机，且价格高、保养困难的缺陷，从而提供一种用于模拟换相失败试验的监测控制装置及系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据第一方面，本发明实施例公开了一种用于模拟换相失败试验的监测控制装置，该装置包括：背板、通信板、主控板、GPS同步板及至少一个触发监测板，所述通信板、主控板、GPS同步板及至少一个触发监测板均设置于所述背板上，所述GPS同步板用于接收GPS信号，根据所述GPS信号产生时钟信号，并将所述时钟信号传送给所述通信板、主控板、GPS同步板及触发监测板，完成所述装置的时钟同步；所述主控板用于通过所述通信板获取被测电路的运行参数数据，根据所述运行参数数据及时钟信号解析生成触发信号，并将所述触发信号发送至所述触发监测板；所述触发监测板用于根据所述触发信号向所述被测电路发送脉冲触发信号，以及，接收所述被测电路根据所述脉冲触发信号反馈的监测信号，并将所述监测信号发送至所述主控板。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述触发监测板包括：FPGA芯片和收发接口，所述FPGA芯片包括：第一FPGA芯片及第二FPGA芯片，所述第一FPGA芯片为调制芯片，用于接收所述主控板传输的触发信号，并对所述触发信号调制，得到所述脉冲触发信号；所述第二FPGA芯片为解调芯片，用于接收所述收发接口传输的所述监测信号，对所述监测信号进行解调，得到脉冲解调信号，将所述脉冲解调信号传送给所述主控板。

结合第一方面第一实施方面，在第一方面第二实施方式中，所述第一FPGA芯片和所述第二FPGA芯片同时给对方发送脉冲信号，根据对方反馈所述脉冲信号的情况判断对方是否处于工作状态。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，当所述第一FPGA芯片或所述第二FPGA芯片未处于工作状态时，处于工作状态的FPGA芯片确定未处于工作状态的FPGA芯片的自检状态为故障，并发送给所述主控板。

结合第一方面，在第一方面第四实施方式中，所述装置还包括：以太网板和电源板，所述以太网板和电源板均设置于所述背板上，所述电源板用于为所述监测控制装置提供外部电源供电；所述以太网板用于将所述运行参数数据传送给上位机，并接收所述上位机的控制指令。

结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，所述主控板包括：正常工作模块，用于根据所述运行参数数据及时钟信号向所述触发监测板传输正常触发信号；换相失败工作模块，用于根据所述时钟信号对所述运行参数数据进行延时处理，向所述触发监测板传输有时延的触发信号。

根据第二方面，本发明实施例公开了一种用于模拟换相失败试验的监测控制系统，该系统包括：上位机、AD数据采集箱、开关量输入机箱、开关量输出机箱及如第一方面或第一方面任一实施方式中所述的用于模拟换相失败试验的监测控制装置，所述AD数据采集箱，分别与所述监测控制装置和被测电路连接，用于采集被测电路的电气数据，并将所述电气数据传送给所述监测控制装置；所述开关量输入机箱，分别与所述监测控制装置和被测电路连接，用于采集被测电路的开关量数据，并将所述开关量数据传送给所述监测控制装置；所述上位机，与所述监测控制装置连接，用于获取所述电气数据和开关量数据，并根据所述电气数据和开关量数据生成控制指令；所述监测控制装置，用于在所述控制指令的驱动下，根据所述电气数据和开关量数据生成脉冲触发信号和开关量信号，并将所述开关量信号传送给所述开关量输出机箱，将所述脉冲触发信号传送给所述被测电路；所述开关量输出机箱，分别与所述监测控制装置和被测电路连接，用于接收所述开关量信号，并将所述开关量信号传输给所述被测电路。

