CN112104762B - 一种多电平换流器中子模块控制器地址的在线分配方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种多电平换流器中子模块控制器地址的在线分配方法，应用于模块化多电平换流器控制系统通信网络中，所述通信网络中设备包括阀基控制器(VBC)及相互通信连接的N个子模块控制器(SMC)，N为正整数，所述阀基控制器与所述N个子模块控制器中至少一个通信连接，其特征在于，所述方法包括：所述阀基控制器向所述通信网络发送标定帧，所述标定帧包含目标子模块控制器的地址信息和路径信息，使得所述标定帧沿根据所述路径信息指定的传输路径到达目标子模块控制器；所述目标子模块控制器接收所述标定帧，并保存所述地址信息；所述目标子模块控制器向所述阀基控制器发送确认帧表示所述目标子模块控制器在线。

Description

一种多电平换流器中子模块控制器地址的在线分配方法

技术领域

本申请涉及多电平换流器控制系统通信技术，特别涉及一种多电平换流器中子模块控制器地址的在线分配方法，以及一种模块化多电平换流器控制系统通信网络。

背景技术

目前，与高压交流输电和传统的高压直流输电相比，高压柔性直流输电系统有其独特的优势，更加适用于长距离输电、风电并网、海底输电等应用场合。模块化多电平换流器系统是当前高压柔性直流输电系统的主要解决方案。模块化多电平换流器系统包括阀基控制器(Valve Based Controller，VBC)和子模块(Sub-module Controller，SMC)。其中VBC为主控设备，子模块控制器为执行机构。电压等级越高，子模块数量越多。

同时，为了获取更好的谐波特性，并为系统提供足够的冗余度，换流器一般由很多子模块级联构成，单个桥臂级联的子模块数量就高达200以上，三相六个桥臂的子模块数量则更加庞大。阀基控制器需要通过通信网络与所有的子模块控制器进行通信，由于每个子模块控制器具有相同的硬件与软件配置，而在实际的多电平换流器控制系统中正常运行过程中，阀基控制器需要识别每个子模块并实施独立控制，因此需要为每个子模块分配可区分的地址。

当前主要有两种方式实现为子模块分配地址，分别简述如下：

方式一：阀基控制设备与子模块采用点对点方式通信，以阀基控制设备与子模块实现通信的端口序号为子模块地址。采用这种方式，子模块数量的增加会导致阀基控制设备的通信端口数量增加，带来显著的硬件设计困难以及散热问题。

方式二：根据子模块在通信网络中的位置，以人工方式离线为子模块分配地址，并将地址写入子模块内部的非易失性存储器中。这种方式会导致巨大的工作量，且不能避免人工操作出错的风险。部分应用场景下子模块安装在阀塔上，需要高工作业，有导致人身安全事故的隐患。

综上，目前多电平换流器系统中，缺乏一种可以在线为通信网络中子模块分配地址，并可以兼顾效率和安全，且不受子模块数量的限制的方法。

发明内容

基于此，本申请提供了一种多电平换流器中子模块控制器地址的在线分配方法，应用于模块化多电平换流器控制系统通信网络中，所述通信网络中设备包括阀基控制器(VBC)及相互通信连接的N个子模块控制器(SMC)，N为正整数，所述阀基控制器与所述N个子模块控制器中至少一个通信连接，其特征在于，所述方法包括：所述阀基控制器向所述通信网络发送标定帧，所述标定帧包含目标子模块控制器的地址信息和路径信息，使得所述标定帧沿根据所述路径信息指定的传输路径到达目标子模块控制器；所述目标子模块控制器接收所述标定帧，并保存所述地址信息；所述目标子模块控制器向所述阀基控制器发送确认帧表示所述目标子模块控制器在线。

本申请还提供了一种模块化多电平换流器控制系统通信网络，其特征在于，包括：多个子模块控制器，所述多个子模块控制器中的至少一个子模块控制器包括至少两个通信端口，并通过所述至少两个通信端口分别与相邻子模块控制器通信连接；阀基控制器，为所述多个子模块控制器分配地址，所述阀基控制器通过通信总线与所述多个子模块控制器通信连接，并通过点对点通信端口与所述多个子模块控制器中至少一个子模块控制器点对点连接。

实施本发明所述方案，可以实现多电平换流器系统中阀基控制设备在线为子模块分配地址信息，适用于不同子模块规模的应用场景，显著节省人工投入。地址分配过程无需人工干预，消除了人为失误的风险。本发明所述方法可以精确识别系统内的故障点，为系统维护和检修提供依据。

利用前述方法或者通信网络，可以通过为阀基控制器配置少量通信端口，即可以实现自动地，在线对系统中大量子模块控制器分配地址。降低了系统硬件的设计困难，以及可以降低系统的散热问题。

利用前述方法或者通信网络，可以通过阀基控制器和多个子模块控制器的网络连接组成通信网络，通过可以通过上述通信网络中的设备逐级转发。从而可以在尚未分配地址的前提下，使得信息通过该通信网络中的电子设备的转发，准确地抵达目标子模块控制器。从而可以在尚未分配地址的前提下，可以实现阀基控制器与上述通信网络中的多个子模块控制器通信互联。并可以通过该通信互联为上述通信网络中的多个子模块控制器分配地址。

