CN113741250A - 一种用于svg的冗余控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于SVG的冗余控制系统及方法，包括#1控制柜、#2控制柜及#3控制柜；其中#1控制柜与#2控制柜结构均包括HMI设备、61850通讯模块、GPS对时装置、开关量配套输入输出继电器板、PT/CT采样箱、主控插卡箱；#3控制柜包括切换及旁路控制箱、三个相相控箱；#1控制柜的主控插卡箱与#2控制柜的主控插卡箱通过高速光纤进行连接，同时，#1控制柜的主控插卡箱与#2控制柜的主控插卡也均与#3控制柜的切换及旁路控制箱通过高速光纤进行连接。#3控制柜的切换及旁路控制箱中的控制核心中包含冗余控制算法。具有高可靠性运行能力及长时间连续运行能力。在当前控制核心异常时能够快速无扰动切换到备用控制核心，保证SVG设备的正常运行及响应。
Description
技术领域
本发明涉及SVG控制领域，特别涉及一种用于SVG的冗余控制系统及方法。
背景技术
在一些特殊的SVG应用项目中，例如：
1)需要SVG连续运行不能中断的现场，如冶炼、轧钢等过程中。如果SVG停止运行会直接影响生产流程导致事故发生。
2)无人值守现场如新能源电站及区域核心汇集站。在控制系统发生故障后需要一定时间人员才能到达处理。平时仅进行巡视检修。
3)需要高可靠性的特殊项目。
以上的这些项目需要SVG的控制系统具有高可靠性运行能力及长时间连续运行能力。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种用于SVG的冗余控制系统及方法，该冗余控制系统的具有高可靠性运行能力及长时间连续运行能力。在当前控制核心异常时能够快速无扰动切换到备用控制核心，保证SVG设备的正常运行及响应。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种用于SVG的冗余控制系统，其特征在于，包括#1控制柜、#2控制柜及#3控制柜；其中#1控制柜与#2控制柜结构完全相同，均包括HMI设备、61850通讯模块、GPS对时装置、开关量配套输入输出继电器板、PT/CT采样箱、主控插卡箱；#3控制柜包括切换及旁路控制箱、A相相控箱、B相相控箱、C相相控箱；
#1控制柜的主控插卡箱与#2控制柜的主控插卡箱通过高速光纤进行连接，同时，#1控制柜的主控插卡箱与#2控制柜的主控插卡也均与#3控制柜的切换及旁路控制箱通过高速光纤进行连接。
所述的一种用于SVG的冗余控制系统的冗余控制方法，包括如下：
#3控制柜的切换及旁路控制箱中的控制核心中包含冗余控制算法，#1控制柜和#2控制柜的主控插卡箱中的两个控制核心运行相同的SVG控制算法，冗余控制算法同时监测#1控制柜和#2控制柜的两个控制核心并进行以下处理：
1)冗余数据处理；
2)冗余控制信号处理；
3)主从切换处理。
进一步地，所述的冗余数据处理具体包括如下：
1)AI数据处理：两个控制箱独立采集模拟量输入信号；在测试模式下进行数据校准；
2)DI数据处理：两个控制箱独立采集开关量输入信号；通过高速光纤交换DI数据；如长时间不同则报警并闭锁主从切换，冗余失效；
3)DO数据处理：开关量输出中的部分控制水冷/风冷启停信号、接触器合分闸信号应从机跟随主机动作；通过高速光纤交换DO数据；如长时间不同则报警并闭锁主从切换，冗余失效。
进一步地，所述的冗余控制信号处理具体包括：两个控制箱给出独立的无功电流指令及调制波数据到切换及旁路控制箱，由切换及旁路控制箱选择当前冗余主机的无功电流指令作为控制指令，使用对应的调制波数据进行PWM调制控制。
进一步地，所述的主从切换处理为：接收#1控制柜和#2控制柜的调制波数据及运行状态数据，判定一台设备做为主机；
所述的主从切换处理为：接收#1控制柜和#2控制柜的调制波数据及运行状态数据，判定一台设备做为主机；