根据第二方面，在第二方面第一实施方式中，所述AD数据采集箱、开关量输入机箱和开关量输出机箱接收所述GPS同步板的时钟信号，完成所述系统的时钟同步。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的一种用于模拟换相失败试验的监测控制装置，包括：背板、通信板、主控板、GPS同步板及至少一个触发监测板，通信板、主控板、GPS同步板及至少一个触发监测板均设置于背板上，GPS同步板用于接收GPS信号，根据GPS信号产生时钟信号，并将时钟信号传送给通信板、主控板、GPS同步板及触发监测板，完成整个装置的同步；主控板用于通过通信板获取被测电路的运行参数数据，根据运行参数数据及时钟信号解析生成触发信号，并将触发信号发送至触发监测板；触发监测板用于根据触发信号向被测电路发送脉冲触发信号，以及，接收被测电路根据脉冲触发信号反馈的监测信号，并将监测信号发送至主控板。本发明所提供的用于模拟换相失败试验的监测控制装置不依托微机控制，解决了运行过程中容易死机的问题，且该装置价格低廉，容易维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明实施例1中用于模拟换相失败试验的监测控制装置的一个具体示例的框图；

图2为本发明实施例1中触发监测板的一个具体示例的框图；

图3为本发明实施例2中用于模拟换相失败试验的监测控制系统的一个具体示例的框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供一种用于模拟换相失败试验的监测控制装置，应用于模拟直流输电换流阀换相失败物理试验系统，本发明实施例的被测电路可以为一个12脉动背靠背物理试验装置，该物理试验装置的整流侧和逆变侧分别包括12台晶闸管，该监测控制装置与12脉动背靠背物理试验装置的24台晶闸管通过12对光纤进行通信，如图1所示，该监测控制装置包括：背板10、通信板12、主控板13、GPS同步板14及至少一个触发监测板，通信板12、主控板13、GPS同步板14及至少一个触发监测板均设置于背板10上。

示例性地，该监测控制装置以LVDS总线作为背板，通信板12、主控板13、GPS同步板14及至少一个触发监测板均接入背板进行工作，从背板取得供电，通过背板实现互相间的数据交互。

GPS同步板14用于接收GPS信号，根据GPS信号产生时钟信号，并将时钟信号传送给通信板12、主控板13、GPS同步板14及触发监测板，完成装置的时钟同步。

示例性地，GPS同步板14获取GPS或其他卫星导航系统的信号，GPS同步板14中的时钟频率模块提供所需的各种时频的信号，并输出时钟信号，实现高精度的频率和时间信号输出，使用GPS同步板14获取的时钟信号更加精确，可以精确到毫秒。

主控板13用于通过通信板12获取被测电路的运行参数数据，根据运行参数数据及时钟信号解析生成触发信号，并将触发信号发送至触发监测板。

示例性地，本发明实施例中的运行参数数据可以包括但不限于晶闸管的各种电气数据、开关量数据，主控板13根据上述运行参数数据进行逻辑运算生成触发信号，并将该触发信号发送到触发监测板。

触发监测板用于根据触发信号向被测电路发送脉冲触发信号，以及，接收被测电路根据脉冲触发信号反馈的监测信号，并将监测信号发送至主控板13。

示例性地，如图1所示，本发明实施例中的触发监测板可以设置为4块，每块触发监测板对应1台6脉动换流器，按照整流侧和逆变侧分为2组，每组各包括2块板卡，名称后缀为“INVT”的为逆变侧板卡，为“RECT”的为整流侧板卡，其中触发监测板INVT1对应12脉动背靠背逆变侧的星形绕组6脉动换流器，触发监测板INVT2对应12脉动背靠背逆变侧的角形绕组6脉动换流器；其中触发监测板RECT1对应12脉动背靠背整流侧的星形绕组6脉动换流器，触发监测板RECT2对应12脉动背靠背整流侧的角形绕组6脉动换流器。本申请实施例对该触发监测板的数量不作限定，本领域技术人员可根据实际使用需要确定。

