一种电力电子设备冷却系统的控制保护架构和控制方法
技术领域
本发明涉及一种冷却系统控制保护架构,尤其涉及的是一种电力电子设备冷却系统的控制保护架构和控制方法,属于电力电子设备领域。
背景技术
传统电力电子设备冷却系统的控制功能与保护功能集成在一个单元,简称冷却控保单元,其架构包括两套冗余的控保单元以及两套或者三套IO单元。IO单元与控保单元通过总线通讯,当某一IO单元故障需要检修或者更换时,由于该IO单元无法从系统中隔离,从而不得不停止整个冷却系统,造成电力电子设备的停运,不利于生产。
由于控制保护一体化,造成控制功能与保护功能在同一主机中,当某一模块出现故障时,会不可避免地影响另一模块,从而减少了控制保护系统运行的可靠性。同时,控保一体化也使得重要信号(如保护必须的信号)和测控信号(非保护必须的信号)在同一网络传输,当数据量较大时,会影响重要信号的传输质量。
如图1所示为现有的电力电子设备冷却系统控制保护架构,主要由控保单元VCCPA/VCCP B以及IO单元IO A/IO B/IO C组成。现有的冷却系统控制保护典型架构为仪器仪表设备通过电缆8与三套IO单元相连,三套IO单元与两套控保单元通过PROFIBUS总线9通讯,两套控保单元VCCP A和VCCP B,通过双重化的光纤10实现互通,人机交互终端通过PROFIBUS网络11与控保单元通讯。所述的现有冷却系统控制保护典型架构的控制保护一体,保护功能不独立,IO单元与控保单元通过总线通讯,当某一IO单元故障需要检修或者更换时,由于该IO单元无法从系统中隔离,从而不得不停止整个冷却系统,造成电力电子设备的停运,不利于生产。当前传统的控制保护系统架构还有待于改进和发展。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明旨在提供一种电力电子设备冷却系统控制保护架构和控制方法,能够做到保护功能物理层面三取二,控制功能双重化配置,重要IO单元或仪器仪表发生故障时可单独从系统中隔离从而实现在线检修的功能。
为达到上述目的,本发明的解决方案是:
一种电力电子设备冷却系统的控制保护架构,包括仪器仪表设备、IO单元、保护单元和控制单元,其中:所述IO单元为四套,分别包括A套、B套、C套IO单元和公共IO单元;所述保护单元为三套,分别包括A套、B套和C套保护单元;所述控制单元为两套,包括A套和B套控制单元;
所述仪器仪表设备分为三个重要级,包括第一重要级、第二重要级和第三重要级,第一重要级的重要级别最高,第三重要级的重要级别最低;其中:
所述第一重要级的仪器仪表设备为三重化配置的仪器仪表设备,分别接入A套、B套、C套IO单元;
所述第二重要级的仪器仪表设备为双重化配置仪器仪表设备,分别接入A套、B套IO单元;
所述第三重要级的仪器仪表设备为单重化配置的仪器仪表设备,接入公共IO单元;
所述A套、B套、C套IO单元与三套保护单元一对一通讯直联,A套和B套IO单元与两套控制单元一对一通讯直联,公共IO单元与两套控制单元均建立通讯;三套保护单元和两套控制单元之间通过网络建立高速通讯;
所述A套和B套控制单元,一主一备,点对点直连实现高速互联;
所述保护单元三套相互独立;
所述IO单元通过总线进行扩展。
进一步地,所述控制保护架构还包括人机交互终端,所述人机交互终端用于人机交互,包括通过人机交互终端实时查看控制单元和保护单元上送的系统运行监测数据以及相关报警动作信息、对控制单元下达控制指令、上招或修改保护定值;
所述人机交互终端与保护单元和控制单元之间通过网络建立高速通讯,通讯配置包括单网或双网配置,通讯介质包括光纤、双绞线或同轴电缆。
进一步地,所述控制单元之间、保护单元与控制单元之间、IO单元与保护单元、IO单元与控制单元之间的通讯配置包括单网或双网配置,通讯介质包括光纤、双绞线或同轴电缆。
