CN112202323B - 一种柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法，涉及柔性直流输电技术领域，所述方法对触发脉冲分配板连接功率模块的顺序进行编排，即功率模块按照奇数、偶数的顺序依次与触发脉冲分配板相连，例如触发脉冲分配板1连接功率模块，触发脉冲分配板2连接功率模块，两两板卡为一对，依次类推。当触发脉冲分配板1上的某一通道、几个通道或整个板卡故障，阀控系统的会将故障通道的触发信息下发至相邻的触发脉冲分配板2，再通过触发脉冲分配板2下发至触发脉冲分配板2连接的功率模块，经功率模块中控板判别后，在将触发信息经模块间的冗余通道发送至故障通道对应的功率模块，响应的状态信息则沿反向路径传回阀控系统A/B。本发明保障阀控系统的安全稳定运行。

Description

一种柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法
技术领域
本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法。
背景技术
电力系统发展伊始，为降低成本，控制保护装置均采用单一配置原则，当某一设备发生损坏时，经常导致整个供电处于瘫痪状态。因此，当系统发生故障时，为降低大面积停电的风险、减少系统的故障时间、增强电力系统的稳定性，提出了系统冗余配置的概念。至今，冗余配置的方式已广泛的运用于电力系统各个层面，有效的提高了电力系统的安全稳定性。
柔性直流输电技术相比于常规直流输电技术因其不需无功补偿，没有换相失败问题，有功无功调节便捷，谐波水平低，适合构成多端直流系统等优点，使柔性直流输电相关技术得到了迅速发展。柔性直流功率模块(MMC)控制系统应确保直流系统不会因为功率模块(MMC)控制系统的单一故障(N-1)而发生停运，也不会因为单一故障而失去对换流阀的监视。因此，柔性直流的功率模块(MMC)控制架构仍沿用常规直流换流阀的控制架构，其控制系统除触发脉冲分配板外，交流电源、直流电源、主控机箱和I/O装置均为冗余设计。
触发脉冲分配板为整个功率模块(MMC)控制系统唯一的单一原件(无冗余)，因此，该控制系统架构冗余度存在不足。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法，当触发脉冲分配板故障后可以通过相邻板卡向功率模块发送触发脉冲从而实现完全冗余。
为实现上述目的，本发明采取以下方案：
一种柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法，用于阀控制保护系统，所述阀控制保护系统包括冗余设置的第一MMC控制系统和第二MMC控制系统，所述第一MMC控制系统通过第一通信板连接有若干触发脉冲分配板，所述第二MMC控制系统通过第二通信板连接有若干触发脉冲分配板：
每个触发脉冲分配板对应设置有一冗余触发脉冲分配板，触发脉冲分配板连接的基础功率模块与冗余触发脉冲分配板的冗余功率模块一一配对通信连接；
所述方法包括：
当触发脉冲分配板发生故障时，
指令下行时的信号传递路径：生成第一控制指令，第一通信板接收该第一控制指令并向冗余触发脉冲分配板传达，冗余触发脉冲分配板接收该第一控制指令，所述第一控制包含对应于各功率模块的第一触发信息以及对应于冗余触发脉冲分配板的第一触发指令，其中，
所述第一触发信息为带有编码检验信息的第一数据包，所述第一数据包包含应由基础功率模块或应由冗余功率模块解析及执行的两部分数据，所述编码检验信息用于确定数据应由基础功率模块或是冗余功率模块解析及执行；
所述第一触发指令用于指示冗余触发脉冲分配板将所述第一触发信息发送至冗余功率模块，同时，冗余功率模块的中控板根据所述编码检验信息，将应由冗余功率模块解析及执行的部分数据保留，然后将应由基础功率模块解析及执行的另一部分数据传递至所述基础功率模块。
如上所述的柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法，进一步地：当触发脉冲分配板发生故障时，所述方法还包括：
指令上行时的信号传递路径：生成对应于各冗余功率模块和各基础功率模块的状态信息，各基础功率模块的状态信息发送至配对的各冗余功率模块，各冗余功率模块将自身及由基础功率模块传递过来的所述状态信息向上传递到冗余触发脉冲分配板，冗余触发脉冲分配板接收所述状态信息并向第一通信板传达，第一通信接收所述状态信息并向第一MMC控制系统传达。