本发明实施例提供的一种用于模拟换相失败试验的监测控制装置，包括：背板、通信板、主控板、GPS同步板及至少一个触发监测板，通信板、主控板、GPS同步板及至少一个触发监测板均设置于背板上，GPS同步板用于接收GPS信号，根据GPS信号产生时钟信号，并将时钟信号传送给通信板、主控板、GPS同步板及触发监测板，完成整个装置的同步；主控板用于通过通信板获取被测电路的运行参数数据，根据运行参数数据及时钟信号解析生成触发信号，并将触发信号发送至触发监测板；触发监测板用于根据触发信号向被测电路发送脉冲触发信号，以及，接收被测电路根据脉冲触发信号反馈的监测信号，并将监测信号发送至主控板。本发明提供的用于模拟换相失败试验的监测控制装置不依托微机控制，解决了运行过程中容易死机的问题，且该装置价格低廉，容易维护。

作为本申请一个可选实施方式，如图2所示，触发监测板包括：

FPGA芯片和收发接口，FPGA芯片包括：第一FPGA芯片21及第二FPGA芯片22。

示例性地，该收发接口可以为6路光纤接口，对应与1台6脉动换流器的全部晶闸管进行通信，如图2所示，该光纤收发接口对应图中的TTM1-TTM6。本申请实施例对该收发接口的数量不作限定，本领域技术人员可根据实际使用需要确定。

第一FPGA芯片21为调制芯片，用于接收主控板13传输的触发信号，并对触发信号调制，得到脉冲触发信号。

示例性地，该触发信号包括换流器解锁、触发角度等数据，第一FPGA芯片根据触发角度和运行参数数据进行调制，得到脉冲触发信号。

第二FPGA芯片22为解调芯片，用于接收收发接口传输的监测信号，对监测信号进行解调，得到脉冲解调信号，将脉冲解调信号传送给主控板13。

示例性地，该监测信号包括换流阀晶闸管上传的回路原件参数、晶闸管的关断角度等，第二FPGA芯片22解调单脉冲回报、过压保护脉冲回报等脉冲解调信号，并将该脉冲解调信号按照预设格式发送给主控板13，该预设格式可以为通信协议，例如FP协议、CP协议等。本申请实施例对该预设格式不作限定，本领域技术人员可根据实际使用需要确定。

作为本申请一个可选实施方式，包括：

第一FPGA芯片21和第二FPGA芯片22同时给对方发送脉冲信号，根据对方反馈脉冲信号的情况判断对方是否处于工作状态。

示例性地，在该监测控制装置运行过程中，第一FPGA芯片21和第二FPGA芯片22同时发出500Hz的脉冲信号给对方，第一FPGA芯片21和第二FPGA芯片22在发送该脉冲信号后开始计时，根据预设时间内能否接收到对方芯片反馈信号，判断对方芯片是否处于工作状态，该预设时间可以为1s、也可以为10s。本申请实施例对该预设时间不作限定，本领域技术人员可根据实际使用需要确定。

作为本申请一个可选实施方式，包括：

当第一FPGA芯片21或第二FPGA芯片22未处于工作状态时，处于工作状态的FPGA芯片确定未处于工作状态的FPGA芯片的自检状态为故障，并发送给主控板13。

示例性地，例如第一FPGA芯片21和第二FPGA芯片22同时给对方发射一个脉冲信号，在预设时间内第一FPGA芯片21没有接收到第二FPGA芯片22的反馈脉冲，第一FPGA芯片21确定第二FPGA芯片22的自检状态为故障，并将该故障数据发送给主控板13。

作为本申请一个可选实施方式，如图1所示，该装置还包括：以太网板11和电源板15，以太网板11和电源板15均设置于背板10上。

电源板15用于为监测控制装置提供外部电源供电；

以太网板11用于将运行参数数据传送给上位机，并接收上位机的控制指令。

作为本申请一个可选实施方式，主控板13包括：

正常工作模块，用于根据运行参数数据及时钟信号向触发监测板传输正常触发信号。

换相失败工作模块，用于根据时钟信号对运行参数数据进行延时处理，向触发监测板传输有时延的触发信号。

示例性地，主控板13的正常工作模块和换相失败工作模块分别对应于触发监测板收发接口的两种工作模式，当主控板13向触发监测板传输正常触发信号时，触发监测板收发接口严格按照6脉动换流器的触发顺序工作，每路的触发角度按照60度时序间隔，符合换流器晶闸管自然换相规律，当主控板向触发监测板传输有时延的触发信号时，触发监测板收发接口严格按照主控板下发的触发延时时间工作。

