CN115729217A - 一种晶闸管换流阀控制全链路的测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于直流输电换流阀技术领域，具体涉及一种晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，该系统通过阀控测控模块执行测试系统的控制指令，向待测阀控单元发送模拟控制信号和检测接收的状态信号；通过阀状态模拟模块模拟不同运行工况的状态，向待测阀控单元发送换流阀模拟晶闸管级的回报信号以及辅助设备的状态信号；通过监控模块进行逻辑控制，以及对模拟过程的测试结果进行数据处理，以实现故障定位以及再现分析。即本发明通过各功能模块的相互配合，模拟换流阀控制系统的各种运行工况，解决了换流站现场阀控设备及备件板卡离线条件下测试手段不足、测试效率较低的问题，有助于提高换流阀设备的现场运维水平，保障直流输电系统的安全稳定运行。

Description

一种晶闸管换流阀控制全链路的测试系统

技术领域

本发明属于直流输电换流阀技术领域，具体涉及一种晶闸管换流阀控制全链路的测试系统。

背景技术

高压直流输电工程是我国进行能源优化配置的重要举措。高压、特高压直流输电工程在我国得到快速发展，截至目前，我国已经建成43条直流线路，我国已成为当今世界上投运直流输电工程最多的国家。

在直流输电工程中，晶闸管换流阀作为换流站内重要的设备，其可靠运行是关系直流系统安全稳定的关键。阀控系统作为换流阀的接口设备，包括阀控单元(VBE)和晶闸管控制单元(TE)，其主要功能是实现换流阀晶闸管触发、状态监视等功能。阀控系统运行稳定以及备品备件性能可靠，有助于运维人员及时发现设备存在的隐患，以及快速完成故障定位与处理等，是保障换流阀设备可靠运行的重要因素。

目前，直流换流站在阀控设备运维中均存在以下问题：

1)阀控备品备件现场无法检测，性能不能完全保障。

阀控备品备件多为机箱板卡，电子产品，存储一定时间后需要进行性能测试，防止使用时存在异常导致二次故障。换流站现场当前缺少阀控备件检测环境，无法定期对阀控备品备件检测。

2)阀控板卡种类多，异常难定位。

阀控运行异常多为综合性故障，如误触发、电源波动等。板卡异常更换后，由厂家进行分析定位，存在定位不及时，问题无法跟踪等现象。

3)缺少隐患排查验证手段。

传统的隐患排查，现场人员主要通过外观检查，逻辑分析等手段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，用以解决现有技术阀控备品备件现场无法灵活检测的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，包括：阀控测控模块、阀状态模拟模块、监控模块和待测阀控单元；所述阀控测控模块用于执行测试系统的控制指令，向待测阀控单元发送模拟控制信号和检测待测阀控单元发送的状态信号；所述阀状态模拟模块用于模拟换流阀不同运行工况的状态，向待测阀控单元发送换流阀模拟晶闸管级的回报信号以及辅助设备的状态信号；所述监控模块用于对测试系统进行逻辑控制，以及对阀控测控模块与待测阀控单元的模拟过程的测试结果进行数据处理，以实现故障定位以及再现分析。

其有益效果为：本发明通过设置包括阀控测控模块、阀状态模拟模块、监控模块和待测阀控单元的测试系统，能够实现对待测阀控板卡的检测过程，并能够实现故障定位以及再现分析，并且本发明的晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，具有通用性强、兼容性高、检测速度快、自动化程度高、测试功能全面等特点，而且解决了换流站现场阀控设备及备件板卡离线条件下测试手段不足、测试效率较低的问题，有助于提高换流阀设备的现场运维水平，保障直流输电系统的安全稳定运行。

进一步地，所述阀控测控模块包括：控制信号模拟单元、阀控状态信号测量单元和中央处理单元；所述控制信号模拟单元以及阀控状态信号测量单元均与待测阀控单元相连，以通过控制信号模拟单元将产生的模拟控制信号传输至待测阀控单元，通过阀控状态信号测量单元检测待测阀控单元发送的状态信号；中央处理单元与控制信号模拟单元以及阀控状态信号测量单元均连接，以在接收到测试系统的控制指令时，控制控制信号模拟单元产生的模拟控制信号，并对阀控状态信号测量单元接收的状态信号进行数据处理。