进一步地,所述第一重要级的仪器仪表设备包括保护跳闸功能所必需的用于监测冷却系统关键运行状态的各类传感器。
进一步地,所述第二重要级的仪器仪表设备包括控制单元需要实时监测冷却系统运行状态的各类传感器和异常状态时需要调整其运行状态的各类控制器。
进一步地,所述第三重要级的仪器仪表设备为控制单元有必要监视的但并不会影响冷却系统正常运行的单重化配置的仪器仪表设备。
进一步地,A、B两套控制单元与A、B两套IO单元和双重化配置的仪器仪表设备构成两套完全独立的控制系统,两套控制单元在任何时候只有一套处于有效状态,且有效系统始终为两套控制单元中状态较好的那一套,只有处于有效状态的控制单元能对各类电机设备和阀门进行控制,从而改变冷却系统的运行状态;A、B、C三套保护单元与A、B、C三套IO单元和三重化配置的仪器仪表设备构成三套完全硬件独立的保护系统;A、B两套控制单元同时与所述公共IO单元和单重化配置的仪器仪表设备构成一套监视系统,不包括任何控制、保护功能。
进一步地,三套保护单元的保护动作信号通过保护单元与控制单元之间的网络通讯送至两套控制单元,控制单元实现对保护动作信号的三取二逻辑,并将保护跳闸信号送至电力电子设备的上层控制单元。
本发明相应提出了上述一种电力电子设备冷却系统控制保护架构的控制方法,用于控制重要IO单元或仪器仪表发生故障时的隔离操作,所述方法包括:
当接入A套IO单元的仪器仪表设备需要检修或更换时,则将所述B套控制单元切换为运行状态,所述A套控制单元和A套保护单元退出运行,此时A套IO单元及所其连接的仪器仪表设备不与任何处于运行状态的控制或保护单元存在物理连接,在冷却系统继续正常运行的同时,对接入A套IO单元的仪器仪表设备进行检修或更换,从而实现重要仪器仪表设备在线检修或更换功能;
当接入B套IO单元的仪器仪表设备需要检修或更换时,则将所述A套控制单元切换为运行状态,所述B套控制单元和B套保护单元退出运行,此时B套IO单元及所其连接的仪器仪表设备不与任何处于运行状态的控制或保护单元存在物理连接,在冷却系统继续正常运行的同时,对接入B套IO单元的仪器仪表设备进行检修或更换,从而实现重要仪器仪表设备在线检修或更换功能;
当接入C套IO单元的仪器仪表设备需要检修或更换时,则所述C套保护单元退出运行,此时该C套IO单元及其仪器仪表设备不与任何处于运行状态的控制或保护单元存在物理连接,在冷却系统继续正常运行的同时,对接入C套IO单元的仪器仪表设备进行进行检修或更换,从而实现重要仪器仪表设备在线检修或更换功能。
由以上技术方案可知,本发明的有益效果为:
当重要仪器仪表设备因为故障或老化需要跟换或检修时,可以将该仪器仪表设备与控制保护系统隔离,从而在线对其进行检修或更换。
仪器仪表根据其重要程度或工程需求分重要级配置,极大增加了仪器仪表的配置灵活性。
实现了三套保护系统的物理隔离,保护三取二逻辑在物理层面实现。高速与低速信号分离,重要信号与次要信号分离,提高了高速信号和重要信号传输的实时性和可靠性,大大提升了控制保护系统的稳定性和可靠性。
附图说明
图1现有的电力电子设备冷却系统控制保护架构框图;
图2本发明中电力电子设备冷却系统控制保护架构框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
本发明主要解决的技术问题是针对目前电力电子设备冷却系统的控制和保护功能不独立,可靠性不高,同时重要IO单元或重要仪器仪表故障必须停电检修的缺点,提出了一种新的系统架构,从而将保护和控制单元分开,三套保护系统在物理上相互独立,同时可以对故障IO单元进行在线检修和更换,增强了控制保护系统的整体可靠性和稳定性。