实施例2

本发明实施例提供一种用于模拟换相失败试验的监测控制系统，如图3所示，包括上位机33、AD数据采集箱34、开关量输入机箱35、开关量输出机箱36及上述实施例中的用于模拟换相失败试验的监测控制装置32。

AD数据采集箱34，分别与监测控制装置32和被测电路31连接，用于采集被测电路31的电气数据，并将电气数据传送给监测控制装置32。

示例性地，该电气数据可以包括但不限于晶闸管的电压、电流、电压变化率、电流变化率等，属于连续变化的模拟数据，AD数据采集箱34对采集到的模拟电气数据进行模数转换，得到数字数据后传送给监测控制装置32，便于监测控制装置32进行处理。

开关量输入机箱35，分别与监测控制装置32和被测电路31连接，用于采集被测电路31的开关量数据，并将开关量数据传送给监测控制装置32。

示例性地，开关量输入机箱35是可编程逻辑控制器与现场的以开关量为输出形式的元器件(如晶闸管刀闸的开关、换流阀的解闭锁等)的连接通道，将反映开关状态的相关信号转换成CPU单元所能接收的数字信号。

上位机33，与监测控制装置32连接，用于获取电气数据和开关量数据，并根据电气数据和开关量数据生成控制指令。

示例性地，本发明实施例中该上位机33可以为SCADA，该上位机SCADA会接收并显示晶闸管的运行参数数据，并根据运行参数数据生成控制指令，下发到监测控制装置32，试验周期数、FPGA板互检的预设时间等都可以由该上位机设置。

监测控制装置32，用于在控制指令的驱动下，根据电气数据和开关量数据生成脉冲触发信号和开关量信号，并将开关量信号传送给开关量输出机箱36，将脉冲触发信号传送给被测电路31。

开关量输出机箱36，分别与监测控制装置32和被测电路31连接，用于接收开关量信号，并将开关量信号传输给被测电路31。

示例性地，该开关量输出机箱36接收传感器感应到的模拟或数字信号，该模拟或数字信号是接点信号，有断开和闭合两种状态，将上述接点信号转换成一个开关量信号，继而将开关量信号输出到被测电路31，一般的开关量输出通过继电器实现，如单掷单刀，单掷双刀，双掷双刀等。

本发明实施例提供的一种用于模拟换相失败试验的监测控制系统，包括：上位机、AD数据采集箱、开关量输入机箱、开关量输出机箱及上述实施例中的用于模拟换相失败试验的监测控制装置，AD数据采集箱，分别与监测控制装置和被测电路连接，用于采集被测电路的电气数据，并将电气数据传送给监测控制装置；开关量输入机箱，分别与监测控制装置和被测电路连接，用于采集被测电路的开关量数据，并将开关量数据传送给监测控制装置；上位机，与监测控制装置连接，用于获取电气数据和开关量数据，并根据电气数据和开关量数据生成控制指令；监测控制装置，用于在控制指令的驱动下，根据电气数据和开关量数据生成脉冲触发信号和开关量信号，并将开关量信号传送给开关量输出机箱，将脉冲触发信号传送给被测电路；开关量输出机箱，分别与监测控制装置和被测电路连接，用于接收开关量信号，并将开关量信号传输给被测电路。本发明提供的用于模拟换相失败试验的监测控制系统采用的监测控制装置不依托微机控制，解决了运行过程中容易死机的问题，且该装置价格低廉，容易维护。

