CN112995799B - 无源光分配通信方法及通信装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供换流器控制系统的无源光分配通信方法及通信装置、设备及存储介质。所述通信方法用于所述换流器控制系统的阀基控制设备，包括：将控制周期划分为多个时隙；在每个所述时隙内，通过至少一个第一无源光分配器向至少一个子模块控制单元组广播下发控制命令，所述控制命令包括时隙序号；通过至少一个第二无源光分配器接收与所述时隙序号匹配的子模块控制单元反馈的子模块状态信息。

Description

无源光分配通信方法及通信装置、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及换流器控制系统的通信技术领域，具体涉及换流器控制系统的无源光分配通信方法及通信装置、设备及存储介质。

背景技术

高压柔性直流输电系统尤其适用于长距离输电、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。换流器控制系统中，电压等级越高，子模块数量越多。每一个子模块都有一个换流器控制子模块单元(SMC)进行控制和监测，阀基控制设备(VBC)阀控装置需要通过到通信链路，与所有的SMC进行通信。此外，换流器控制系统的通信系统密实时性要求强，可靠性要求高。

目前的通信架构应用形式主要是VBC与SMC模块以星型组网方式实现点对点通信，如在一个VBC控制单桥臂SMC的情况下，VBC单装置必须要有数百对光通信接口，通过相同数量的光纤与SMC进行通信。对于更大容量，更多SMC的柔直系统，VBC装置通信接口的密度进一步升高，硬件设计以及散热设计面临挑战。

此外，如果在采用VBC与SMC环形组网方案，理论上可以减少通信接口与光纤数量，但是环网的引入，会导致VBC与SMC之间的通信环节增多，且在环内两个方向上，由于源端至终端需要经过的中间转发设备数量不同，会导致通信延时有差异，在发生通信故障时，系统的通信延时可能发生较大的变化。且环网内有多个环节发生问题时，处于故障点之间的正常设备也会变成通信孤岛，无法与外部设备通信。

发明内容

本申请实施例提供一种换流器控制系统的无源光分配通信方法，用于所述换流器控制系统的阀基控制设备，包括：将控制周期划分为多个时隙；在每个所述时隙内，通过至少一个第一无源光分配器向至少一个子模块控制单元组广播下发控制命令，所述控制命令包括时隙序号；通过至少一个第二无源光分配器接收与所述时隙序号匹配的子模块控制单元反馈的子模块状态信息。

根据一些实施例，所述时隙的数量，与一个所述子模块控制单元组的子模块控制单元的数量相等。

根据一些实施例，所述多个时隙的时间长度相等。

根据一些实施例，所述时隙的时间长度大于向一个所述子模块控制单元组广播下发控制命令的时间与一个所述子模块状态信息的传输时间之和。

根据一些实施例，同一个所述子模块控制单元组的所述子模块控制单元的序号一一匹配所述时隙序号，且不能重复。

根据一些实施例，所述第一无源光分配器包括单输入多输出无源光分配器。

根据一些实施例，所述第二无源光分配器包括多输入单输出无源光分配器。

本申请实施例还提供一种阀基控制设备，包括时隙划分模块、广播模块、接收模块，所述时隙划分模块将控制周期划分为多个时隙；所述广播模块在每个所述时隙内，通过至少一个所述第一无源光分配器向至少一个所述子模块控制单元组广播下发控制命令，所述控制命令包括时隙序号；所述接收模块通过至少一个所述第二无源光分配器接收与所述时隙序号匹配的子模块控制单元反馈的子模块状态信息。