进一步地，所述阀控测控模块根据待测阀控单元的技术路线及接口类型采用光信号或电信号连接；所述阀控状态信号测量单元与待测阀控单元采用光信号连接。

进一步地，所述阀状态模拟模块包括：阀电压模拟单元和阀状态信号模拟单元；所述阀电压模拟单元以及阀状态信号模拟单元均与待测阀控单元的相连，以通过阀电压模拟单元模拟换流阀不同运行工况下的状态，并将待测阀控单元的晶闸管单元的包括电压和电流的状态信息发送至监控模块，通过阀状态信号模拟单元产生晶闸管级的回报信号以及辅助设备的状态信号；所述辅助设备的状态信号包括漏水检测信号和避雷器动作信号中的至少一种。

进一步地，所述阀电压模拟单元包括：晶闸管、待测触发监测板以及晶闸管级试验电源组成，晶闸管以及晶闸管级试验电源均与待测触发监测板连接，且晶闸管级试验电源与监控模块通信连接，以通过晶闸管级试验电源接收监控模块下发的控制指令，并控制指令将试验电压及波形施加至待测触发监测板，以模拟模拟换流阀不同运行工况的状态。

进一步地，所述监控模块包括：通信接口单元、专家诊断系统和人机交互单元；所述通信接口单元包括与阀控测控模块通信接口、与阀状态模拟模块通信接口以及与待测阀控单元通信接口；所述专家诊断系统用于阀控系统故障定位和再现分析，所述阀控系统故障定位是基于测试结果的数据处理以及预设的故障模型进行故障检测与定位，所述再现分析是根据预设测试工况和条件进行故障模拟与再现；所述人机交互单元用于提供后台操作界面，以实现测试系统的参数设置以及测试结果输出显示的功能。

进一步地，所述与待测阀控单元通信接口为具备IEC61850、CAN和FROFIBUS三种通信接口方式的通信接口，与阀控测控模块通信接口以及与阀状态模拟模块通信接口为具备以太网通信接口方式的通信接口。

进一步地，所述后台操作界面包括用户登录及测试选项、系统控制操作、阀控状态事件实时显示、录波数据融合及波形显示。

进一步地，所述测试结果包括原始录波数据；所述监控模块还包括录波处理单元，所述录波处理单元与专家诊断系统以及通信接口单元连接，以通过录波处理单元实现对阀控测控模块的原始录波数据进行解析处理，生成标准录波格式文件。

进一步地，所述待测阀控单元包括：阀测控装置、阀控通信接口装置以及阀漏水避雷器检测装置中的至少一种，以将待测阀控板卡通过安装至待测阀控单元相应的装置接入测试系统。

附图说明

图1是本发明的测试系统框图；

图2是本发明的阀控测控模块原理框图；

图3是本发明的阀状态模拟模块原理框图；

图4是本发明的监控模块结构框图；

图5是本发明的人机交互单元结构框图；

图6是本发明的阀控全链路测试系统故障定位测试流程图；

图7是本发明的阀控全链路测试系统故障再现测试流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

晶闸管换流阀控制全链路的测试系统实施例：

本发明提供的一种晶闸管换流阀控制全链路测试系统和方法，通过测试系统各功能模块的相互配合，模拟换流阀控制系统的各种运行工况，实现离线条件对阀控设备及板卡的故障检测及状态评估，下面详细说明本发明中关于一种晶闸管换流阀控制全链路的测试系统的具体实现方案。

如图1所示，是本实施例的晶闸管控制全链路的测试系统的系统框图，从图中可以看出，本系统由阀控测控模块、阀状态模拟模块、监控模块和待测阀控单元组成；其中阀控测控模块用于执行测试系统控制指令，向待测阀控单元发送模拟控制信号和测量状态信号；阀状态模拟模块用于模拟换流阀不同运行工况的状态，向待测阀控单元发送换流阀阀晶闸管级的回报信号以及辅助设备的状态信号；监控模块用于实现阀控全链路测试系统的逻辑控制、数据处理、故障定位与再现分析功能。