由于在上述通信网络中，阀基控制器只需要与少量(比如一个)子模块控制器直接通信连接，从而可以减少阀基控制器配置的通信端口，进而可以简化阀基控制器的结构。同时由于不需要所有子模块控制器均与阀基控制器直接通信连接，因而也可以降低系统的布线复杂度和布线成本。因而，也使得利用上述方式组建的换流器系统可以不受系统规模限制(子模块数量)。

在上述通信网络中，由于通信网络的网状拓扑结构，使得从阀基控制器达到预设子模块控制器的传输路径可以不止一条。因而，当系统中的某一子模块控制器故障时，可以重新规划传输路径，绕过故障子模块，为目标子模块控制器分配地址。上述措施可以确保系统的健壮性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。

图1示出了本申请的一个实施例多电平换流器中子模块控制器地址的在线分配方法的流程示意图。

图2图2示出了应用图1所示方法的换流器系统通信网络拓扑连接示意图。

图3示出了图1所示方法的标定帧传输示意图。

图4示出了图1所示方法的地址分配失败后的更换传输路径重新分配地址的示意图。

图5示出了图1所示方法的标定帧的帧格式示意图。

图6示出了图1所示方法的确认帧的帧格式示意图。

图7示出了本申请的另一实施例多电平换流器控制系统通信网络拓扑示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

图1示出了本申请的一个实施例多电平换流器中子模块控制器地址的在线分配方法的流程示意图。图2示出了应用图1所示方法的换流器系统通信网络拓扑连接示意图。

可选地，应用图1所示方法的换流器系统的通信网络拓扑是预先设定的。可选地，该通信网络中的设备可以包括阀基控制器(VBC)及相互通信连接的N个子模块控制器(SMC)，其中N为正整数。所述阀基控制器与所述N个子模块控制器中至少一个通信连接。如附图2所示的示例实施例所示，通信网络1000可以包括15个子模块控制器，分别为SMC-1至SMC-15。可选地，通信网络1000也可以包括其他数量的子模块控制器。

可选地，上述N个子模块控制可以组成X行Y列的方格型网状通信网络，其中X和Y均为正整数。如图2所示的示例实施例所示，子模块控制器SMC-1至SMC-15可以组成3行5列的方格型网状通信网络。

可选地，每个子模块控制器包含4对通信端口，根据与其他子模块控制器的连接方向分别为L(左)、R(右)、U(上)、D(下)。其中所述的上、下、左、右仅为通信网络在附图中拓扑连接的相对逻辑方位关系，并不是各个子模块控制器现场布置的位置关系。可选地，可选地，子模块控制器可以通过上述4个通信端口与相邻子模块控制器实现通信互联。例如子模块控制器通过通信端口R与右侧相邻位置的子模块控制器的通信端口L连接，子模块控制器通过通信端口D与相邻位置下方的子模块控制器通信端口U连接。

如图2所示的示例实施例所示，SMC-1至SMC-15中的每个子模块控制器可以包含4对通信端口，根据与其他子模块控制器的连接方向分别为L(左)、R(右)、U(上)、D(下)。其中所述的上、下、左、右仅为通信网络在附图中拓扑连接的相对逻辑方位关系，并不是各个子模块控制器现场布置的位置关系。

子模块控制器SMC-1至SMC-15中的至少一个可以通过自身的一对通信端口与相邻子模块控制通信连接。例如在图2中，第一行左1位置子模块控制器可以通过通信端口R与第一行左2位置的子模块控制器通信端口L连接；第一行左1位置子模块控制器通过通信端口D与位于第二行左1位置子模块控制器通信端口U连接。依此类推，子模块控制器SMC-1至SMC-15可以通过各个子模块控制器上的通信端口相互连接，组成如图2所示的3X5的矩阵型网络拓扑结构。

如图2所示，阀基控制器VBC也可以设有点对点通信端口，并可以通过该点对点通信端口与上述多个子模块中的至少一个子模块控制器连接。进一步地，阀基控制器VBC可以与上述多个子模块控制器中处于边缘处的至少一个子模块控制器连接。如示例实施例所示，阀基控制器VBC可以与位于通信网络第二行左1位置子模块控制器的端口L连接。可选地，阀基控制器VBC也可以与其他子模块控制器通信连接。

本实施例中，阀基控制器VBC及所有子模块控制器的点对点通信端口可以是以太网通信端口。可选地，该以太网通信端口可以是百兆光纤以太网。可选地，该通信端口可以是分别用于收发的至少一对通信端口。阀基控制器VBC与子模块控制器可以通过该百兆光纤以太网实现通信。子模块控制器之间也可以通过该百兆光纤以太网实现通信。

阀基控制器VBC可以通过如图2所示的通信网络中的至少一个子模块控制器分配地址。可选地，阀基控制器VBC可以通过在图2所示的通信网络拓扑结构中发送标定帧，并可以通过该通信网络把标定帧传递到目标子模块控制器中。从而可以实现对目标子模块控制器的地址分配。其中目标子模块控制器可以是前述通信网络中的一个子模块控制器。

如图1和图2所示，在S110中，可以由阀基控制器VBC向通信网络1000发送标定帧。其中，标定帧可以包含目标子模块控制器的地址信息，以及用于指定标定帧的传输路径的路径信息。可选地，标定帧可以沿着路径信息指定的传输路径，从阀基控制器VBC传输到目标子模块控制中。如示例实施例所示，目标子模块控制器可以是子模块控制器SMC-1至SMC-15中的任意一个或者任意多个。