#1控制柜的控制核心为#1CPU1，#2控制柜的控制核心为#2CPU1，以下的叙述中的CPU1包括#1CPU1和#2CPU1，#3控制柜的控制核心为CPU3；切换条件包括如下：
条件1：CPU3上位机手动设置指定主机及从机：通过上位机设定手动指定当前主机及从机，不进行主从机切换；
条件2：CPU3收CPU1的光纤通讯状态：CPU3收到CPU1发送的信息的这根光纤的通讯状态；
条件3：CPU3收CPU1与扩展控制板的光纤通讯状态：CPU3收到CPU1接收扩展控制板信息的这根光纤的通讯状态；
条件4：CPU3收CPU1与CPU3的光纤通讯状态：CPU3收到CPU1接收CPU3信息的这根光纤：CPU3->CPU1的通讯状态；
条件5：CPU3收#1CPU1与#2CPU1的光纤通讯状态：CPU3收到#1CPU1接收#2CPU1信息的这根光纤：#1CPU1->#2CPU1的通讯状态；
条件6：CPU1处于复位、起始状态、偏移校对状态、故障状态发出闭锁信号，CPU1处于这些状态时，向CPU3发出本机主从闭锁信号；闭锁信号会导致本机状态变为锁定状态或保持主机状态；
条件7：CPU1看门狗故障、铁电参数故障、模拟量偏移故障、电源故障、工作旋钮转为检修、接收扩展控制板的通讯状态、接收CPU3通讯状态、500kVPT断线保护均会发出闭锁信号，当CPU1有这些报警标志位置位或者开关量变位后，向CPU3发出本机主从闭锁信号；闭锁信号会导致本机状态变为锁定状态或保持主机状态；
条件8：CPU1在起始状态、偏移校对状态、复位状态这些模式下保持锁定，不接收CPU3的主从状态判定命令，在其他状态接收CPU3的主从状态判定命令，在这些状态下，不执行CPU3主从切换命令，即不论CPU3给出的主从机指令，保持原有主从状态不变，在其他状态下，接收CPU3的主从状态指令，指令为主机则设置本机为主机，指令为从机则设置本机为从机，指令为其他则设置本机为锁定状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明的一种用于SVG的新型冗余控制系统，包含冗余控制器硬件及冗余控制算法。与标准控制系统相比，冗余控制系统通过增加控制硬件核心作为冗余备份提高可靠性；通过冗余控制算法保证控制核心内数据同步；且在主机控制核心故障时无扰动切换至备用控制核心。
2)本发明的控制柜的组成方式保证了任意一个控制核心或外围硬件失效后，剩余的控制核心仍然能够完成所有控制功能，并通过冗余控制算法实现平滑切换，保证SVG设备正常运行及控制。
附图说明
图1是本发明的一种用于SVG的冗余控制系统结构图；
图2是本发明的主从机判定流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种用于SVG的冗余控制系统，其特征在于，包括#1控制柜、#2控制柜及#3控制柜；其中#1控制柜与#2控制柜结构完全相同，均包括HMI设备、61850通讯模块、GPS对时装置、开关量配套输入输出继电器板、PT/CT采样箱、主控插卡箱(控制核心)；#3控制柜包括切换及旁路控制箱(控制核心)、A相相控箱、B相相控箱、C相相控箱；
#1控制柜的主控插卡箱与#2控制柜的主控插卡箱通过高速光纤进行连接，同时，#1控制柜的主控插卡箱与#2控制柜的主控插卡也均与#3控制柜的切换及旁路控制箱通过高速光纤进行连接。
#1控制柜与#2控制柜输入的模拟量信号及开关量输入信号输出信号均独立。即从PT/CT均有独立绕组给出两个信号，采集的霍尔电流信号也为两组独立霍尔传感器分别给出。
#3控制柜同样输出PT信号及霍尔电流信号。其中PT信号为两组，分别来自#1控制柜PT信号及#2控制柜PT信号；霍尔电流信号同样为独立采集到的霍尔电流信号。
即设备共加装3组霍尔电流传感器，分别提供给控制柜#1、控制柜#2、控制柜#3。