本申请实施例还提供一种换流器控制系统的无源光分配通信装置，包括阀基控制设备、至少一个第一无源光分配器、至少一个第二无源光分配器、至少一个子模块控制单元组、至少一个第二无源光分配器，所述阀基控制设备将控制周期划分为多个时隙，在每个所述时隙内，通过至少一个第一无源光分配器向至少一个子模块控制单元组广播下发控制命令，所述控制命令包括时隙序号，通过至少一个第二无源光分配器接收与所述时隙序号匹配的子模块控制单元反馈的子模块状态信息；所述第一无源光分配器在每个所述时隙内，将来自所述阀基控制设备的所述控制命令传播到所述子模块控制单元组；所述子模块控制单元组包括至少一个子模块控制单元，与所述时隙序号匹配的所述子模块控制单元反馈子模块状态信息到所述第二无源光分配器；所述第二无源光分配器在每个所述时隙内，将所述子模块状态信息传播到所述阀基控制设备。

根据一些实施例，所述第一无源光分配器包括单输入多输出无源光分配器。

根据一些实施例，所述第二无源光分配器包括多输入单输出无源光分配器。

本申请实施例还提供一种电子设备，包括一个或多个处理器、存储器，所述存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器执行如上所述的方法。

本申请实施例还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时执行如上所述的方法。

本申请实施例提供的技术方案，使用无源光分配器来减少阀基控制设备的通信接口数量，能够降低硬件设计的复杂程度以及系统功耗，阀基控制设备与子模块控制单元之间的双向通信延时同步、性能稳定，能满足控制功能的实时性要求，通信系统内一个或多个子模块故障不会影响阀基控制设备与其他正常子模块之间的通信效果。

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，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是本申请实施例提供的一种换流器控制系统的无源光分配通信装置功能组成框图；

图2是本申请实施例提供的一种阀基控制设备功能组成框图；

图3是本申请实施例提供的一种换流器控制系统的无源光分配通信方法流程示意图；

图4是本申请实施例提供的一种下行控制命令帧格式以及上行子模块状态帧格式示意图；

图5是本申请实施例提供的一个循环周期内VBC与SMC的通信流程示意图；

图6是本申请实施例提供的一种电子设备功能组成框图。

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。

应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

换流器控制系统中，电压等级越高，子模块数量越多。为了获取更好的谐波特性，以及为系统提供足够的冗余度，换流阀一般由很多个子模块级联构成，一个桥臂级联的子模块数量就可达200个以上，三相六个桥臂的子模块数量更加庞大。每一个子模块都有一个子模块控制单元SMC进行控制和监测。

阀基控制设备(VBC)阀控装置需要通过通信链路，与所有的子模块控制单元SMC进行通信。此外，换流器控制系统的通信系统密实时性要求强，可靠性要求高。本申请实施例提供换流器控制系统的无源光分配通信方法及通信装置、设备及存储介质，以设计一种兼顾系统复杂程度与通信可靠性的通信体系，提高整个系统的鲁棒性。

图1是本申请实施例提供的一种换流器控制系统的无源光分配通信装置功能组成框图，示出了换流器控制系统的无源光分配通信装置的组成。

装置包括阀基控制设备VBC、至少一个第一无源光分配器110、至少一个子模块控制单元组120、至少一个第二无源光分配器130。

阀基控制设备VBC包括至少一对光通信接口41、42。

光通信接口41通过光纤与第一无源光分配器110连接通信。第一无源光分配器110包括但不限于单输入多输出无源光分配器。阀基控制设备VBC通过光通信接口41发送的下行光信号被平均分配至第一无源光分配器110的N个输出端口，这些输出端口通过光纤连接至子模块控制单元组120的N个子模块控制单元SMC的光接收端口。所有子模块控制单元SMC接收到的控制命令，因其是从同一个光信号分路得到，因此其格式、内容以及到达时刻完全一致。

光通信接口42通过光纤与第二无源光分配器130连接通信。第二无源光分配器130包括但不限于多输入单输出无源光分配器。第二无源光分配器130将子模块控制单元SMC反馈的子模块状态信息传播到阀基控制设备VBC。