其中，阀控测控模块由控制信号模拟单元、阀控状态信号测量单元和中央处理单元组成；其中，控制信号模拟单元与阀控设备相连，用于产生模拟极控的控制信号，阀控状态信号测量单元，用于检测阀控设备发送的状态信号；中央处理单元用于执行测试系统的控制逻辑以及数据处理等功能。

阀状态模拟模块由阀电压模拟单元和阀状态信号模拟单元组成。其中，阀电压模拟单元与阀控单元的相连，用于模拟阀晶闸管级不同运行工况下的状态信号和接口逻辑；阀状态信号模拟单元与阀控单元相连，用于产生模拟的晶闸管级回报信号、漏水检测信号和避雷器动作信号。

监控模块由通信接口单元、专家诊断系统和人机交互单元组成。其中，通信接口单元包括与阀控测控装置通信接口、与阀状态模拟装置通信接口以及与阀控单元通信接口；专家诊断系统用于阀控系统故障定位和再现分析的综合处理，一方面是基于测试结果的处理以及预设的故障模型进行故障检测与定位，另一方面是根据用户需求预设测试工况和条件进行故障模拟与再现；人机交互单元用于提供后台操作界面，实现测试系统的参数设置以及测试结果输出显示等功能。

具体地，阀控测控模块根据待测阀控单元的技术路线及接口类型采用光信号或电信号连接；阀状态检测模块与待测阀控单元采用光信号连接。

具体实现时，在本实施例中，阀控测试模块采用标准插件箱设计，在包含控制信号模拟单元、阀控状态信号测量单元和中央处理单元的基础上，还集成了阀状态信号模拟单元。控制装置原理框图如图2所示，由电源板、主控板、通信板、接口板以及背板组成。其中电源板负责为整个装置提供电源；主控板作为中央处理单元负责信息汇总、逻辑处理以及与上层监控模块的通信，该采用FPGA+ARM控制架构，包括双路光收发口、双路以太网口、RS485等对外通信串口，此外通过背板连接实现与通信板的LVDS差分信号传输，实现与接口板的IO信号传输；接口板对外接口设计为光信号和电信号两种接口类型，其中光接口采用ST接头，可满足不同技术路线阀控设备的测试需求。接口板根据功能实现分为模拟控制信号开出、阀控状态信号开入和阀状态模拟信号开出等三种板卡，接口板的配置数量可根据测试需求自由配置；装置背板为所有插件板卡提供电源、串行通信及信号传输通道。

本实施例中的阀状态模拟模块的阀电压模拟单元原理框图如图3所示，主要由包含晶闸管、触发监测板在内的一个完整晶闸管级以及晶闸管试验电源组成。晶闸管级试验电源由控制单元、进线电源、调压器、变压器、波形整定单元等组成。其中控制单元负责硬件总体控制，实现与上位机的通信，将采集的晶闸管单元电压、电流等信息阀控至监控模块。调压器接收控制单元发送的指令，实现输出电压的调节控制，波形整定单元负责采集输出电压波形，发送至控制单元进行波形对比及修正。晶闸管级试验电源根据监控模块下发的控制指令将试验电压及波形施加至被测晶闸管级，以模拟各种典型和异常运行工况，通过与阀控测控模块联合控制，实现换流阀控制全链路的系统测试、故障定位与再现分析等功能。

本实施例的监控模块结构及对外连接示意如图4所示，主要由通信接口单元、专家诊断系统、录波处理单元和人机交互单元组成。具体实现时，通信接口单元采用以太网交互机，实现与阀控测控模块、阀状态模拟模块以及被测阀控单元等的通信。此外，通信接口单元与被测阀控单元的总线通信具备IEC61850、CAN和FROFIBUS三种通信接口。

