CN111307280A - 一种换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统及监测方法 - Google Patents

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CN111307280A CN201911265252.6A CN201911265252A CN111307280A CN 111307280 A CN111307280 A CN 111307280A CN 201911265252 A CN201911265252 A CN 201911265252A CN 111307280 A CN111307280 A CN 111307280A
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史磊
张蕴馨
黄安付
袁洪亮
徐辉
窦俊廷
宋海龙
毛春翔
邓沛
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China EPRI Electric Power Engineering Co Ltd
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State Grid Ningxia Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统及监测方法，包括：相互连接的光功率数据采集单元、数据处理单元和上位机；光功率数据采集单元设置在阀基电子设备上，用于采集所述阀基电子设备的光功率数据，并将数据传输至数据处理单元；数据处理单元，用于接收、存储所述光功率数据采集单元传输的数据，并对接收的数据进行分析处理，同时将数据传输至上位机；上位机，用于将所述数据处理单元传输的数据进行显示。本发明实现了VBE光功率数据的在线监测，并根据监测到的数据提前预测异常发展趋势，为直流输电关键设备的运行、维护和故障分析提供科学依据。

Description

一种换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统及监测方法
技术领域
本发明涉及一种光功率监测装置，具体讲涉及一种换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统及监测方法。
背景技术
换流阀作为换流站内最重要的设备之一，其运行状态将直接关系到整个直流输电系统的安全。随着高压直流输电工程的增多，特高压直流输电换流阀故障也随之增加，导致直流工程非计划停运次数增加，成为制约特高压直流工程可靠性指标提高的关键，其中阀基电子设备(VBE)故障是导致换流阀故障的一个主要因素，其关键器件在运行过程中受到环境的影响，存在一定的故障概率，如光收发器可能会出现光功率降低现象，最终导致输出信号波形形成畸变。
由于极控与VBE之间的关键接口信号以及VBE内部接口信号全部采用光信号形式，特高压直流输电工程中曾出现过由于光收发器失效引起的单套换流器丢脉冲保护动作和单套VBE紧急故障退出事件，单套VBE运行使直流系统可靠性降低，若VBE再发生紧急故障将导致闭锁。
由于缺乏过程监测数据，无法及时发现光功率器件失效等VBE状态变化从而不能避免由此引起的故障停运。当VBE发生故障，排查故障点需要耗费人力物力以及时间，可靠的故障精确定位能有效节省人力物力，缩短故障停电时间。
发明内容
基于上述问题，本发明提供了一种换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统，包括：相互连接的光功率数据采集单元、数据处理单元和上位机；
光功率数据采集单元设置在阀基电子设备上，用于采集所述阀基电子设备的光功率数据，并将数据传输至数据处理单元；
数据处理单元，用于接收、存储所述光功率数据采集单元传输的数据，并对接收的数据进行分析处理，同时将数据传输至上位机；
上位机，用于将所述数据处理单元传输的数据进行显示。
优选的，所述光功率数据采集单元包括：多个智能SFP光模块；
所述智能SFP光模块设置在阀基电子设备上，用于采集光功率数据。
优选的，所述系统还包括I2C采集模块，一端与多个智能SFP光模块连接，另一端与所述数据处理单元连接，通过选择信号切换多路通道的光功率信号。
优选的，所述系统还包括HDLC模块；
所述HDLC模块与所述I2C采集模块连接，用于将所述I2C采集模块采集的光功率信号传输至所述数据处理单元。
优选的，还包括传输通道，用于将所述数据处理单元分析处理后的数据传输至上位机。
优选的，所述传输通道利用以太网进行数据传输。
优选的，所述数据处理单元包括CPU和FPGA；
所述CPU和FPGA之间的数据传输通过AXI-DMA总线实现，操控指令的传输通过AXI-Lite总线实现。
优选的，所述数据处理单元还包括第一DDR缓存和第二DDR缓存；所述第一DDR缓存与FPGA连接，所述第二DDR缓存与CPU连接。
一种换流阀阀基电子设备光功率在线监测方法，所述方法包括：
光功率数据采集单元采集阀基电子设备的光功率数据，并将数据传输至数据处理单元；
所述数据处理单元接收、存储所述光功率数据采集单元传输的数据，并对接收的数据进行分析处理，同时将数据传输至上位机；
上位机将所述数据处理单元传输的数据进行显示。
优选的，光功率数据采集单元采集阀基电子设备的光功率数据，包括：
所述光功率数据采集单元通过设置在阀基电子设备上的智能SFP光模块采集光功率数据。
优选的，所述数据处理单元接收、存储所述光功率数据采集单元传输的数据，并对接收的数据进行分析处理，同时将数据传输至上位机，包括：