作为本申请一个可选实施方式，AD数据采集箱34、开关量输入机箱35和开关量输出机箱36接收GPS同步板14的时钟信号，完成系统的时钟同步。

示例性地，GPS同步板14将时钟信号向整个系统输出，使系统内所有装置实现时钟同步，以保证各个装置动作顺序正确，保证系统运行可靠性和稳定性，如果时间不同步，严重情况下有可能将造成系统故障。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种用于模拟换相失败试验的监测控制装置，其特征在于，包括：背板、通信板、主控板、GPS同步板及至少一个触发监测板，所述通信板、主控板、GPS同步板及至少一个触发监测板均设置于所述背板上，

所述GPS同步板用于接收GPS信号，根据所述GPS信号产生时钟信号，并将所述时钟信号传送给所述通信板、主控板、GPS同步板及触发监测板，完成所述装置的时钟同步；

所述主控板用于通过所述通信板获取被测电路的运行参数数据，根据所述运行参数数据及时钟信号解析生成触发信号，并将所述触发信号发送至所述触发监测板；

所述触发监测板用于根据所述触发信号向所述被测电路发送脉冲触发信号，以及，接收所述被测电路根据所述脉冲触发信号反馈的监测信号，并将所述监测信号发送至所述主控板。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述触发监测板包括：FPGA芯片和收发接口，所述FPGA芯片包括：第一FPGA芯片及第二FPGA芯片，

所述第一FPGA芯片为调制芯片，用于接收所述主控板传输的触发信号，并对所述触发信号调制，得到所述脉冲触发信号；

所述第二FPGA芯片为解调芯片，用于接收所述收发接口传输的所述监测信号，对所述监测信号进行解调，得到脉冲解调信号，将所述脉冲解调信号传送给所述主控板。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一FPGA芯片和所述第二FPGA芯片同时给对方发送脉冲信号，根据对方反馈所述脉冲信号的情况判断对方是否处于工作状态。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，当所述第一FPGA芯片或所述第二FPGA芯片未处于工作状态时，处于工作状态的FPGA芯片确定未处于工作状态的FPGA芯片的自检状态为故障，并发送给所述主控板。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：以太网板和电源板，所述以太网板和电源板均设置于所述背板上，

所述电源板用于为所述监测控制装置提供外部电源供电；

所述以太网板用于将所述运行参数数据传送给上位机，并接收所述上位机的控制指令。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主控板包括：

正常工作模块，用于根据所述运行参数数据及时钟信号向所述触发监测板传输正常触发信号；

换相失败工作模块，用于根据所述时钟信号对所述运行参数数据进行延时处理，向所述触发监测板传输有时延的触发信号。

7.一种用于模拟换相失败试验的监测控制系统，其特征在于，包括：上位机、AD数据采集箱、开关量输入机箱、开关量输出机箱及如权利要求1-6中任一项所述的用于模拟换相失败试验的监测控制装置，

所述AD数据采集箱，分别与所述监测控制装置和被测电路连接，用于采集被测电路的电气数据，并将所述电气数据传送给所述监测控制装置；

所述开关量输入机箱，分别与所述监测控制装置和被测电路连接，用于采集被测电路的开关量数据，并将所述开关量数据传送给所述监测控制装置；

所述上位机，与所述监测控制装置连接，用于获取所述电气数据和开关量数据，并根据所述电气数据和开关量数据生成控制指令；

所述监测控制装置，用于在所述控制指令的驱动下，根据所述电气数据和开关量数据生成脉冲触发信号和开关量信号，并将所述开关量信号传送给所述开关量输出机箱，将所述脉冲触发信号传送给所述被测电路；

所述开关量输出机箱，分别与所述监测控制装置和被测电路连接，用于接收所述开关量信号，并将所述开关量信号传输给所述被测电路。

8.根据权利要求7所述的用于模拟换相失败试验的监测控制系统，其特征在于，所述AD数据采集箱、开关量输入机箱和开关量输出机箱接收所述GPS同步板的时钟信号，完成所述系统的时钟同步。

Images