监控模块的专家诊断系统是通过阀控测控模块发送的测试数据、状态事件以及录波数据等状态量并依据预设的故障诊断模型实现故障定位检测和再现分析两项功能。首先是故障诊断模型的建立，是阀控故障状态特征、产生机理及运维历史数据，建立换流阀故障数据采集与分析模型，用于进行阀控故障定位与再现分析的依据，数据库中针对每个钟故障现象详细列出所有可能的故障原因，其中包括典型的阀控单元报警、阀控系统不可用、控制信号异常、阀控丢脉冲、误触发、通信故障等内容。其次是要实现故障再现分析功能，就需要监控模块发送相应测试控制指令，控制阀控测控模块模拟输出多种控制信号异常状态及持续时间，控制阀状态模拟模块输出阀电压和回报信号异常状态及持续时间，进而测试异常阀控单元的相应是否符合预期以及现场故障现象是否再现。故障模拟测试项目主要分为以下几大类：

1)模拟极控系统故障下的阀控单元响应；

2)模拟极控系统单路接口控制信号异常下阀控单元的故障响应；

3)模拟极控系统单路触发脉冲异常下阀控单元的故障响应；

4)模拟阀状态回检信号异常下阀控单元的故障响应；

5)模拟阀控单元通信故障下阀控单元的故障响应；

6)阀控单元内部故障逻辑测试(丢脉冲、误触发)。

监控模块的人机交互单元结构框图如图5所示，主要包括用户登录及测试选项、系统控制操作、阀控状态事件实时显示、录波数据融合及波形显示，测试结果输出及报告生成功能。上位机后台包含信号模拟单元控制界面、信号测控单元显示界面和试验电源控制界面，三个界面与故障诊断系统界面相互独立，便于试验人员操作和查看结果。

监控模块的录波处理单元用于对阀控测控模块的原始录波数据进行解析处理，生成标准录波格式文件。如被测阀控单元内置录波功能，也可通过该单元实现录波的读取及波形查看。

基于本实施例的晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，能够实现晶闸管换流阀控制全链路的故障定位测试方法，该方法应用于上述提供的晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，测试流程图如图6所示，将待测阀控板卡根据板卡类型安装至相应的装置从而接入该测试系统，然后完成以下步骤：

步骤1)：测试人员在开始测试前通过后台界面完成测试参数设置及项目选择，并将测试控制指令发送至阀控测控模块；

步骤2)：阀控测控模块根据控制指令输出模拟控制信号，同时控制阀状态模拟单元输出晶闸管级回报信号，以模拟阀控系统各种正常运行工况；

步骤3)：阀控测控模块对被测阀控单元和晶闸管单元返回的所有状态信号进行识别、处理和录波，并将检测数据发送至监控模块；

步骤4)：监控模块接收阀控测控模块发送的检测数据、阀控单元发送的录波数据以及状态事件，依据由专家分析系统进行故障定位分析；

步骤5)：输出测试报告，测试结果通过人机后台界面图形化显示。

基于本实施例的晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，还能够实现晶闸管换流阀控制全链路的故障再现分析测试方法，测试流程图如图7所示，将待测阀控板卡根据板卡类型安装至相应的装置从而接入该测试系统，然后完成以下步骤：

步骤1)：测试人员在测试过程中通过后台操作界面完成故障模拟信号的设置，并将测试控制指令发送至阀控测控模块、阀状态模拟模块；

步骤2)：阀控测控模块根据控制指令输出模拟控制信号，同时阀控状态模拟模块根据控制指令输出试验电压波形，以模拟阀控系统各种异常工况；

步骤3)阀控测控模块对被测阀控单元和晶闸管单元返回的所有状态信号进行识别、处理和录波，并将检测数据发送至监控模块；

步骤4)监控模块接收阀控测控模块发送的检测数据、阀控单元发送的录波数据以及状态事件，阀状态模拟模块的电压电流数据等，依据由专家分析系统进行综合分析；

步骤5)输出分析报告，并通过人机后台界面图形化显示。

基于本实施例的晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，具有通用性强、兼容性高、检测速度快、自动化程度高、测试功能全面等特点，而且解决了换流站现场阀控设备及备件板卡离线条件下测试手段不足、测试效率较低的问题，有助于提高换流阀设备的现场运维水平，保障直流输电系统的安全稳定运行。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，其特征在于，包括：阀控测控模块、阀状态模拟模块、监控模块和待测阀控单元；所述阀控测控模块用于执行测试系统的控制指令，向待测阀控单元发送模拟控制信号和检测待测阀控单元发送的状态信号；所述阀状态模拟模块用于模拟换流阀不同运行工况的状态，向待测阀控单元发送换流阀模拟晶闸管级的回报信号以及辅助设备的状态信号；所述监控模块用于对测试系统进行逻辑控制，以及对阀控测控模块与待测阀控单元的模拟过程的测试结果进行数据处理，以实现故障定位以及再现分析。