数据处理单元接收、存储所述光功率数据采集单元传输的数据，并通过所述数据处理单元的FPGA进行处理，并将处理后的数据缓存在第一DDR缓存；
所述第一DDR缓存通过AXI-DMA总线与CPU进行数据传输，同时CPU通过AXI-Lite总线与FPGA进行操控指令的传输，并将数据缓存在第二DDR缓存；
将缓存在第二DDR缓存的数据通过传输通道传输至所述上位机。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供一种换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统，包括：相互连接的光功率数据采集单元、数据处理单元和上位机；光功率数据采集单元设置在阀基电子设备上，用于采集所述阀基电子设备的光功率数据，并将数据传输至数据处理单元；数据处理单元，用于接收、存储所述光功率数据采集单元传输的数据，并对接收的数据进行分析处理，同时将数据传输至上位机；上位机，用于将所述数据处理单元传输的数据进行显示。本发明实现了VBE光功率数据的在线监测，并可及时发现光功率器件失效等VBE状态变化从而避免由此引起的故障停运。
2、本申请提供的一种换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统，可以通过上位机直接查看监测数据，无需停电检修，便于现场运维人员通过监测数据及历史数据的查看对VBE及时进行故障查找及分析，同时提升了对设备运行状态监测能力。
3、本申请提供的一种换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统，实现了过程数据的监测、分析，弥补了国内现有的换流阀VBE对光功率的监测仅限于对光功率器件好与坏的判断的不足。
附图说明
图1为本发明的换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统框图；
图2为本发明具体应用结构示意图；
图3为本发明的光功率数据采集单元设计于与所述的数据处理单元同机箱的接口板上具体应用结构示意图；
图4为本发明的接口板硬件结构示意图；
图5为本发明的光功率采集功能结构示意图；
图6为本发明的主控板硬件架构图。
具体实施方式
本发明公开了一种换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统及监测方法，该装置实现了VBE光功率数据的在线监测，并根据监测到的数据提前预测异常发展趋势，同时通过上位机直接查看监测数据，无需停电检修，便于现场运维人员通过监测数据及历史数据的查看对VBE及时进行故障查找及分析，同时提升了对设备运行状态监测能力。
实施例1：
一种换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统，如图1所示：包括：相互连接的光功率数据采集单元、数据处理单元和上位机；
光功率数据采集单元设置在阀基电子设备上，用于采集所述阀基电子设备的光功率数据，并将数据传输至数据处理单元；
数据处理单元，用于接收、存储所述光功率数据采集单元传输的数据，并对接收的数据进行分析处理，同时将数据传输至上位机；
上位机，用于将所述数据处理单元传输的数据进行显示。上位机还可查看并存储VBE接口信号光功率数据。
该监测系统具体应用如图2所示，从图中可看出光功率数据采集单元和数据处理单元位于阀基电子设备上，通过传输通道与上位机通讯。
所述光功率数据采集单元包括：多个智能SFP光模块；
所述智能SFP光模块设置在阀基电子设备上，用于采集光功率数据。
所述系统还包括I2C采集模块，一端与多个智能SFP光模块连接，另一端与所述数据处理单元连接，通过选择信号切换多路通道的光功率信号。
所述系统还包括HDLC模块；
所述HDLC模块与所述I2C采集模块连接，用于将所述I2C采集模块采集的光功率信号传输至所述数据处理单元。
所述系统还包括传输通道，用于将所述数据处理单元分析处理后的数据传输至上位机。
所述传输通道利用以太网进行数据传输。
所述数据处理单元包括CPU和FPGA；
所述CPU和FPGA之间的数据传输通过AXI-DMA总线实现，操控指令的传输通过AXI-Lite总线实现。
所述数据处理单元还包括第一DDR缓存和第二DDR缓存；所述第一DDR缓存与FPGA连接，所述第二DDR缓存与CPU连接；其中第一DDR缓存内存为4GB，第二DDR缓存内存为1GB。
本申请中光功率数据采集单元将采集到的数据汇总到数据处理单元，包括两种方案，下面对这两种实施方案进行具体说明：
(1)第一实施方案
如图3所示的光功率数据采集单元设计于与所述的数据处理单元同机箱的接口板上具体应用结构示意图，光功率数据采集单元设计于与数据处理单元同机箱的接口板上，数据处理单元调用I2C采集模块通过背板接口采集光功率信号，此I2C采集模块通过选择信号切换所述的光功率数据采集单元的多路通道的光功率信号，从而实现多通道的光功率采集，采集到的信号传输至所述的数据处理单元2的CPU，通过寄存器模块上传到上位机。
本实施例中的光功率数据采集单元位于接口板上，图4为本发明的接口板硬件结构示意图，由14路SFP光收发器、驱动电路、I2C多路分配器件等组成。具备数字诊断功能的智能SFP光模块将采集到的接口板接入的信号光功率数据通过I2C接口经由背板传输至同机箱所述的数据处理单元。
(2)第二实施方案
图5为本发明的光功率采集功能结构示意图，光功率数据采集单元设计于与数据处理单元位于不同机箱的主控板上，主控板I2C采集模块设计接口采集光功率信号，此I2C采集模块通过选择信号切换光功率数据采集单元的多路通道的光功率信号，从而实现多通道的光功率采集，采集到的光功率数据通过主控板HDLC模块传输至数据处理单元，经由HDLC接收模块解析后传输至CPU。