可选地，地址信息可以包含为目标子模块控制器分配的通信地址。该通信地址可以用于对目标子模块控制器的地址访问。可选的，在通信网络1000中，每一个子模块控制器的地址信息都是唯一的。通过该地址信息可以唯一确定通信网络1000中对应的子模块控制器。可选地，该地址可以与目标子模块控制器所在的物理位置匹配。

可选地，传输路径可以包括从阀基控制器VBC到目标子模块控制器的至少一个电子设备序列。可选地，该电设备序列可以包括子模块控制器SMC-1至SMC-15中的至少一个。可选地，该地址信息可以唯一确定该传输路径。

可选地，在S110中还可以包括以下步骤中的至少一个：确定目标子模块控制器；规划从阀基控制器VBC到目标子模块控制器的传输路径；确定地址信息；根据传输路径和地址信息打包生成标定帧。

在S120中，目标子模块控制器在接收到标定帧后，可以保存标定帧中的地址信息。并可以把该地址信息作为目标子模块控制器的以太网通信地址。

可选地，在S110和S120之间还可以包括：传输路径上的子模块在接收到标定帧后，解析该标定帧。并可以根据解析结果判断自身是否为目标子模块控制器。如果判断结果为否则根据标定帧中的路径信息转发标定帧。如果判断结果为否，则进入S120。

可选地，前述路径信息可以包括令牌序列。该令牌序列可以为空序列，也可以包括至少一个令牌。可选地，可以定义传输路径上阀基控制器VBC和目标子模块控制器以外的其他子模块控制为中继子模块控制器。令牌可以用于在中继子模块控制器所包含的至少一个通信端口中指定目标端口。在接收到标定帧后，中继子模块控制器可以通过目标端口向传输路径中的下一个电子设备转发标定帧。

可选地，令牌可以为通信端口名称。可选地，在图2所示的示例实施例中通信端口名称可以为L、R、U和D之一。如图2所示，阀基控制器VBC为通信网络的主控设备，可以向通信网络中发送标定帧。可选地，标定帧可以包含目标子模块控制器的地址信息和传输标定帧的路径信息。本实施例中，通信网络中共有15个子模块控制器，标定帧中包含的路径信息可以为一个深度不超过16的令牌序列。

可选地，每个令牌可以占据8bit数据，其中可以用二进制数b”00000011”表示通信端口R，用二进制数b”11000000”表示通信端口L，用二进制数b”00001100”表示通信端口D，用二进制数b”00110000”表示通信端口U。可选地，其他内容可以为无效令牌值。

可选地，可以依照预设顺序对通信网络中所有子模块控制器进行地址分配。例如：在本实施例中可以按照距离阀基控制器VBC自近及远的顺序，依次对子模块控制器SMC-1至SMC-15实行地址分配，其目的是保证标定帧途径的子模块控制器均为已分配地址的子模块控制器。可选地，地址信息可以为16bit无符号数格式，在图2所示的示例实施例中，地址信息的有效取值范围可以是从1～15。

图3示出了图1所示方法的标定帧传输示意图。

如图3所示，可以对第一行左5位置子模块控制器分配地址为例说明地址分配的运作过程。阀基控制器VBC规划的传输路径可以是：阀基控制器VBC->子模块控制器SMC-6->子模块控制器SMC-1->子模块控制器SMC-2->子模块控制器SMC-3->子模块控制器SMC-4->子模块控制器SMC-5。可选地，阀基控制器VBC也可以规划其他的传输路径。

可选地，上述传输路径对应的令牌序列可以为U/R/R/R/R。该令牌序列可以表示：在接收到标定帧后，子模块控制器SMC-6通过端口U把标定帧发送到子模块控制器SMC-1；子模块控制器SMC-1通过端口R把标定帧发送到子模块控制器SMC-2……，以此类推，通过传输路径上各个子模块控制器的接力转发，使得标定帧可以最终到达目标子模块控制器SMC-5。

如图3所示，可选地，传输路径上的子模块控制器在接收到标定帧后，首先可以解析地址信息，获取令牌序列。可选地，子模块控制器可以根据令牌序列判断自身是否为目标子模块控制器。可选地，如果该令牌序列非空，则自身为中继子模块控制器。此时，可以从令牌序列中提取首令牌，并可以把该首令牌对应的端口作为目标端口。该子模块控制器可以把该首令牌从令牌序列中剔除形成新的令牌序列。并可以根据新的令牌序列重新打包标定帧。以及可以把重新打包的标定帧通过目标端口转发到传输路径中的下一个电子设备。

如示例实施例所示，阀基控制器VBC发送的标定帧201中的令牌序列可以为“URRRR”(图中为令牌序列的逆序书写)。子模块控制器SMC-6接收到标定帧201后，可以解析标定帧201得到令牌序列“URRRR”和地址信息“5”。可以从令牌序列“URRRR”中提取首令牌“U”，并可以根据该首令牌可以把子模块控制器SMC-6的通信端口U指定为子模块控制器SMC-6的目标端口。可选地，可以从令牌序列“URRRR”中剔除首令牌“U”，得到令牌序列“RRRR”。可选地，可以根据令牌“RRRR”和地址信息“5”重新打包得到标定帧202(图中令牌序列为逆序书写)。可选地，可以通过子模块控制器SMC-6的目标端口(通信端口U)，把标定帧202发送给传输路径上的下一个电子设备(子模块控制器SMC-1)。