如上所述的柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法，进一步地：当触发脉冲分配板不发生故障时，所述方法还包括：
指令下行时的信号传递路径：生成第二控制指令，第一通信板接收该第二控制指令并同时向触发脉冲分配板和冗余触发脉冲分配板传达，所述第二控制包含对应于各功率模块的触发信息以及对应于触发脉冲分配板和冗余触发脉冲分配板的第二触发指令，其中，
所述第二触发信息包括第二数据包和第三数据包，所述第二数据包包含应由基础功率模块接收和执行的数据，所述第三数据包包含应由冗余功率模块解析及执行的数据；
所述第二触发指令用于指示触发脉冲分配板将第二数据包传递至所述基础功率模块，以及指示冗余触发脉冲分配板将所述第三数据包传递至冗余功率模块。
如上所述的柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法，进一步地：当触发脉冲分配板不发生故障时，所述方法还包括：
指令上行时的信号传递路径：生成对应于各冗余功率模块和各基础功率模块的状态信息，各冗余功率模块的状态信息发送至冗余触发脉冲分配板，各基础功率模块的状态信息发送至触发脉冲分配板，冗余触发脉冲分配板和触发脉冲分配板分别接收所述状态信息并向第一通信板传达，第一通信接收所述状态信息并向第一MMC控制系统传达。
如上所述的柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法，进一步地：各触发脉冲分配板和冗余触发脉冲分配板均设置有独立的电源空开。
如上所述的柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法，进一步地：触发脉冲分配板发生故障包括触发脉冲分配板整体故障、或触发脉冲分配板单个光口故障或触发脉冲分配板多个光口故障。
如上所述的柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法，进一步地：生成对应于第一通信板的第一控制指令之前，所述方法还包括：将两套冗余设置的MMC控制系统中的其中一套作为主用MMC控制系统，该主用MMC控制系统即为第一MMC控制系统。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
1、两两相邻的功率模块之间有一对冗余通信光纤，可实现模块之间的信息互送；
2、触发脉冲分配板两两一对，一块连接奇数编号的功率模块，一块连接偶数编号的功率模块，当其中一块板卡故障时，阀控系统下发的触发命令等信息可以通过另外一块板卡送至对应的偶数或奇数功率模块上，对应的模块再将触发信息通过功率模块之间的冗余通信光纤送至另一功率模块；同时该模块的状态信息也可通过相同的路径上送至阀控制系统，实现单块触发脉冲分配板故障不导致功率模块被旁路的能力；
3、触发脉冲分配板采用双冗余供电，各板卡均配置独立的电源空开，当板卡发生故障时可单独下电进行更换，对阀控系统及现场功率模块正常运行均不造成影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，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，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为现有技术中的阀控制保护系统的简化示意图；
图2为本发明所采用的阀控制保护系统的结构示意图；
图3为本发明实施例的触发脉冲分配板故障判别流程图；
图4为本发明实施例的触发脉冲分配板发生故障的判别流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅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，都属于本申请保护的范围。
需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