2.根据权利要求1所述的晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，其特征在于，所述阀控测控模块包括：控制信号模拟单元、阀控状态信号测量单元和中央处理单元；所述控制信号模拟单元以及阀控状态信号测量单元均与待测阀控单元相连，以通过控制信号模拟单元将产生的模拟控制信号传输至待测阀控单元，通过阀控状态信号测量单元检测待测阀控单元发送的状态信号；中央处理单元与控制信号模拟单元以及阀控状态信号测量单元均连接，以在接收到测试系统的控制指令时，控制控制信号模拟单元产生的模拟控制信号，并对阀控状态信号测量单元接收的状态信号进行数据处理。

3.根据权利要求2所述的晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，其特征在于，所述阀控测控模块根据待测阀控单元的技术路线及接口类型采用光信号或电信号连接；所述阀控状态信号测量单元与待测阀控单元采用光信号连接。

4.根据权利要求1所述的晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，其特征在于，所述阀状态模拟模块包括：阀电压模拟单元和阀状态信号模拟单元；所述阀电压模拟单元以及阀状态信号模拟单元均与待测阀控单元的相连，以通过阀电压模拟单元模拟换流阀不同运行工况下的状态，并将待测阀控单元的晶闸管单元的包括电压和电流的状态信息发送至监控模块，通过阀状态信号模拟单元产生晶闸管级的回报信号以及辅助设备的状态信号；所述辅助设备的状态信号包括漏水检测信号和避雷器动作信号中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，其特征在于，所述阀电压模拟单元包括：晶闸管、待测触发监测板以及晶闸管级试验电源组成，晶闸管以及晶闸管级试验电源均与待测触发监测板连接，且晶闸管级试验电源与监控模块通信连接，以通过晶闸管级试验电源接收监控模块下发的控制指令，并控制指令将试验电压及波形施加至待测触发监测板，以模拟模拟换流阀不同运行工况的状态。

6.根据权利要求1所述的晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，其特征在于，所述监控模块包括：通信接口单元、专家诊断系统和人机交互单元；所述通信接口单元包括与阀控测控模块通信接口、与阀状态模拟模块通信接口以及与待测阀控单元通信接口；所述专家诊断系统用于阀控系统故障定位和再现分析，所述阀控系统故障定位是基于测试结果的数据处理以及预设的故障模型进行故障检测与定位，所述再现分析是根据预设测试工况和条件进行故障模拟与再现；所述人机交互单元用于提供后台操作界面，以实现测试系统的参数设置以及测试结果输出显示的功能。

7.根据权利要求6所述的晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，其特征在于，所述与待测阀控单元通信接口为具备IEC61850、CAN和FROFIBUS三种通信接口方式的通信接口，与阀控测控模块通信接口以及与阀状态模拟模块通信接口为具备以太网通信接口方式的通信接口。

8.根据权利要求6所述的晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，其特征在于，所述后台操作界面包括用户登录及测试选项、系统控制操作、阀控状态事件实时显示、录波数据融合及波形显示。

9.根据权利要求6所述的晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，其特征在于，所述测试结果包括原始录波数据；所述监控模块还包括录波处理单元，所述录波处理单元与专家诊断系统以及通信接口单元连接，以通过录波处理单元实现对阀控测控模块的原始录波数据进行解析处理，生成标准录波格式文件。

10.根据权利要求1所述的晶闸管换流阀控制全链路的测试系统，其特征在于，所述待测阀控单元包括：阀测控装置、阀控通信接口装置以及阀漏水避雷器检测装置中的至少一种，以将待测阀控板卡通过安装至待测阀控单元相应的装置接入测试系统。

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