类似地，子模块控制器SMC-1在接收到标定帧202后，可以依照相似步骤，生成包含令牌序列“RRR”的标定帧203(图中令牌序列为逆序书写)，并可以通过子模块控制器SMC-1的目标端口(通信端口R)把标定帧203发送到传输路径上的下一个电子设备(子模块控制器SMC-2)。……标定帧可以沿着既定的传输路径逐级转发。在每一次转发时，标定帧中的令牌序列均会缩短一位。以此类推，目标子模块控制器(子模块控制器SMC-5)接收到的标定帧206中的令牌序列为空序列，即标定帧206中的令牌序列中不包含任何令牌。

可选地，如果子模块控制器接收的标定帧中的令牌序列为空序列，则表示该子模块控制器为目标子模块控制器。此时，可以把地址信息保存到本地。如示例实施例所示，接收到标定帧206后，子模块控制器SMC-5可以解析标定帧206，并可以得到令牌序列“”和地址信息“5”。由于该令牌序列为空序列，子模块控制器SMC-5可以依此确定自身为此次地址分配的目标子模块控制器。此时子模块控制器SMC-5可以保存标定帧206中的地址信息“5”。并可以把该地址信息作为以太网通信的通信地址。

在S130中，目标子模块控制器可以向阀基控制器VBC发送确认帧，以表示该目标子模块控制器在线且工作正常。可选地，确认帧可以包括前述地址信息。可选地，S130可以在S120之前执行，也可以与S120同步执行。

可选地，对于传输路径中的至少一个子模块控制器(包括目标子模块控制器和中继子模块控制器)，可以定义自身至少一个通信端口中接收到标定帧的通信端口为源端口，并可以定义转发标定帧的端口为目标端口。可选地，在接收到标定帧206后，目标子模块控制器(如式示例实施例中的子模块控制器SMC-5)可以向自身的源端口(如示例实施例中的通信端口L)发送确认帧。

可选地，子模块控制器SMC-4、SMC-3、SMC-2、SMC-1和SMC-6中的至少一个可以依次把从目标端口接收到的下游子模块控制器的确认帧转发至源端口。其中下游子模块控制器可以是传输路径上，当前子模块控制器的后级子模块控制器。例如：在图3所示的传输路径上，子模块控制器SMC-6的下游子模块控制器可以包括SMC-1、SMC-2、SMC-3、SMC-4和SMC-5。子模块控制器SMC-3的下游子模块控制器包括SMC-4和SMC-5。

可选地，通过各个中继子模块控制器逐级转发，可以把来自目标子模块控制器(如示例实施例中的子模块控制器SMC-5)的确认帧沿前述传输路径反向传输给阀基控制器VBC。

类似地，中继子模块控制器(如示例示例中的子模块控制器SMC-4、SMC-3、SMC-2、SMC-1和SMC-6中的至少一个)也可以在接收到标定帧后，向自身的源端口发送确定帧。并可以经其他中继子模块控制器逐级转发，沿前述传输路径反向传输确定帧至阀基控制器VBC。中继子模块控制器(子模块控制器SMC-4、SMC-3、SMC-2、SMC-1和SMC-6中的至少一个)在转发标定帧之后，也可以把从目标端口接收到的确认帧转发至源端口。

如图3所示，标定帧根据令牌序列中的值，沿指定传输路径分别途径第二行左1位置子模块控制器、第一行左1位置子模块控制器、第一行左2位置子模块控制器、第一行左3位置子模块控制器、第一行左4位置子模块控制器、到达目标子模块控制器(第一行左5位置子模块控制器)。目标子模块控制器(子模块控制器SMC-5)接收到标定帧，检测到标定帧中令牌序列已经为空，即获取并保存地址信息至本地，即第一行左5位置子模块控制器的地址信息为“5”。

传输路径上参与转发的子模块控制器(包括第二行左1位置子模块控制器、第一行左1位置子模块控制器、第一行左2位置子模块控制器、第一行左3位置子模块控制器、第一行左4位置子模块控制器)接收到标定帧后向阀基控制器VBC发送确认帧，目标子模块控制器(第一行左5位置子模块控制器)收到标定帧后向阀基控制器VBC发送确认帧表示本次地址分配完成，确认帧的格式如图6所示。

本实施例中，位于传输路径上的子模块控制器记录标定帧的源端口以及根据当前令牌值确定的目标端口信息，并向源端口转发从目标端口接收到的下游子模块控制器发送的确认帧。阀基控制器VBC接收到传输路径上的子模块控制器发送的确定帧，表示该子模块控制器在线，接收到目标子模块控制器发送的确定帧，表示该子模块控制器在线且当此标定成功。

可选地，阀基控制器VBC在发送标定帧后，如果在预设时间窗口内，接收到传输路径上所有子模块控制器的确认帧，则本次地址分配成功；否则本次地址分配失败。阀基控制器VBC产生分配失败标志，并标记未能有效返回确认帧的至少一个子模块控制器为离线模块。

本实施例中，一个标定帧的长度为64Byte，在100M以太网中的传输时间为5us，考虑到子模块控制器上的处理开销以及预留部分余量，帧在通信网络中传输每跳延时不大于10us，本实施例通信网络中共有15个子模块控制器，从标定帧下发至最远子模块控制器到确认帧返回，不超过30跳，因此将检测确认帧的时间窗口设定为500us。