控制柜#1的主控插卡箱(控制核心1)与控制柜#1内的HMI通过通讯电缆连接进行通讯。控制柜#2的主控插卡箱(控制核心2)与控制柜#2内的HMI通过通讯电缆连接进行通讯。控制柜#3的4个插卡箱(切换及旁路控制箱、A相插卡箱、B相插卡箱、C相插卡箱)既与控制柜#1内的HMI通过通讯电缆连接进行通讯，也与控制柜#2内的HMI通过通讯电缆连接进行通讯。
以上控制柜的组成方式保证了任意一个控制核心或外围硬件失效后，剩余的控制核心仍然能够完成所有控制功能，并通过冗余控制算法实现平滑切换，保证SVG设备正常运行及控制。
所述的一种用于SVG的冗余控制系统的冗余控制方法，包括如下：
#3控制柜的切换及旁路控制箱中的控制核心中包含冗余控制算法，#1控制柜和#2控制柜的主控插卡箱中的两个控制核心运行相同的SVG控制算法，冗余控制算法同时监测#1控制柜和#2控制柜的两个控制核心并进行以下处理：
1)冗余数据处理；
2)冗余控制信号处理；
3)主从切换处理。
并实现以下功能：
①检测核心运行数据，保证两个核心内控制数据强同步；
②监测核心运行状态，进行冗余主机核心与从机核心判定及切换；
③根据冗余控制状态对部分保护进行使能或屏蔽；
④校正两个核心运行数据，减少采样及控制偏差。
所述的冗余数据处理具体包括如下：
1)AI数据处理：两个控制箱独立采集模拟量输入信号；在测试模式下进行数据校准；
2)DI数据处理：两个控制箱独立采集开关量输入信号；通过高速光纤交换DI数据；如长时间不同则报警并闭锁主从切换，冗余失效；
3)DO数据处理：开关量输出中的部分控制水冷/风冷启停信号、接触器合分闸信号应从机跟随主机动作；通过高速光纤交换DO数据；如长时间不同则报警并闭锁主从切换，冗余失效。
所述的冗余控制信号处理具体包括：两个控制箱给出独立的无功电流指令及调制波数据到切换及旁路控制箱，由切换及旁路控制箱选择当前冗余主机的无功电流指令作为控制指令，使用对应的调制波数据进行PWM调制控制。
具体见下表1：
表1
所述的主从切换处理为：接收#1控制柜和#2控制柜的调制波数据及运行状态数据，判定一台设备做为主机；
#1控制柜的控制核心为#1CPU1，#2控制柜的控制核心为#2CPU1，以下的叙述中的CPU1包括#1CPU1和#2CPU1，#3控制柜的控制核心为CPU3；切换条件包括如下：
条件1：CPU3上位机手动设置指定主机及从机：通过上位机设定手动指定当前主机及从机，不进行主从机切换；
条件2：CPU3收CPU1的光纤通讯状态：CPU3收到CPU1发送的信息的这根光纤的通讯状态；
条件3：CPU3收CPU1与扩展控制板的光纤通讯状态：CPU3收到CPU1接收扩展控制板信息的这根光纤的通讯状态；扩展控制板为#1控制柜或和2控制柜中的功能扩展板(例如具有辅助计算功能的第二CPU板卡)。
条件4：CPU3收CPU1与CPU3的光纤通讯状态：CPU3收到CPU1接收CPU3信息的这根光纤：CPU3->CPU1的通讯状态；
条件5：CPU3收#1CPU1与#2CPU1的光纤通讯状态：CPU3收到#1CPU1接收#2CPU1信息的这根光纤：#1CPU1->#2CPU1的通讯状态；
条件6：CPU1处于复位、起始状态、偏移校对状态、故障状态发出闭锁信号，CPU1处于这些状态时，向CPU3发出本机主从闭锁信号；闭锁信号会导致本机状态变为锁定状态或保持主机状态；
条件7：CPU1看门狗故障、铁电参数故障、模拟量偏移故障、电源故障、工作旋钮转为检修、接收扩展控制板的通讯状态、接收CPU3通讯状态、500kVPT断线保护均会发出闭锁信号，当CPU1有这些报警标志位置位或者开关量变位后，向CPU3发出本机主从闭锁信号；闭锁信号会导致本机状态变为锁定状态或保持主机状态；