本发明的一种电力电子设备冷却系统控制保护架构的一个实施例包括:控制单元、保护单元、IO单元、仪表设备和人机交互终端。其中:所述IO单元为四套,分别包括A套、B套、C套IO单元和公共IO单元;所述保护单元为三套,分别包括A套、B套和C套保护单元;所述控制单元为两套,包括A套和B套控制单元。
所述仪器仪表设备分为三个重要级,包括第一重要级、第二重要级和第三重要级,第一重要级的重要级别最高,第三重要级的重要级别最低;其中:
第一重要级的仪器仪表设备为三重化配置的仪器仪表设备,包括保护跳闸功能所必需的用于监测冷却系统关键运行状态的各类传感器,分别接入A套、B套、C套IO单元,与A套、B套和C套保护单元通过点对点通讯直联。
第二重要级的仪器仪表设备为双重化配置仪器仪表设备,包括控制单元需要实时监测冷却系统运行状态的各类传感器和异常状态时需要调整其运行状态的各类控制器,分别接入A套、B套IO单元,与A套、B套两套控制单元通过点对点通讯直联。
第三重要级的仪器仪表设备为控制单元有必要监视的但并不会影响冷却系统正常运行的单重化配置的仪器仪表设备,接入公共IO单元,并同时与两套控制单元建立点对点通讯直联。
所述控制单元两套冗余,一主一备,点对点直连实现高速互联;所述保护单元三套相互独立;所述控制单元与所述保护单元之间通过网络建立高速通讯;所述IO单元可通过总线进行任意扩展;所述控制单元之间、保护单元与控制单元之间、IO单元与保护单元、IO单元与控制单元、交互终端与保护单元和控制单元之间的通讯配置包括单网或双网配置,通讯介质包括光纤、双绞线或同轴电缆等。
所述两套控制单元与A、B两套IO单元和双重化配置的仪器仪表设备构成两套完全独立的控制系统,两套独立控制系统在任何时候只有一套处于有效状态,且有效系统始终为两套控制系统中状态较好的那一套,只有处于有效状态的控制系统能实现对冷却系统各类电机设备和阀门的启停、切换控制。所述两套独立控制系统之间可以在故障状态下进行自动系统切换或由运行人员进行手动系统切换。
三套保护单元与A、B、C三套IO单元和三重化配置的仪器仪表设备构成三套完全硬件独立的保护系统。
所述两套控制单元同时与所述公共IO单元和单重化配置的仪器仪表设备构成一套监视系统,不包括任何控制、保护功能。
所述控制单元之间、保护单元与控制单元之间、IO单元与保护单元、IO单元与控制单元、交互终端与保护单元和控制单元之间的通讯配置包括单重化配置或双重化配置。
所述控制单元实现对水冷系统运行状态进行实时监视和控制,包括主泵、风机、喷淋泵等电机设备运行状态进行监视,并根据设备故障状态产生报警事件,实现对各类电机设备和阀门的启停、切换控制,接收保护装置信号完成保护出口逻辑判定,产生报警、跳闸信号。
所述保护单元在水冷系统运行期间对包括温度、压力、流量、液位、电导率等运行指标进行监测,对采样值依据保护定值进行判定,产生报警并将结果发送给控制装置。
所述IO单元接收来自仪器仪表的模拟量或状态量,并将这些信号转成数字量传送给控制单元或保护单元。接收来自控制单元或保护单元的数字信号,将其转换成模拟量或数字量,输送给相应的仪器仪表。
所述仪器仪表包括一系列传感器,采集与水冷系统运行有关的包括温度、压力、流量、液位、电导率等非电量数据,以及主泵、风机、喷淋泵等电机设备的工作、故障等运行状态量。也包括各类电机设备和阀门的分、合控制装置,以及三通阀、变频器等设备的角度控制装置。
所述交互终端用于人机交互,包括通过交互终端实时查看控制单元和保护单元上送的系统运行监测数据以及相关报警动作信息、对控制单元下达控制指令、上招或修改保护定值。
当上述电力电子设备冷却系统控制保护架构的重要IO单元或仪器仪表发生故障或者需要检修、更换时,控制方法的具体实施例包括:
当接入A套IO单元的仪器仪表设备需要检修或更换时,则将所述B套控制单元切换为运行状态,所述A套控制单元和A套保护单元退出运行,此时A套IO单元及所其连接的仪器仪表设备不与任何处于运行状态的控制或保护单元存在物理连接,在冷却系统继续正常运行的同时,对接入A套IO单元的仪器仪表设备进行检修或更换,从而实现重要仪器仪表设备在线检修或更换功能;
当接入B套IO单元的仪器仪表设备需要检修或更换时,则将所述A套控制单元切换为运行状态,所述B套控制单元和B套保护单元退出运行,此时B套IO单元及所其连接的仪器仪表设备不与任何处于运行状态的控制或保护单元存在物理连接,在冷却系统继续正常运行的同时,对接入B套IO单元的仪器仪表设备进行检修或更换,从而实现重要仪器仪表设备在线检修或更换功能;
当接入C套IO单元的仪器仪表设备需要检修或更换时,则所述C套保护单元退出运行,此时该C套IO单元及其仪器仪表设备不与任何处于运行状态的控制或保护单元存在物理连接,在冷却系统继续正常运行的同时,对接入C套IO单元的仪器仪表设备进行进行检修或更换,从而实现重要仪器仪表设备在线检修或更换功能。
如图2所示为本发明提供的另一个冷却系统控制保护架构的实施例,所述冷却系统控制保护架构主要由仪器仪表设备、冷却控制单元VCC A/VCC B、冷却保护单元VCP A/VCP B/VCP C以及IO单元IO A/IO B,IO C/IO P组成。
本实施例中所述仪器仪表设备分为三个重要级,包括第一重要级、第二重要级和第三重要级,第一重要级的重要级别最高,第三重要级的重要级别最低;其中:
第一重要级的仪器仪表设备为三重化配置的仪器仪表设备,包括保护跳闸功能所必需的用于监测冷却系统关键运行状态的各类传感器,分别接入IO A/IO B,IO C三套IO单元。
第二重要级的仪器仪表设备为双重化配置仪器仪表设备,包括控制单元需要实时监测冷却系统运行状态的各类传感器和异常状态时需要调整其运行状态的各类控制器,分别接入IO A/IO B两套IO单元。
第三重要级的仪器仪表设备为控制单元有必要监视的但并不会影响冷却系统正常运行的单重化配置的仪器仪表设备,接入公共IO单元IO P。
如图2所示,仪器仪表设备通过电缆1与四套IO单元相连。三套保护主机VCP A、VCPB和VCP C相互独立,并分别与三套IO单元IO A、IO B和IO C,通过点对点光纤2直联。两套控制主机VCC A和VCC B分别与IO单元IOA和IOB通过点对点光纤3直联。公共IO单元IO P分别与控制单元VCC A和VCC B通过点对点光纤4直联。控制单元VCC A和VCC B与保护单元VCPA、VCP B和VCP C之间通过双重化光纤网络5通讯。两套冗余主机VCC A和VCC B,一主一备,通过双重化的光纤6实现高速互通。人机交互终端通过双重化网络7与控制单元与保护单元通讯。
图2所示的本发明最佳实施例中,当所述IO A单元或与其相连的仪器仪表因为故障或老化需要跟换或检修时,只需将当前处于有效状态的控制主机切换至控制单元VCC B,保护单元VCP A退出运行,IO A单元或与之相连的仪器仪表即与系统隔离。当所述IO B单元或与其相连的仪器仪表因为故障或老化需要跟换或检修时,只需将当前处于有效状态的控制主机切换至控制单元VCC A,保护单元VCP B退出运行,IO B单元或与之相连的仪器仪表即与系统隔离。当所述IO C单元或与其相连的仪器仪表需要隔离时,只需将保护单元VCP C退出运行即可。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因此,本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。