图4示出了图1所示方法的地址分配失败后的更换传输路径重新分配地址的示意图。

如图4所示，本实施例中，以第一行左4位置子模块控制器离线情况下对第一行左5位置子模块控制器分配地址的过程说明异常处理方式。如图4所示，第一次地址分配过程中，阀基控制器VBC发送的标定帧包含的令牌序列为U/R/R/R/R，当标定帧沿指定传输路径到达第一行左4位置子模块控制器，该子模块控制器因某种原因离线，无法继续转发标定帧，也无法回复确认帧。阀基控制器VBC发送完标定帧，在500us时间窗口内，仅收到了SMC-6、SMC-1、SMC-2、SMC-3的确认帧，没有收到预计中SMC-4的确认帧，因此判断SMC-4离线。

此时阀基控制器VBC可以重新规划对第一行左5位置子模块控制器分配地址的传输路径。可选地，重新规划的传输路径可以是：阀基控制器VBC->子模块控制器SMC-6->子模块控制器SMC-7->子模块控制器SMC-8->子模块控制器SMC-9->子模块控制器SMC-10->子模块控制器SMC-5。第二次地址分配过程中，阀基控制器VBC发送的标定帧包含的令牌序列可以为R/R/R/R/U。由于本次分配路径绕过了离线模块(子模块控制器SMC-4)，可以成功完成地址分配。

图5示出了图1所示方法的标定帧的帧格式示意图。图6示出了图1所示方法的确认帧的帧格式示意图。

如图5所示，阀基控制器VBC发送的标定帧以及子模块控制器发送的确定帧均可以按照以太网帧格式编码。如图5所示，标定帧可以包括目的地址、源地址、以太网帧类型、令牌标签、令牌数量、令牌1～16、地址标签、地址数量、地址值、帧填充和帧校验等。其中目的地址为广播地址(0xFFFFFF)，源地址为VBC的网卡物理地址，以太网帧类型设定为自定义类型0xC001，令牌标签为固定值0x81，令牌数量固定为16。每个标定帧中仅包含1个地址，地址标签为固定值0x82，地址值为约定的32bit数字。由于以太网有64B的最小长度限制，因此自地址值之后填充帧至60B，帧末尾为4B长度的帧校验。

如图6所示，确认帧也可以按照以太网帧格式编码。如图6所示，确认帧可以包括：目的地址、源地址、以太网帧类型、地址值、帧填充和帧校验中的至少一个字段。其中目的地址为从标定帧中提取的VBC网卡物理地址，源地址为SMC的网卡物理地址，以太网帧类型设定为自定义类型0xC002，帧内容中包含固定的一个32bit地址值。由于以太网有64B的最小长度限制，因此自地址值之后填充帧至60B，帧末尾为4B长度的帧校验。

可选地，在系统失电后，各个子模块控制器不再存储通过图2所示方法分配的地址。子模块再次上电启动后，可以依照图2所示方法为各个子模块控制器重新分配地址。

图7示出了本申请的另一实施例多电平换流器控制系统通信网络拓扑示意图。

如图7所示，通信网络2000可以包括子模块控制器S1-S12和阀基控制器V1。

可选地，子模块控制器S1-S12可以分别与不同的子模块连接，并控制对应的子模块。可选地，该不同的子模块可以是全部串联在一起，也可以分属于不同的子模块串联组。至少一个子模块串联组相互协调配合，实现换流器系统的所需的功能。

子模块控制器S1-S12中的任意一个可以包括至少一个点对点通信端口。并可以利用至少一个点对点通信端口与相邻的其他子模块控制器点对点通信连接。子模块控制器S1-S12可以相互连接，呈链状拓扑结构，也可以相互连接，呈网状拓扑结构。如示例实施例所示，子模块控制器S1-S12呈矩阵形态网状结构拓扑连接。图7所示子模块控制器S1-S12的排布位置为子模块控制器S1-S12的逻辑关系。该通信拓扑结构可以与模块控制器S1-S12的实际空间排布匹配，也可以与模块控制器S1-S12的实际空间排布不同。

可选地，子模块控制器S1-S12具有有相同的组成结构。如示例实施例所示子模块控制器S1-S12中的每个子模块控制器的内部结构可以均相同，也可以各不相同。如图7所示，子模块控制器S1-S12可以均包括四个点对点通信端口。子模块控制器S1-S12通过每个子模块控制器的四个点对点通信端口相互连接，形成矩形栅格的通信网络拓扑结构。

可选地，子模块控制器S1-S12中的至少一个也可以包括其他数量的点对点通信端口。比如每个子模块控制器可以包括三个点对点通信端口，并以此相互连接组成蜂窝状通信网络拓扑结构。可选地，每个子模块控制器也可以包括六个点对点通信端口，并可以以此相互连接组成三角栅格的通信网络拓扑结构。可选地，子模块控制器S1-S12也可以组成不规则通信网络拓扑，在此不一一赘述。

其中，阀基控制器V1可以通过通信总线(未示出)与子模块控制器S1-S12通信连接。同时阀基控制器V1还可以通过点对点通信端口与子模块控制器S1-S12中的至少一个点对点通信连接。如示例实施例所示，阀基控制器V1通过点对点通信端口与子模块控制器S5的一个点对点通信端口通信连接。

可选地，子模块控制器S1-S12相互连接成至少两片相互独立的拓扑结构。比如子模块控制器S1-S6组成一个通信网络拓扑，子模块控制器S7-S12组成另外一个通信网络拓扑结构。阀基控制器V1可以通过不同的点对点通信端口分别与每一片拓扑中的至少一个子模块控制器点对点连接。比如阀基控制器V1可以通过不同的点对点通信端口分别与S1和S7通信连接。