针对现有技术中的阀控系统进行分析，参见图1，图1为现有技术中的阀控制保护系统的简化示意图，现有各脉冲分配屏内分别布置等数量的脉冲分配机箱，每个机箱内配置有n块触发脉冲分配板，功率模块则严格按照顺序依次与触发脉冲分配板相连，例如触发脉冲分配板1连接(#1，#2，#3...#m/2)功率模块，触发脉冲分配板2连接(#m/2+1，#m/2+2，#m/2+3...#m)功率模块。由于现有板卡均能接收阀控制系统A/B的指令，阀控制系统A为“Active”状态，则系统A的命令有效，阀控制系统B为“Active”状态，则系统B的命令有效。若触发脉冲分配板1发生故障，将导致(#1，#2，#3...#m/2)功率模块无法与换流阀控制系统A/B相连，功率模块将因上行通信故障或下行通信故障被旁路，进而导致整个桥臂失去大量冗余模块，严重时可能导致阀控系统跳闸。现场运维人员为尽快消除故障避免跳闸发生，需要将故障板卡下电或直流停运后方能进行更换。
目前的功率模块(MMC)控制系统有以下2种运行方式：
a、功率模块(MMC)控制系统A、B均无异常，触发脉冲分配板(1～n)均接收主用系统(Active)下发的触发脉冲，实现对功率模块的触发控制；
b、某一套功率模块(MMC)控制系统(除触发脉冲分配板)发生异常，原主用系统(Active)将切换为备用系统(Standby)，原备用系统将切换为主用系统，并向触发脉冲分配板(1～n)下发触发脉冲，实现对功率模块的触发控制；
根据前述总结，触发脉冲分配板为整个功率模块(MMC)控制系统唯一的单一原件(无冗余)。因此，该控制系统架构冗余度存在不足，当触发脉冲分配板发生故障时，控制系统发生切换仍无法满足直流不停运进行板卡更换的要求。同时，故障板卡对应的m个功率模块将无法正常触发，换流阀控制系统将失去大量冗余功率模块，若此时控制系统内存在已被旁路的k个功率模块，当m+k大于单个桥臂的冗余模块数量时，直流将发生跳闸停运。另外，即使触发脉冲分配板满足不停电更换的需求，因板卡的双路电源无法同时切断，仍无法对其进行带电更换。
本发明针对前述问题提出了一种新的阀控系统通信回路，进一步提升阀控系统的冗余度，实现板卡故障后功率模块不旁路，同时可进行故障板卡带电更换的能力。
参见图2，图2为本发明所采用的阀控制保护系统的结构示意图；本实施例中，阀控制保护系统包括冗余设置的第一MMC控制系统和第二MMC控制系统，第一MMC控制系统通过第一通信板连接有若干触发脉冲分配板，第二MMC控制系统通过第二通信板连接有若干触发脉冲分配板，每个触发脉冲分配板连接有若干功率模块，每个触发脉冲分配板对应设置有一冗余触发脉冲分配板，触发脉冲分配板连接的基础功率模块与冗余触发脉冲分配板的冗余功率模块一一配对通信连接。需要说明的是，为方便介绍本发明的实施方式，实施例中第一也对应于A,，第二也对应于B，如第一MMC控制系统对应于MMC控制系统A，触发脉冲分配板也称为触发脉冲分配板1，冗余触发脉冲分配板也称为触发脉冲分配板2。
本实施例进行如下设计：
1、现场相邻功率模块之间需增加一对冗余通信光纤，实现模块与模块之间的交互通信，当功率模块的主用通道通信故障时，功率模块的中控板会进行判别自动切换至冗余通道进行通信，避免功率模块因上行通信或下行通信故障而旁路；
2、对触发脉冲分配板连接功率模块的顺序进行编排，即功率模块按照奇数、偶数的顺序依次与触发脉冲分配板相连，例如触发脉冲分配板1连接(#1，#3，#5...#m-1)功率模块，触发脉冲分配板2连接(#2，#4，#6...#m)功率模块，两两板卡为一对，依次类推。当触发脉冲分配板1上的某一通道、几个通道或整个板卡故障，阀控系统的会将故障通道的触发信息下发至相邻的触发脉冲分配板2，再通过触发脉冲分配板2下发至触发脉冲分配板2连接的功率模块，经功率模块中控板判别后，在将触发信息经模块间的冗余通道发送至故障通道对应的功率模块，响应的状态信息则沿反向路径传回阀控系统A/B。
图3为本发明实施例的触发脉冲分配板故障判别流程图；图4为本发明实施例的触发脉冲分配板发生故障的判别流程图，方法可以包括：
当触发脉冲分配板发生故障时，
当触发脉冲分配板发生故障时，
指令下行时的信号传递路径：生成第一控制指令，第一通信板接收该第一控制指令并向冗余触发脉冲分配板传达，冗余触发脉冲分配板接收该第一控制指令，所述第一控制包含对应于各功率模块的第一触发信息以及对应于冗余触发脉冲分配板的第一触发指令，其中，
所述第一触发信息为带有编码检验信息的第一数据包，所述第一数据包包含应由基础功率模块或应由冗余功率模块解析及执行的两部分数据，所述编码检验信息用于确定数据应由基础功率模块或是冗余功率模块解析及执行；
所述第一触发指令用于指示冗余触发脉冲分配板将所述第一触发信息发送至冗余功率模块，同时，冗余功率模块的中控板根据所述编码检验信息，将应由冗余功率模块解析及执行的部分数据保留，然后将应由基础功率模块解析及执行的另一部分数据传递至所述基础功率模块。
