CN111726161A - 一种模块化多电平换流器控制系统光纤链路在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种模块化多电平换流器控制系统光纤链路在线检测方法，所述模块化多电平换流器控制系统包括换流器控制系统光收发模块、子模块控制板光收发模块以及两者之间互联的光纤；在换流器控制系统光收发模块和子模块控制板光收发模块均配置接收光功率检测电路，分别对上行光纤链路和下行光纤链路进行接收光功率检测；所述在线检测方法的内容是，先对所有上下行光纤链路的接收光功率信息进行汇总，再根据通讯裕度检测策略和/或光纤衰减检测策略对数据进行诊断分析，对不健康的光纤链路通道提前预警。此种在线检测方法可用最简单、可靠、全面的方式解决光纤链路的健康诊断问题。

Description

一种模块化多电平换流器控制系统光纤链路在线检测方法

技术领域

本发明涉及一种光纤链路在线检测方法，特别涉及模块化多电平换流器控制系统的光纤链路检测。

背景技术

高压柔性直流输电系统适用于长距离输电、风电并网、海底输电等应用场合，相比交流输电和传统的直流输电，有其独特的优势。基于模块化多电平换流器的高压柔性直流输电系统中，换流阀由很多个子模块(SM)级联构成，一个桥臂的级联子模块数量可达数百，三相六个桥臂的子模块数量可达数千，电压等级越高，子模块数量越多。每一个子模块都有一个子模块控制板(SMC)进行控制和监测，众多的子模块都要和换流器控制系统通过光纤通讯，上下行光纤数量非常庞大，光收发模块和光纤随着运行时间的增加不可避免的会出现损坏、老化等问题，导致光纤通信裕度不足或光纤通讯异常，设计一种合适的方法对光纤链路的健康状态进行实时在线检测，提前对不健康的光纤链路预警，检修时及早更换不健康的光纤链路，避免其运行状态进一步恶化导致子模块旁路或系统跳闸，有助于提高系统运行的可靠性。

目前的检测方式是，换流站停电检修时人工对光纤抽检或全检，如发现光纤衰减过大则更换备用芯，如发现光收发模块异常则更换备品备件,人工检测过程不但耗时耗力，而且光纤检测、插拔过程中有带来二次损坏的风险，亟需一种更为安全、高效、全面的光纤链路检测方法，对所有光纤链路进行在线健康诊断，检修时对预警的光纤链路进行排查，不仅大大提高检修效率，而且避免裕度不足的链路带病运行，保障系统安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种模块化多电平换流器控制系统光纤链路在线检测方法，其可用最简单、可靠、全面的方式解决光纤链路的健康诊断问题。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种模块化多电平换流器控制系统光纤链路在线检测方法，所述模块化多电平换流器控制系统包括换流器控制系统光收发模块、子模块控制板光收发模块以及两者之间互联的光纤；在换流器控制系统光收发模块和子模块控制板光收发模块均配置接收光功率检测电路，分别对上行光纤链路和下行光纤链路进行接收光功率检测；所述在线检测方法的内容是，先对所有上下行光纤链路的接收光功率信息进行汇总，再根据通讯裕度检测策略和/或光纤衰减检测策略对数据进行诊断分析，对不健康的光纤链路通道提前预警。

上述光功率检测电路配置在换流器控制系统光收发模块和子模块控制板光收发模块的接收侧。

通讯裕度检测策略的内容是：

a)换流器控制系统光接收模块灵敏度为P_1U，光接收功率预警门槛设置为P_2U，P_2U的设置原则为P_2U≥P_1U，所测上行光纤链路光功率值为P_U，若P_U≤P_2U则预警，若P_U＞P_2U则不预警；

b)子模块控制板光接收模块灵敏度为P_1D，光接收功率预警门槛设置为P_2D，P_2D的设置原则为P_2D≥P_1D，所测上行光纤链路光功率值为P_D，若P_D≤P_2D则预警，若P_D＞P_2D则不预警。