其中上述通信端口可以均为以太网通信端口。可选地，阀基控制器V1与子模块控制器S5之间以及各个子模块控制器之间的通信连接可以是电信号连接，也可以是光学信号连接，比如光纤连接。可选地，上述通信连接可以可以是全双工通信或者半双工通信连接。

可选地，阀基控制器V1通过发送标定帧为上述通信网络中的至少一个子模块控制器分配地址。该地址可以用于通过总线通信对该子模块控制器进行地址访问。比如阀基控制器V1可以通过发送标定帧为子模块控制器S8分配地址。此时可以定义子模块控制器S8为目标子模块控制器。

在发送标定帧之前可以规划阀基控制器V1至子模块控制器S8的传输路径。该传输路径可以用于把标定帧从阀基控制器V1至目标子模块(子模块控制器S8)。该传输路径可以包括从阀基控制器V1至目标子模块控制器(子模块控制器S8)的至少一个电子设备组成的序列，该电子设备可以包括子模块控制器S1-S12中的至少一个。

可选地，该序列上的任意两个相邻电子设备之间点对点通信连接。比如：阀基控制器V1至子模块控制器S8的传输路径可以是阀基控制器V1->子模块控制器S5->子模块控制器S6->子模块控制器S7->子模块控制器S8。可选地，阀基控制器V1可以依照该传输路径把标定帧发给子模块控制器S5。

子模块S5、S6、S7依次在接收到标定帧后，则可以根据传输路径把该标定帧转发到传输路径中的下一个电子设备。直至目标子模块控制器(子模块控制器S8)接收到标定帧。

可选地，标定帧可以包括地址信息和路径信息。其中地址信息对应分配给目标子模块控制器的地址。路径信息可以用于唯一确定前述传输路径。

可选地，可以为每个子模块控制器包括的每个点对点通信端口分配端口代码。该端口代码可以包括数字，也可以包括字母，还可以是包括其他符号。如示例实施例所示，该端口代码可以分别为“U”、“D”、“L”和“R”依次分别对应图中上、下、左、右四个点对点通信端口。其中，上、下、左、右仅表示附图中的逻辑方位关系。

可以定义传输路径上的每个电子设备接收到标定帧的点对点通信端口为源端口，发送标定帧的点对点通信端口为目标端口。可选地，路径信息可以包括令牌序列。可选地，令牌序列可以由至少一个令牌组成。可选地，令牌序列也可以为空序列，即不包括任何一个令牌。可选地，令牌可以为端口代码。可选地，令牌可以用于指定传输路径上至少一个子模块控制器的目标端口。当该子模块控制器收到标定帧后，可以根据标定帧中的至少一个令牌在自身的至少一个点对点通信端口中确定目标端口，并可以从该目标端口把标定帧转发到传输路径上的下一个电子设备。

如图7所示，从阀基控制器V1到子模块控制器S8的传输路径可以是：阀基控制器V1->子模块控制器S5->子模块控制器S6->子模块控制器S7->子模块控制器S8。该传输路径对应的路径信息可以是“RRR”。阀基控制器V1在发送标定帧时必然会把标定帧首先发送给与之直接连接的子模块控制器S5。根据该路径信息，子模块控制器S5的目标端口为路径信息“RRR”的第一个令牌所指示的端口R，在传输路径上子模块控制器S5的下一个节点可以是与子模块控制器S5的点对点通信端口直接连接的子模块控制器S6。子模块控制器S6的目标端口为路径信息“RRR”的第二个令牌所指示的端口R，因而传输路径上子模块控制器S6的下一个节点为子模块控制器S7。……依次类推，路径信息“RRR”可以唯一确定前述传输路径。

可选地，子模块控制器S5、S6、S7、S8中的至少一个可以在接收到标定帧后，解析标定帧得到地址信息和路径信息，并得到地址信息中的令牌序列。可选地，子模块控制器S5、S6、S7、S8中的至少一个可以根据令牌序列判断自身是否为目标子模块控制器。

可选地，当该令牌序列非空时，可以判断自身不是目标子模块控制器。此时取令牌序列中的队首令牌对应的点对点通信端口作为该子模块控制器的目标端口。可以在令牌序列中删除首令牌而得到新的令牌序列。可以根据新的令牌序列和地址信息重新打包，得到新的标定帧。可以向目标端口发送该新的标定帧。

如图7示例实施例所示，当阀基控制器V1准备为子模块控制器S8分配地址时，分配的地址可以是“24”，路径信息可以是“RRR”。此时可以打包标定帧“24/RRR”。当阀基控制器V1可以首先将标定帧“24/RRR”发送给子模块控制器S5。子模块控制器S5在接收到标定帧后，可以从标定帧中解析得到地址信息“24”和令牌序列“RRR”。则子模块控制器S5可以把根据零排序列的首令牌“R”，把自身的点对点通信端口R作为目标端口。子模块控制器S5可以删除令牌序列“RRR”的首令牌，得到令牌序列“RR”。并可以根据新地址信息“24”和令牌序列打包，得到标定帧“24/RR”。子模块控制器S5可以把标定帧“24/RR”从自身的目标端口(端口R)发送到子模块控制器S6。子模块控制器S6和S7依照上述步骤执行操作，逐级转发标定帧，在每次转发过程中令牌序列的长度都会缩减。当标定帧从子模块控制器S7发向子模块控制器S8时令牌序列为空队列。