条件8：CPU1在起始状态、偏移校对状态、复位状态这些模式下保持锁定，不接收CPU3的主从状态判定命令，在其他状态接收CPU3的主从状态判定命令，在这些状态下，不执行CPU3主从切换命令，即不论CPU3给出的主从机指令，保持原有主从状态不变，在其他状态下，接收CPU3的主从状态指令，指令为主机则设置本机为主机，指令为从机则设置本机为从机，指令为其他则设置本机为锁定状态。
如图2所示，具体切换流程包括如下：
一、如果读取到#1CPU1为主机，#2CPU1为从机，则顺序进行以下的判断：
1)通过条件2、条件3、条件4、条件6、条件7判定#2CPU1是否工作正常，如果工作不正常，则判定#1CPU1为主机，#2CPU1为锁定状态；如果工作正常，则进行下一步判断；
2)通过条件2、条件3、条件4、条件6、条件7判定#1CPU1是否工作正常，如果工作不正常，则判定#1CPU1为锁定状态，#2CPU1为主机；如果工作正常，则进行下一步判断；
3)通过条件5判定#2CPU1通讯是否工作正常，如果工作不正常，则判定#1CPU1为主机，#2CPU1为锁定状态，如果工作正常，则判定#1CPU1为主机，#2CPU1为从机。
二、如果读取到#1CPU1为主机，#2CPU1不是从机，则通过条件2、条件3、条件4、条件5、条件6、条件7判定#2CPU1是否工作正常，如果工作正常，则判定#1CPU1为主机，#2CPU1为从机；如果工作不正常，则判定#1CPU1为主机，#2CPU1为锁定状态。
三、如果读取到#2CPU1为主机，#1CPU1为从机，则顺序进行以下的判断：
1)通过条件2、条件3、条件4、条件6、条件7判定#1CPU1是否工作正常，如果工作不正常，则判定#2CPU1为主机，#1CPU1为锁定状态；如果工作正常，则进行下一步判断；
2)通过条件2、条件3、条件4、条件6、条件7判定#2CPU1是否工作正常，如果工作不正常，则判定#2CPU1为锁定状态，#1CPU1为主机；如果工作正常，则进行下一步判断；
3)通过条件5判定#1CPU1通讯是否工作正常，如果工作不正常，则判定#2CPU1为主机，#1CPU1为锁定状态，如果工作正常，则判定#2CPU1为主机，#1CPU1为从机。
四、如果读取到#2CPU1为主机，#1CPU1不是从机，则通过条件2、条件3、条件4、条件5、条件6、条件7判定#1CPU1是否工作正常，如果工作正常，则判定#2CPU1为主机，#1CPU1为从机；如果工作不正常，则判定#2CPU1为主机，#1CPU1为锁定状态。
五、如果读取到当前#1CPU1与#2CPU1均非主机，则顺序进行以下的判断：
1)通过条件2、条件3、条件4、条件5、条件6、条件7判定#1CPU1是否工作正常，如果工作不正常，则进行第2)步判断；
如果工作正常，判定#1CPU1为主机；然后通过条件2、条件3、条件4、条件5、条件6、条件7判定#2CPU1是否工作正常，如果工作正常，判定#2CPU1为从机；如果工作不正常，判定#2CPU1为锁定状态；
2)通过条件2、条件3、条件4、条件5、条件6、条件7判定#2CPU1是否工作正常，如果工作正常，则判定#1CPU1为锁定状态，#2CPU1为主机；如果工作不正常，则进行第3)步判断；
3)通过条件2、条件3、条件4、条件6、条件7判定#1CPU1是否工作正常，如果工作正常，则判定#1CPU1为主机，#2CPU1为锁定状态；如果工作不正常，则进行第4)步判断；
4)通过条件2、条件3、条件4、条件6、条件7判定#2CPU1是否工作正常，如果工作正常，则判定#1CPU1为锁定状态，#2CPU1为主机，如果工作不正常，则判定#1CPU1为主机，#2CPU1为锁定状态。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
Claims (5)
1.一种用于SVG的冗余控制系统，其特征在于，包括#1控制柜、#2控制柜及#3控制柜；其中#1控制柜与#2控制柜结构完全相同，均包括HMI设备、61850通讯模块、GPS对时装置、开关量配套输入输出继电器板、PT/CT采样箱、主控插卡箱；#3控制柜包括切换及旁路控制箱、A相相控箱、B相相控箱、C相相控箱；