光纤衰减检测策略的内容是：

a)上行光纤链路光纤衰减判别门槛为P_LU，投运前首次测试的上行光纤链路光功率值为P_0U，在线检测时所测上行光纤线链路光功率值为P_U，若P_U-P_0U≥P_LU则预警，若P_U-P_0U＜P_LU则不预警；

b)下行光纤链路光纤衰减判别门槛为P_LD，投运前首次测试的下行光纤链路光功率值为P_0D，在线检测时所测下行光纤线链路光功率值为P_D，若P_D-P_0D≥P_LD则预警，若P_D-P_0D＜P_LD则不预警。

采用上述方案后，本发明提供了一种低成本、易实现、实用性很强的适用于模块化多电平换流器控制系统光纤链路在线检测方法，用最简洁、有效的方式解决了柔直系统中大量光纤链路的检测问题，没有额外增加系统成本，但是大大减少了人工检测带来的巨额工作量，也进一步降低了人工检测过程中可能带来二次损伤的风险，避免不健康的通道带病运行带来的安全隐患，为高压柔性直流输电系统的可靠运行提供了切实可行的解决方案。

附图说明

图1是本发明的控制系统光纤链路拓扑图；

图2是本发明从数据通讯裕度方面评估的逻辑图；

图3是本发明从光纤衰减裕度方面评估的逻辑图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

如图1所示，是本发明提供一种模块化多电平换流器控制系统光纤链路在线检测方法的一个实施例，包括换流器控制系统和众多子模块，换流器控制系统和众多子模块之间通过光纤通讯。换流器控制系统包含多路光收发模块，每个光收发模块包括一路光接收R和一路光发送T，每个子模块控制板包括一路光接收R和一路光发送T；换流器控制系统的光发送模块T和子模块控制板的光接收模块R通过光纤相连，定义为下行光纤链路，用于传输子模块控制命令等信息；换流器控制系统的光接收模块R和子模块控制板的光发送模块T通过光纤相连，定义为上行光纤链路，用于传输子模块状态等信息。

接收光功率检测电路可以是光接收模块自带，通过通讯的方式送出光功率信息，也可以是光接收模块输出随接收光强变化的模拟量，外置采样电路测得光功率信息。本实施例中所述的光功率信息都是经过校准过的，反映的是接收光功率的实际值。

子模块控制板将检测到光功率信息通过上行光纤链路上传至换流器控制系统，换流器控制系统光接收模块可以获得自身检测的上行光纤链路接收光功率信息和子模块控制板上送的下行光纤链路光功率信息，换流器控制系统将与其连接的子模块的上下行光纤链路光功率信息汇总后在本系统或者上送后台进行统一的数据处理。

换流器控制系统光接收模块和子模块控制板光接收模块均在接收侧配置接收光功率检测电路，可以实时检测接收到光功率信息，子模块控制板检测到的光功率信息还可以通过上行光纤链路上传给换流器控制系统，换流器控制系统可以获得所有上下行光纤链路的光功率信息。

光发送模块的发光功率会因器件本身的一致性、驱动电路的一致性等原因存在一定的差异，进而光接收模块测得的光接收功率值存在差异，因此接收光功率信息不足以直接体现光纤的衰减性能，可以从以下两个方面对光纤链路的健康程度进行评估：

1)从数据通讯裕度方面进行评估

换流器控制系统光接收模块或子模块控制板光接收模块接收到的光功率值要大于各自的接收灵敏度值，以确保数据通讯的可靠性。

a)换流器控制系统光接收模块灵敏度为P_1U，光接收功率预警门槛设置为P_2U，P_2U的设置原则为P_2U≥P_1U，所测上行光纤链路光功率值为P_U，若P_U≤P_2U则预警，若P_U＞P_2U则不预警；

b)子模块控制板光接收模块灵敏度为P_1D，光接收功率预警门槛设置为P_2D，P_2D的设置原则为P_2D≥P_1D，所测上行光纤链路光功率值为P_D，若P_D≤P_2D则预警，若P_D＞P_2D则不预警；