当触发脉冲分配板发生故障时，指令上行时的信号传递路径：生成对应于各冗余功率模块和各基础功率模块的状态信息，各基础功率模块的状态信息发送至配对的各冗余功率模块，各冗余功率模块将自身及由基础功率模块传递过来的所述状态信息向上传递到冗余触发脉冲分配板，冗余触发脉冲分配板接收所述状态信息并向第一通信板传达，第一通信接收所述状态信息并向第一MMC控制系统传达。
当触发脉冲分配板不发生故障时，指令下行时的信号传递路径：生成第二控制指令，第一通信板接收该第二控制指令并同时向触发脉冲分配板和冗余触发脉冲分配板传达，所述第二控制包含对应于各功率模块的触发信息以及对应于触发脉冲分配板和冗余触发脉冲分配板的第二触发指令，其中，
所述第二触发信息包括第二数据包和第三数据包，所述第二数据包包含应由基础功率模块接收和执行的数据，所述第三数据包包含应由冗余功率模块解析及执行的数据；
所述第二触发指令用于指示触发脉冲分配板将第二数据包传递至所述基础功率模块，以及指示冗余触发脉冲分配板将所述第三数据包传递至冗余功率模块。
当触发脉冲分配板不发生故障时，指令上行时的信号传递路径：生成对应于各冗余功率模块和各基础功率模块的状态信息，各冗余功率模块的状态信息发送至冗余触发脉冲分配板，各基础功率模块的状态信息发送至触发脉冲分配板，冗余触发脉冲分配板和触发脉冲分配板分别接收所述状态信息并向第一通信板传达，第一通信接收所述状态信息并向第一MMC控制系统传达。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，各触发脉冲分配板和冗余触发脉冲分配板均设置有独立的电源空开。触发脉冲分配板采用双冗余供电，各板卡均配置独立的电源空开K1-Kn，当板卡发生故障时可单独下电进行更换。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，触发脉冲分配板发生故障包括触发脉冲分配板整体故障、或触发脉冲分配板单个光口故障或触发脉冲分配板多个光口故障。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，生成对应于第一通信板的第一控制指令之前，方法还包括：将两套冗余设置的MMC控制系统中的其中一套作为主用MMC控制系统，该主用MMC控制系统即为第一MMC控制系统。
具体地，本发明针对现有换流阀控制系统冗余度不足，无法不停电进行板卡更换的问题进行设计，其中硬件应进行如下设计：
第一步：柔直功率模块按照两两一对进行搭配，例如#1和#2，#3和#4等，两功率模块之间增加一对通信光纤，一根接收，一根发送；
第二步：如前触发脉冲分配板两两为一对进行搭配，触发脉冲分配板1连接(#1，#3，#5...#m-1)功率模块，触发脉冲分配板2连接(#2，#4，#6...#m)功率模块，通信板A/B经机箱背板与触发脉冲分配板进行通信，并将阀控系统下发的触发脉冲整理后经板卡上的TX光纤发送至功率模块，同时功率模块将状态信息经RX光纤返回至触发脉冲分配板。
第三步：触发脉冲分配板采用双冗余供电，各板卡均配置独立的电源空开K1-Kn，当板卡发生故障时可单独下电进行更换。
现假设阀控系统A为主用系统(Active)，阀控系统B为备用系统(Standby)，阀控系统A下发的触发命令经通信板A分别送至触发脉冲分配板1至触发脉冲分配板n。
情况1：若触发脉冲分配板1整体故障时，通信板A会将触发脉冲分配板1及触发脉冲分配板2的所有触发信息经机箱背板均发送至触发脉冲分配板2处，后触发脉冲分配板2的控制器将#1和#2，#3和#4…#m-1和#m功率模块的信息经#2、#4…#m功率模块的TX光纤下发至#2、#4…#m功率模块的中控板上，后中控板判断模块间的冗余通信光纤无异常，则将#1、#3…#m-1功率模块的触发信息经冗余通信光纤发送至#1、#3…#m-1功率模块，反之为回检信息上送路径。
情况2：若触发脉冲分配板1只有部分光纤插口发生故障时，阀控系统会检测故障，当通信板A收到阀控系统返回的故障信息时，默认整个触发脉冲分配板1全故障，会将所有触发信息均发送至触发脉冲分配板2，其他与情况1类似，如图3所示。通信板由于全过程冗余，有效的避免触发脉冲分配板故障、上下行光纤故障造成的功率模块被旁路的问题，进一步提高了系统的冗余度，保障阀控系统的安全稳定运行。