可选地，令牌序列为空时，可以判断当前子模块控制器为目标子模块控制器。此时可以存储标定帧中的地址信息，并把该地址信息作为该子模块控制器的通信地址。比如，子模块控制器S8从接收到的标定帧为“24/”。其中的令牌序列为空，子模块控制器S8可以依此确定自身为目标子模块控制器。此时，子模块控制器S8可以存储从标定帧“24/”解析到的地址信息“24”，并把该地址信息作为自身的通信地址。

如图7所示可选地，地址信息可以与目标子模块控制器在通信网络中的位置匹配。比如子模块控制器S8是子模块控制器S1-S12中的第8个，因而子模块控制器S8的地址信息可以是“8”。同理，由于子模块控制器S8处于子模块控制器S1-S12的第2行第4列，子模块控制器S8的地址信息也可以是“24”或者“42”。可选地，地址信息也可以与目标子模块控制器在通信网络中的物理位置对应。比如子模块控制器S8对应的子模块可以是换流器中第2个串联组中的第32个子模块，则子模块控制器S8可以为“0232”。地址信息的也可以通过其他的逻辑设定，在此不一一列举。可选地，地址信息可以包括二进制编码，也可以包括字符序列。

可选地，通信路径中的每一个子模块控制器(包括目标子模块控制器和沿途的各个子模块控制器)在接收到标定帧后，均可以沿传输路径反向发送确认帧。即每个子模块控制器在从源端口接收到标定帧后，均可以向该源端口发送确认帧。在向目标端口转发标定帧后，沿途的每一个子模块控制器如果从该目标端口接收到确认帧，则可以向源端口转发该确认帧。

可选地，在预设时间内，如果阀基控制器V1如果没有收到来自传输路径上任意一个子模块控制器的确认帧，则本次地址分配失败。阀基控制器V1可以标定传输路径上第一个未返回确认帧的子模块控制为离线模块。并可以重新规划传输路径，绕过该离线模块。并可以根据新的传输路径建立新的标定帧，并利用新的标定帧为目标子模块控制器分配地址。

如图7所示：当按照传输路径阀基控制器V1->子模块控制器S5->子模块控制器S6->子模块控制器S7->子模块控制器S8为子模块控制器S8分配地址时。在预设时间内，阀基控制器V1收到来自子模块控制器S5的确认帧，但是却没有收到来自子模块控制器S6、S7、S8的确认帧。则可以标定子模块控制器S6为离线模块，并可以重新规划传输路径，绕过离线模块(子模块控制器S6)。可选地，重新规划的传输路径可以为：阀基控制器V1->子模块控制器S5->子模块控制器S1->子模块控制器S2->子模块控制器S3->子模块控制器S4->子模块控制器S8。可以利用重新规划的传输路径，依照图1所示方法，再次为目标子模块控制器分配地址。

实施本发明所述方案，可以实现多电平换流器系统中阀基控制设备在线为子模块分配地址信息，适用于不同子模块规模的应用场景，显著节省人工投入。地址分配过程无需人工干预，消除了人为失误的风险。本发明所述方法可以精确识别系统内的故障点，为系统维护和检修提供依据。

利用前述方法或者通信网络，可以通过为阀基控制器配置少量通信端口，即可以实现自动地，在线对系统中大量子模块控制器分配地址。降低了系统硬件的设计困难，以及可以降低系统的散热问题。

利用前述方法或者通信网络，可以通过阀基控制器和多个子模块控制器的网络连接组成通信网络，通过可以通过上述通信网络中的设备逐级转发。从而可以在尚未分配地址的前提下，使得信息通过该通信网络中的电子设备的转发，准确地抵达目标子模块控制器。从而可以在尚未分配地址的前提下，可以实现阀基控制器与上述通信网络中的多个子模块控制器通信互联。并可以通过该通信互联为上述通信网络中的多个子模块控制器分配地址。

由于在上述通信网络中，阀基控制器只需要与少量(比如一个)子模块控制器直接通信连接，从而可以减少阀基控制器配置的通信端口，进而可以简化阀基控制器的结构。同时由于不需要所有子模块控制器均与阀基控制器直接通信连接，因而也可以降低系统的布线复杂度和布线成本。因而，也使得利用上述方式组建的换流器系统可以不受系统规模限制(子模块数量)。

在上述通信网络中，由于通信网络的网状拓扑结构，使得从阀基控制器达到预设子模块控制器的传输路径可以不止一条。因而，当系统中的某一子模块控制器故障时，可以重新规划传输路径，绕过故障子模块，为目标子模块控制器分配地址。上述措施可以确保系统的健壮性。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (17)

1.一种多电平换流器中子模块控制器地址的在线分配方法，应用于模块化多电平换流器控制系统通信网络中，所述通信网络中设备包括阀基控制器(VBC)及相互通信连接的N个子模块控制器(SMC)，N为正整数，所述阀基控制器与所述N个子模块控制器中至少一个通信连接，其特征在于，所述方法包括：