2)从光纤衰减裕度方面进行评估

某些发光模块发光功率较大，从数据通讯裕度方面评估合格的通道，光纤链路的衰减裕度可能已经用尽，当上行光纤链路和下行光纤链路的光纤衰减大过大时，我们认为光纤老化严重，光纤衰减有加速恶化的风险，需要及时更换。

a)上行光纤链路光纤衰减判别门槛为P_LU，投运前首次测试的上行光纤链路光功率值为P_0U，在线检测时所测上行光纤链路光功率值为P_U，若P_U-P_0U≥P_LU则预警，若P_U-P_0U＜P_LU则不预警；

b)下行光纤链路光纤衰减判别门槛为P_LD，投运前首次测试的下行光纤链路光功率值为P_0D，在线检测时所测下行光纤链路光功率值为P_D，若P_D-P_0D≥P_LD则预警，若P_D-P_0D＜P_LD则不预警。

对于在线检测中预警的光纤通道，检修时重点人工排查、复测，对确认故障的光纤链路及时进行更换。

综合上述，按本发明提供的通讯裕度检测策略和(或)光纤衰减检测策略对汇总的光功率信息进行数据分析，可实现上下行光纤链路健康状态的在线检测和预警，在停电检修时重点排查预警光纤链路，极大地降低人工的排查的工作量以及因人工排查可能带来的二次损坏风险，同时避免了因不健康的光纤链路继续恶化导致子模块旁路或系统跳闸，从而保障系统安全、可靠的运行。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种模块化多电平换流器控制系统光纤链路在线检测方法，所述模块化多电平换流器控制系统包括换流器控制系统光收发模块、子模块控制板光收发模块以及两者之间互联的光纤；其特征在于：在换流器控制系统光收发模块和子模块控制板光收发模块均配置接收光功率检测电路，分别对上行光纤链路和下行光纤链路进行接收光功率检测；所述在线检测方法的内容是，先对所有上下行光纤链路的接收光功率信息进行汇总，再根据通讯裕度检测策略和/或光纤衰减检测策略对数据进行诊断分析，对不健康的光纤链路通道提前预警。

2.如权利要求1所述的在线检测方法，其特征在于：所述光功率检测电路配置在换流器控制系统光收发模块和子模块控制板光收发模块的接收侧。

3.如权利要求1所述的在线检测方法，其特征在于：通讯裕度检测策略的内容是：

a)换流器控制系统光接收模块灵敏度为P_1U，光接收功率预警门槛设置为P_2U，P_2U的设置原则为P_2U≥P_1U，所测上行光纤链路光功率值为P_U，若P_U≤P_2U则预警，若P_U＞P_2U则不预警；

b)子模块控制板光接收模块灵敏度为P_1D，光接收功率预警门槛设置为P_2D，P_2D的设置原则为P_2D≥P_1D，所测上行光纤链路光功率值为P_D，若P_D≤P_2D则预警，若P_D＞P_2D则不预警。

4.如权利要求1所述的在线检测方法，其特征在于：光纤衰减检测策略的内容是：

a)上行光纤链路光纤衰减判别门槛为P_LU，投运前首次测试的上行光纤链路光功率值为P_0U，在线检测时所测上行光纤线链路光功率值为P_U，若P_U-P_0U≥P_LU则预警，若P_U-P_0U＜P_LU则不预警；

b)下行光纤链路光纤衰减判别门槛为P_LD，投运前首次测试的下行光纤链路光功率值为P_0D，在线检测时所测下行光纤线链路光功率值为P_D，若P_D-P_0D≥P_LD则预警，若P_D-P_0D＜P_LD则不预警。

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