参见图1，阀基控制设备VBC管理28个子模块控制单元组120，一个子模块控制单元组120称为一个阀段，总共28个阀段。每个子模块控制单元组120包含8个子模块控制单元SMC，也称8个子模块控制单元SMC属于一个阀组。8个子模块控制单元SMC从1-8编号。阀基控制设备VBC向子模块控制单元SMC发送控制命令的通信方向称为下行方向，子模块控制单元SMC向阀基控制设备VBC反馈子模块状态信息的通信方向称为上行方向。一个阀基控制设备VBC包括28对光通信端口，配合28个第一无源光分配器以及第二无源光分配器，可以管理总共28×8＝224个SMC设备。与传统的点对点模式相比，VBC装置的光通信接口数量仅为此前的1/8，降低了硬件复杂程度，减少了装置功耗。

阀基控制设备VBC将控制周期划分为多个时隙，时隙的数量与一个子模块控制单元组120的子模块控制单元的数量相等，同一个子模块控制单元组120的子模块控制单元的序号一一匹配时隙序号，且不能重复。多个时隙的时间长度相等，时隙的时间长度大于向一个子模块控制单元组120广播下发控制命令的时间与一个子模块状态信息的传输时间之和。

在每个时隙内，阀基控制设备VBC通过第一无源光分配器110向子模块控制单元组120广播下发控制命令，控制命令包括时隙序号，通过第二无源光分配器130接收与时隙序号匹配的子模块控制单元SMC反馈的子模块状态信息。第一无源光分配器110在每个时隙内，将来自阀基控制设备VBC的控制命令传播到子模块控制单元组120。子模块控制单元组120包括多个子模块控制单元，与时隙序号匹配的子模块控制单元SMC反馈子模块状态信息到第二无源光分配器130。第二无源光分配器130在每个时隙内，将一个子模块状态信息传播到阀基控制设备VBC。

图2是本申请实施例提供的一种阀基控制设备功能组成框图，阀基控制设备VBC包括时隙划分单元43、广播单元44、接收单元45。

时隙划分单元43将控制周期划分为多个时隙。广播单元44在每个时隙内，通过至少一个第一无源光分配器110向至少一个子模块控制单元组120广播下发控制命令，控制命令包括时隙序号。接收单元45通过至少一个第二无源光分配器130接收与时隙序号匹配的子模块控制单元反馈的子模块状态信息。

图3是本申请实施例提供的一种换流器控制系统的无源光分配通信方法流程示意图，图4是本申请实施例提供的一种下行控制命令帧格式以及上行子模块状态帧格式示意图，图5是本申请实施例提供的一个循环周期内VBC与SMC的通信流程示意图，结合图3、图4、图5示出了换流器控制系统的无源光分配通信流程。

参见图4，在S110中，阀基控制设备VBC将控制周期划分为多个时隙。

阀基控制设备VBC在一个控制周期里，要获取所有子模块控制单元反馈的子模块状态信息，满足控制系统要求。

将控制周期划分为多个时隙，时隙的数量，与一个子模块控制单元组120的子模块控制单元的数量相等。例如图1实施例中，每个子模块控制单元组120有8个子模块控制单元，那么控制周期划分为8个时隙。

进一步地，8个时隙的时间长度相等。每个时隙的时间长度大于向一个子模块控制单元组120广播下发控制命令的时间与一个子模块状态信息的传输时间之和。同一个子模块控制单元组120的子模块控制单元的序号一一匹配时隙序号，且不能重复，以便每一个时隙可以获取一个子模块控制单元组120中的唯一一个子模块控制单元反馈回来的信息，从而杜绝多路光信号混杂的风险。

参见图4，在S120中，在每个时隙内，通过至少一个第一无源光分配器110向至少一个子模块控制单元组120广播下发控制命令，控制命令包括时隙序号。

第一无源光分配器110包括但不限于单输入多输出无源光分配器。

根据一些实施例，第一无源光分配器110为1收8发的端口模式。对于下行方向，阀段内所有下行数据是由唯一的输入光信号经第一无源光分配器分路得到。合理选择阀基控制设备VBC的发送光功率参数、子模块的光接收灵敏度参数以及各分支路的衰减和功率分配误差，可以实现阀基控制设备VBC通过第一无源光分配器110至各子模块控制单元SMC的下行通信功能正常，且下行通信延时相同。