#1控制柜的主控插卡箱与#2控制柜的主控插卡箱通过高速光纤进行连接，同时，#1控制柜的主控插卡箱与#2控制柜的主控插卡也均与#3控制柜的切换及旁路控制箱通过高速光纤进行连接。
2.权利要求1所述的一种用于SVG的冗余控制系统的冗余控制方法，其特征在于，包括如下：
#3控制柜的切换及旁路控制箱中的控制核心中包含冗余控制算法，#1控制柜和#2控制柜的主控插卡箱中的两个控制核心运行相同的SVG控制算法，冗余控制算法同时监测#1控制柜和#2控制柜的两个控制核心并进行以下处理：
1)冗余数据处理；
2)冗余控制信号处理；
3)主从切换处理。
3.根据权利要求2所述的一种用于SVG的冗余控制系统的冗余控制方法，其特征在于，所述的冗余数据处理具体包括如下：
1)AI数据处理：两个控制箱独立采集模拟量输入信号；在测试模式下进行数据校准；
2)DI数据处理：两个控制箱独立采集开关量输入信号；通过高速光纤交换DI数据；如长时间不同则报警并闭锁主从切换，冗余失效；
3)DO数据处理：开关量输出中的部分控制水冷/风冷启停信号、接触器合分闸信号应从机跟随主机动作；通过高速光纤交换DO数据；如长时间不同则报警并闭锁主从切换，冗余失效。
4.根据权利要求2所述的一种用于SVG的冗余控制系统的冗余控制方法，其特征在于，所述的冗余控制信号处理具体包括：电流指令Iq_ref来自本机或切换及旁路控制箱，本机生成的调制波通过高速光纤给出到切换及旁路控制箱。
5.根据权利要求2所述的一种用于SVG的冗余控制系统的冗余控制方法，其特征在于，所述的主从切换处理为：接收#1控制柜和#2控制柜的调制波数据及运行状态数据，判定一台设备做为主机；
#1控制柜的控制核心为#1CPU1，#2控制柜的控制核心为#2CPU1，以下的叙述中的CPU1包括#1CPU1和#2CPU1，#3控制柜的控制核心为CPU3；切换条件包括如下：
条件1：CPU3上位机手动设置指定主机及从机：通过上位机设定手动指定当前主机及从机，不进行主从机切换；
条件2：CPU3收CPU1的光纤通讯状态：CPU3收到CPU1发送的信息的这根光纤的通讯状态；
条件3：CPU3收CPU1与扩展控制板的光纤通讯状态：CPU3收到CPU1接收扩展控制板信息的这根光纤的通讯状态；
条件4：CPU3收CPU1与CPU3的光纤通讯状态：CPU3收到CPU1接收CPU3信息的这根光纤：CPU3->CPU1的通讯状态；
条件5：CPU3收#1CPU1与#2CPU1的光纤通讯状态：CPU3收到#1CPU1接收#2CPU1信息的这根光纤：#1CPU1->#2CPU1的通讯状态；
条件6：CPU1处于复位、起始状态、偏移校对状态、故障状态发出闭锁信号，CPU1处于这些状态时，向CPU3发出本机主从闭锁信号；闭锁信号会导致本机状态变为锁定状态或保持主机状态；
条件7：CPU1看门狗故障、铁电参数故障、模拟量偏移故障、电源故障、工作旋钮转为检修、接收扩展控制板的通讯状态、接收CPU3通讯状态、500kVPT断线保护均会发出闭锁信号，当CPU1有这些报警标志位置位或者开关量变位后，向CPU3发出本机主从闭锁信号；闭锁信号会导致本机状态变为锁定状态或保持主机状态；
条件8：CPU1在起始状态、偏移校对状态、复位状态这些模式下保持锁定，不接收CPU3的主从状态判定命令，在其他状态接收CPU3的主从状态判定命令，在这些状态下，不执行CPU3主从切换命令，即不论CPU3给出的主从机指令，保持原有主从状态不变，在其他状态下，接收CPU3的主从状态指令，指令为主机则设置本机为主机，指令为从机则设置本机为从机，指令为其他则设置本机为锁定状态。
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