所述阀基控制器向所述通信网络发送标定帧，所述标定帧包含目标子模块控制器的地址信息和路径信息，使得所述标定帧沿根据所述路径信息指定的传输路径到达目标子模块控制器；

所述目标子模块控制器接收所述标定帧，并保存所述地址信息；

所述目标子模块控制器向所述阀基控制器发送确认帧表示所述目标子模块控制器在线。

2.如权利要求1所述的在线分配方法，其特征在于：

所述N个子模块控制器组成X行Y列的方格型网状通信网络；

每个子模块控制器包含4对通信端口，根据与其他子模块控制器的连接方向分别为L(左)、R(右)、U(上)、D(下)；

左侧子模块控制器通过通信端口R与相邻位置右侧的子模块控制器通信端口L连接，上方子模块控制器通过通信端口D与相邻位置下方的子模块控制器通信端口U连接；

所述阀基控制器与所述N个子模块控制器中处于边缘处的至少一个子模块控制器连接。

3.如权利要求1所述的在线分配方法，其特征在于：

所述通信网络的拓扑结构是预先设定的；

所述地址信息是唯一的，并与所述目标子模块控制器在所述通信网络中的物理位置对应；

所述确认帧中包含本子模块控制器分配的地址信息。

4.如权利要求2所述的在线分配方法，其特征在于：

所述路径信息包括令牌序列，所述令牌序列包括若干个令牌，所述令牌与子模块控制器的通信端口名称对应，为L、R、U和D之一。

5.如权利要求4所述的在线分配方法，其特征在于，还包括：

当子模块控制器接收到标定帧且其中的所述令牌序列非空，则表示所述子模块控制器非所述目标子模块控制器，所述子模块控制器将首令牌移出所述令牌序列，并更新所述标定帧；

根据所述首令牌在所述子模块控制器的4个端口中确定目标端口，并将所述标定帧从目标端口转发至下游设备，所述下游设备包括所述N个子模块控制器中的至少一个；

向源端口发送确认帧，所述源端口为所述子模块控制器的4个端口中接收到标定帧的端口。

6.如权利要求5所述的在线分配方法，其特征在于，还包括：

所述子模块控制器记录所述源端口及所述目标端口；

并向所述源端口转发从所述目标端口接收到的下游子模块控制器的确认帧。

7.如权利要求4所述的在线分配方法，其特征在于，还包括：

当子模块控制器接收到标定帧且其中的所述令牌序列为空，则表示所述子模块控制器为所述目标子模块控制器，所述子模块控制器将所述地址信息保存至本地；

向源端口发送确认帧，所述源端口为所述子模块控制器的4个端口中接收到标定帧的端口。

8.如权利要求1所述的在线分配方法，其特征在于，还包括：

所述阀基控制器发送所述标定帧后，开始在预设时间窗内接收并检测确认帧，如在所述预设时间窗内接收到所述传输路径上所有的子模块控制器发送的确认帧，则本次分配成功，否则阀基控制器产生分配失败标志，并记录未有效返回确认帧的子模块控制器为离线模块。

9.如权利要求8所述的在线分配方法，其特征在于：所述阀基控制器依照预设顺序对通信网络中所有子模块控制器进行地址分配，如检测到有离线模块，所述阀基控制器更换传输路径绕过该离线模块继续对下游子模块继续进行地址分配。

10.如权利要求1所述的在线分配方法，其特征在于，还包括：

系统中子模块失电后地址信息丢弃，子模块再次上电启动时需要重新进行地址分配。

11.一种模块化多电平换流器控制系统通信网络，其特征在于，包括：

多个子模块控制器，所述多个子模块控制器中的至少一个子模块控制器包括至少两个通信端口，并通过所述至少两个通信端口分别与相邻子模块控制器通信连接；

阀基控制器，为所述多个子模块控制器分配地址，所述阀基控制器通过通信总线与所述多个子模块控制器通信连接，并通过点对点通信端口与所述多个子模块控制器中至少一个子模块控制器点对点连接；

其中，

所述阀基控制器沿预设传输路径发送标定帧，为目标子模块控制器分配地址；

所述目标子模块控制器包括所述多个子模块控制器中的至少一个；

所述标定帧包括地址信息和路径信息，所述路径信息唯一确定所述传输路径；

所述传输路径包括自所述阀基控制器至所述目标子模块控制器的至少两个电子设备组成的序列，所述序列中的任意两个相邻电子设备通信连接。

12.如权利要求11所述的通信网络，其特征在于：

所述传输路径包括中继子模块控制器，所述中继子模块控制器包括所述多个子模块控制器中的至少一个；

所述中继子模块控制器接收所述标定帧，并沿所述传输路径转发所述标定帧；

所述目标子模块控制器接收所述标定帧，并记录所述地址信息。

13.如权利要求12所述的通信网络，其特征在于：

所述中继子模块控制器在接收到所述标定帧后，沿所述传输路径反向发送确认帧；

如果在预设时间内所述阀基控制器未收到所述确认帧，则标定所述中继子模块控制器为离线子模块控制器，并重新规划传输路径为所述目标子模块控制器分配地址。

14.如权利要求12所述的通信网络，其特征在于：

所述目标子模块控制器在接收到所述标定帧后，沿所述传输路径反向发送确认帧；

如果在预设时间内所述阀基控制器未收到所述确认帧，则标定所述目标子模块控制器为离线子模块控制器。

15.如权利要求13或14所述的通信网络，其特征在于：

中继子模块控制器在接收到所述确认帧后，沿所述传输路径反向转发所述确认帧。

16.如权利要求11所述的通信网络，其特征在于：

所述多个子模块控制器中的至少一个包括四个通信端口，分别用于与其他电子设备点对点通信连接，所述其他电子设备包括所述阀基控制器和/或所述多个子模块控制器中的中的至少一个。

17.如权利要求11所述的通信网络，其特征在于：

所述路径信息包括端口代码序列，所述端口代码序列包括端口代码，所述端口代码与子模块控制器的所述通信端口对应。

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