根据一些实施例，阀基控制设备VBC与子模块控制单元SMC之间通信接口物理层采用了光纤以太网100BaseFx模式，光波长为1310nm，线速是125Mbps，有效带宽为100Mbps。数据链路层上，采用了自定义的类以太网的帧格式。

实测每路收发端口之间的光衰范围为9.8dB～10.5dB。阀基控制设备VBC发光功率约为-10dBm，子模块控制单元SMC的光接收灵敏度为-30dBm，因此，经第一无源光分配器110后，下行方向子模块控制单元SMC接收光信号功率有约10dB的余量。

参见图4，阀基控制设备VBC发送下行的控制帧内容，包括前导码、起始符、阀段控制信息，阀组控制信息以及帧校验。前导码与起始符共占8个字节长度，为光纤以太网标准格式。前导码用于接收端调整接收时钟向发送侧同步，以保证正确接收，起始符标志了有效数据起始位置。

从阀段控制信息开始为实际有效数据，以图1实施例的装置为例，包括28个阀段。阀段控制信息长度为2Byte，为一个阀段的子模块控制单元组20内所有SMC共享的控制命令，其中包括了时隙序号。本实施例中，时隙序号的取值范围从1-8，对应于子模块控制单元组120内8个SMC。

每个阀组控制命令长度为1Byte，按照其在帧内的顺序，分别为阀基控制设备VBC下发给阀段内的8个SMC的独立的控制命令，每个控制命令帧中均有8组阀组控制命令，共计8Byte。帧校验字段长度4Byte，是由阀段控制命令及阀组控制命令的内容，通过CRC32算法计算得到的校验值。整个下行控制帧长度为22Byte，共计176bit，传输时间为1.76us。

参见图4，在S130中，通过至少一个第二无源光分配器130接收与时隙序号匹配的子模块控制单元反馈的子模块状态信息。

第二无源光分配器包括但不限于多输入单输出无源光分配器。根据一些实施例，第二无源光分配器为8发1收的端口模式。

实测每路收发端口之间的光衰范围在为10.3dB～11.2dB。子模块控制单元SMC的发光功率约为-10dBm，阀基控制设备VBC的光接收灵敏度为-30dBm，因此，经第二无源光分配器后，上行方向阀基控制设备VBC接收光信号功率有约9dB的余量。

子模块控制单元SMC发现控制命令中包含的时隙序号与自身的序号相对应，完成数据有效性校验后，根据预先约定好的规则提取属于本子模块的控制命令执行，并发送上行的状态帧内容。所有子模块控制单元SMC通过广播接收到的控制命令数据内容相同，因此可以保证子模块执行阀基控制设备VBC的控制命令的同步性。

参见图3，上行的状态帧内容包括前导码、起始符、阀组状态信息以及帧校验。前导码、起始符字段与下行帧中对应字段格式相同。阀组状态信息为发送本帧信息的子模块控制单元SMC的当前状态，长度为8Byte，整个上行帧长度为22Byte，共计160bit，传输时间为1.6us。

本实施例中，换流器控制系统以40us为一个循环周期，每个循环周期分为8个时隙，记为第1至第8时隙，每个时隙长度为5us。每个时隙内，阀基控制设备VBC下发一次控制命令，与控制命令中的时隙序号对应的子模块控制单元SMC向阀基控制设备VBC发送该SMC状态信息。

参见图4，200表示一个时隙，时隙长度超过一个命令帧传输时间201与一个状态帧传输时间202长度和。

201表示时隙中的命令帧传输时间，为阀基控制设备VBC在第1时隙发送控制命令CMD1的传输时间。

202表示时隙中的状态帧传输时间，为子模块控制单元SMC1向阀基控制设备VBC发送的序号为1的子模块控制单元SMC状态信息传输时间。

210为多个时隙组成的一个循环周期长度。

控制命令与状态信息在时间上不重叠，且两者时间长度之和小于整个时隙的长度。每个循环周期内，阀基控制设备VBC共向子模块控制单元SMC发送了8次控制命令，阀段内8个子模块控制单元SMC各向阀基控制设备VBC反馈1次状态信息。