本实施例中的光功率数据采集单元位于主控板上，图6为主控板硬件架构图，由14路SFP光收发器、驱动电路、I2C多路分配器件、控制芯片等组成。具备数字诊断功能的智能SFP光模块将采集到的主控板接口信号光功率数据采用I2C总线通过其中一对SFP光收发器传输至位于其他机箱的数据处理单元2，通信协议为HDLC。
上位机接收采集上传的光功率数据，上位机软件可以实时显示光功率变化的情况，实现监测功能，同时，上位机将所有数据存入历史数据库，可供后期分析时查询使用。可在上位机界面设置光功率阈值，当采集数据超出正常范围，则产生预警信息；可选定时间段查看历史光功率数据，系统将该段时间的数据合成连续波形显示，并可查看功率告警状态信息等。
实施例2
基于同一发明构思的本发明还提供了一种换流阀阀基电子设备光功率在线监测方法，所述方法包括：
光功率数据采集单元采集阀基电子设备的光功率数据，并将数据传输至数据处理单元；
所述数据处理单元接收、存储所述光功率数据采集单元传输的数据，并对接收的数据进行分析处理，同时将数据传输至上位机；
上位机将所述数据处理单元传输的数据进行显示。
优选的，光功率数据采集单元采集阀基电子设备的光功率数据，包括：
所述光功率数据采集单元通过设置在阀基电子设备上的智能SFP光模块采集光功率数据。
优选的，所述数据处理单元接收、存储所述光功率数据采集单元传输的数据，并对接收的数据进行分析处理，同时将数据传输至上位机，包括：
数据处理单元接收、存储所述光功率数据采集单元传输的数据，并通过所述数据处理单元的FPGA进行处理，并将处理后的数据缓存在第一DDR缓存；
所述第一DDR缓存通过AXI-DMA总线与CPU进行数据传输，同时CPU通过AXI-Lite总线与FPGA进行操控指令的传输，并将数据缓存在第二DDR缓存；
将缓存在第二DDR缓存的数据通过传输通道传输至所述上位机。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统，其特征在于：包括：相互连接的光功率数据采集单元、数据处理单元和上位机；
光功率数据采集单元设置在阀基电子设备上，用于采集所述阀基电子设备的光功率数据，并将数据传输至数据处理单元；
数据处理单元，用于接收、存储所述光功率数据采集单元传输的数据，并对接收的数据进行分析处理，同时将数据传输至上位机；
上位机，用于将所述数据处理单元传输的数据进行显示。
2.根据权利要求1所述的换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统，其特征在于，所述光功率数据采集单元包括：多个智能SFP光模块；
所述智能SFP光模块设置在阀基电子设备上，用于采集光功率数据。
3.根据权利要求2所述的换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统，其特征在于，所述系统还包括I2C采集模块，一端与多个智能SFP光模块连接，另一端与所述数据处理单元连接，通过选择信号切换多路通道的光功率信号。
4.根据权利要求3所述的换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统，其特征在于，所述系统还包括HDLC模块；
所述HDLC模块与所述I2C采集模块连接，用于将所述I2C采集模块采集的光功率信号传输至所述数据处理单元。
5.根据权利要求1所述的换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统，其特征在于，还包括传输通道，用于将所述数据处理单元分析处理后的数据传输至上位机。
6.根据权利要求5所述的换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统，其特征在于，所述传输通道利用以太网进行数据传输。
7.根据权利要求3所述的换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统，其特征在于，所述数据处理单元包括CPU和FPGA；
所述CPU和FPGA之间的数据传输通过AXI-DMA总线实现，操控指令的传输通过AXI-Lite总线实现。
8.根据权利要求7所述的换流阀阀基电子设备光功率在线监测系统，其特征在于，所述数据处理单元还包括第一DDR缓存和第二DDR缓存；所述第一DDR缓存与FPGA连接，所述第二DDR缓存与CPU连接。
9.一种换流阀阀基电子设备光功率在线监测方法，其特征在于，所述方法包括：
光功率数据采集单元采集阀基电子设备的光功率数据，并将数据传输至数据处理单元；
所述数据处理单元接收、存储所述光功率数据采集单元传输的数据，并对接收的数据进行分析处理，同时将数据传输至上位机；
上位机将所述数据处理单元传输的数据进行显示。
10.根据权利要求9所述的换流阀阀基电子设备光功率在线监测方法，其特征在于，光功率数据采集单元采集阀基电子设备的光功率数据，包括：
所述光功率数据采集单元通过设置在阀基电子设备上的智能SFP光模块采集光功率数据。
11.根据权利要求9所述的换流阀阀基电子设备光功率在线监测方法，其特征在于，所述数据处理单元接收、存储所述光功率数据采集单元传输的数据，并对接收的数据进行分析处理，同时将数据传输至上位机，包括：
数据处理单元接收、存储所述光功率数据采集单元传输的数据，并通过所述数据处理单元的FPGA进行处理，并将处理后的数据缓存在第一DDR缓存；
所述第一DDR缓存通过AXI-DMA总线与CPU进行数据传输，同时CPU通过AXI-Lite总线与FPGA进行操控指令的传输，并将数据缓存在第二DDR缓存；
将缓存在第二DDR缓存的数据通过传输通道传输至所述上位机。
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