另外，触发脉冲分配板采取双冗余供电，前期因无法单独断电造成系统带故障运行，造成安全隐患，因此，当板卡发生单一故障或全故障时，触发脉冲分配板本身不再承担与功率模块通信的任务，可手动断开故障板卡的电源空开(K1-Kn)，更换新的板卡，再次上电，系统恢复正常。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法，用于阀控制保护系统，所述阀控制保护系统包括冗余设置的第一MMC控制系统和第二MMC控制系统，所述第一MMC控制系统通过第一通信板连接有若干触发脉冲分配板，所述第二MMC控制系统通过第二通信板连接有若干触发脉冲分配板，其特征在于：
每个触发脉冲分配板对应设置有一冗余触发脉冲分配板，触发脉冲分配板连接的基础功率模块与冗余触发脉冲分配板的冗余功率模块一一配对通信连接；
所述方法包括：
当触发脉冲分配板发生故障时，
指令下行时的信号传递路径：生成第一控制指令，第一通信板接收该第一控制指令并向冗余触发脉冲分配板传达，冗余触发脉冲分配板接收该第一控制指令，所述第一控制指令包含对应于各功率模块的第一触发信息以及对应于冗余触发脉冲分配板的第一触发指令，其中，
所述第一触发信息为带有编码检验信息的第一数据包，所述第一数据包包含应由基础功率模块或应由冗余功率模块解析及执行的两部分数据，所述编码检验信息用于确定数据应由基础功率模块或是冗余功率模块解析及执行；
所述第一触发指令用于指示冗余触发脉冲分配板将所述第一触发信息发送至冗余功率模块，同时，冗余功率模块的中控板根据所述编码检验信息，将应由冗余功率模块解析及执行的部分数据保留，然后将应由基础功率模块解析及执行的另一部分数据传递至所述基础功率模块；
当触发脉冲分配板发生故障时，所述方法还包括：
指令上行时的信号传递路径：生成对应于各冗余功率模块和各基础功率模块的状态信息，各基础功率模块的状态信息发送至配对的各冗余功率模块，各冗余功率模块将自身及由基础功率模块传递过来的所述状态信息向上传递到冗余触发脉冲分配板，冗余触发脉冲分配板接收所述状态信息并向第一通信板传达，第一通信板接收所述状态信息并向第一MMC控制系统传达。
2.根据权利要求1所述的柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法，其特征在于：当触发脉冲分配板不发生故障时，所述方法还包括：
指令下行时的信号传递路径：生成第二控制指令，第一通信板接收该第二控制指令并同时向触发脉冲分配板和冗余触发脉冲分配板传达，所述第二控制指令包含对应于各功率模块的第二触发信息以及对应于触发脉冲分配板和冗余触发脉冲分配板的第二触发指令，其中，
所述第二触发信息包括第二数据包和第三数据包，所述第二数据包包含应由基础功率模块接收和执行的数据，所述第三数据包包含应由冗余功率模块解析及执行的数据；
所述第二触发指令用于指示触发脉冲分配板将第二数据包传递至所述基础功率模块，以及指示冗余触发脉冲分配板将所述第三数据包传递至冗余功率模块。
3.根据权利要求1所述的柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法，其特征在于：当触发脉冲分配板不发生故障时，所述方法还包括：
指令上行时的信号传递路径：生成对应于各冗余功率模块和各基础功率模块的状态信息，各冗余功率模块的状态信息发送至冗余触发脉冲分配板，各基础功率模块的状态信息发送至触发脉冲分配板，冗余触发脉冲分配板和触发脉冲分配板分别接收所述状态信息并向第一通信板传达，第一通信板接收所述状态信息并向第一MMC控制系统传达。
4.根据权利要求1-3任一所述的柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法，其特征在于：各触发脉冲分配板和冗余触发脉冲分配板均设置有独立的电源空开。
5.根据权利要求1-3任一所述的柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法，其特征在于：触发脉冲分配板发生故障包括触发脉冲分配板整体故障、或触发脉冲分配板单个光口故障或触发脉冲分配板多个光口故障。
6.根据权利要求1-3任一所述的柔性直流阀控制保护系统冗余度提升方法，其特征在于：生成对应于第一通信板的第一控制指令之前，所述方法还包括：将两套冗余设置的MMC控制系统中的其中一套作为主用MMC控制系统，该主用MMC控制系统即为第一MMC控制系统。
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