本实施例提供的换流器控制系统的无源光分配通信方法，采用无源光分配器以广播方式将阀基控制设备VBC的控制命令下发给阀段内所有子模块控制单元SMC。一个循环周期40us内下发总计8次控制命令，能满足控制功能的实时性要求，且阀段内各子模块控制单元SMC接收的控制命令由唯一的光信号分路而来，能保证子模块控制单元SMC间的同步性。此外，循环周期40us结束，阀基控制设备VBC可以获取阀段内所有子模块控制单元SMC的状态信息，满足控制系统需求。

图6是本申请实施例提供的一种电子设备功能组成框图。

电子设备可以包括输出单元501、输入单元502、处理器503、存储器504、通讯接口505，以及内存单元506。

存储器504作为一种非暂态计算机可读存储器，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块。当一个或多个程序被一个或多个处理器503执行，使得一个或多个处理器503实现如上所述的方法。

存储器504可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据电子器件的使用所创建的数据等。此外，存储器504可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态性固态存储器件。在一些实施例中，存储器504可选包括相对于处理器503远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子设备。

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 (13)

1.一种换流器控制系统的无源光分配通信方法，用于所述换流器控制系统的阀基控制设备，包括：

将控制周期划分为多个时隙；

在每个所述时隙内，通过至少一个第一无源光分配器向至少一个子模块控制单元组广播下发控制命令，所述控制命令包括时隙序号；

通过至少一个第二无源光分配器接收与所述时隙序号匹配的子模块控制单元反馈的子模块状态信息。

2.根据权利要求1所述的通信方法，其中，

所述时隙的数量，与一个所述子模块控制单元组的子模块控制单元的数量相等。

3.根据权利要求2所述的通信方法，其中，所述多个时隙的时间长度相等。

4.根据权利要求2所述的通信方法，其中，所述时隙的时间长度大于向一个所述子模块控制单元组广播下发控制命令的时间与一个所述子模块状态信息的传输时间之和。

5.根据权利要求1所述的通信方法，其中，同一个所述子模块控制单元组的所述子模块控制单元的序号一一匹配所述时隙序号，且不能重复。

6.根据权利要求1所述的通信方法，其中，所述第一无源光分配器包括单输入多输出无源光分配器。

7.根据权利要求1所述的通信方法，其中，所述第二无源光分配器包括多输入单输出无源光分配器。

8.一种阀基控制设备，包括：

时隙划分模块，将控制周期划分为多个时隙；

广播模块，在每个所述时隙内，通过至少一个第一无源光分配器向至少一个子模块控制单元组广播下发控制命令，所述控制命令包括时隙序号；

接收模块，通过至少一个第二无源光分配器接收与所述时隙序号匹配的子模块控制单元反馈的子模块状态信息。

9.一种换流器控制系统的无源光分配通信装置，包括：

阀基控制设备，将控制周期划分为多个时隙，在每个所述时隙内，通过至少一个第一无源光分配器向至少一个子模块控制单元组广播下发控制命令，所述控制命令包括时隙序号，通过至少一个第二无源光分配器接收与所述时隙序号匹配的子模块控制单元反馈的子模块状态信息；

至少一个第一无源光分配器，在每个所述时隙内，将来自所述阀基控制设备的所述控制命令传播到所述子模块控制单元组；

至少一个子模块控制单元组，包括至少一个子模块控制单元，与所述时隙序号匹配的所述子模块控制单元反馈子模块状态信息到所述第二无源光分配器；

至少一个第二无源光分配器，在每个所述时隙内，将所述子模块状态信息传播到所述阀基控制设备。

10.根据权利要求9所述的通信装置，其中，所述第一无源光分配器包括单输入多输出无源光分配器。

11.根据权利要求9所述的通信装置，其中，所述第二无源光分配器包括多输入单输出无源光分配器。

12.一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。

13.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。

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