CN116345523A - 一种调制电压信号定时发送系统和方法 - Google Patents

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吴庆范
卢亚军
钟启迪
刘琳
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张翔宇
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Abstract

本发明涉及一种调制电压信号定时发送系统和方法，属于柔性直流和柔性低频输电技术领域。本发明的调制电压信号定时发送系统，由电气量采集模块获取控制算法所需的电气量信号，再主动发送给控制算法模块，同时将中断信号和启动信号分别送给控制算法模块和调制信号发送模块，最后由调制信号发送模块定时将控制算法模块计算出的调制电压信号发送给阀控装置。通过优化数据传递算法，保障不同类型电气量信号传输的同步性，提高数据传输效率，减少数据传输的链路延时，有效降低换流器控制系统的链路延时，抑制交流谐波振荡问题，保障交流电网系统和输电系统正常稳定运行，以提高输电系统的稳定性和可靠性。

Description

一种调制电压信号定时发送系统和方法
技术领域
本发明涉及一种调制电压信号定时发送系统和方法，属于柔性直流和柔性低频输电技术领域。
背景技术
伴随IGBT等全控电力电子器件制造工艺的日趋完善，柔性直流输电及柔性低频输电技术由理论开始走向工程应用，特别是柔性直流输电技术发展的尤为突出，随着深远海海上风电的快速发展，柔性低频输电技术也将迎来新的发展契机。
无论是柔性直流输电技术，还是柔性低频输电技术，核心的装备都是控制保护设备，而对换流器控制系统的链路延时要求越来越高。传统的换流器控制系统，模拟电气量信号和数字电气量信号分别由不同采集模块或插件来采集，两类信号送给控制算法模块时无法实现同步；而数字电气量信号由互感器光电转换模块经光合并单元送给数字电气量采集模块或插件，不仅增加了换流器控制系统的链路延时，而且增加了故障风险点。
传统的模拟电气量信号和数字电气量信号采集插件存储数据，待控制算法模块的处理器收到中断启动后，从电气量信号采集插件中获得数据存放至内存，再由处理器运算，计算出调制电压信号经调制信号发送模块发送给阀控。由此可见，传统的数据传输的机制同样增加了换流器控制系统的链路延时，同时，由于控制算法模块的处理器运算具有波动性，导致发送给阀控的调制电压信号存在较大波动，阀控无法实现跟踪同步。
综上，目前的换流器控制系统中的电气量采集方式、数据传输方式以及调制电压信号发送机制均会造成流器控制系统的链路延时，影响输电系统的稳定性和可靠性，因此，亟需开发一种可有效降低换流器控制系统的链路延时且可确保输电系统的稳定性和可靠性的调制电压信号定时发送系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可有效降低换流器控制系统的链路延时且可确保输电系统的稳定性和可靠性的调制电压信号定时发送系统。
本发明的另一个目的在于提供一种调制电压信号定时发送方法。
为了实现上述目的，本发明的调制电压信号定时发送系统所采用的技术方案为：
一种调制电压信号定时发送系统，包括电气量采集模块、控制算法模块和调制信号发送模块；所述控制算法模块包括处理单元和存储单元；
所述电气量采集模块用于在每个控制周期获取控制算法所需的电气量信号，然后将所述电气量信号主动传送至所述控制算法模块的存储单元中，同时将启动信号传送至调制信号发送模块；所述电气量信号包括MSI中断信号；
所述处理单元用于在每个控制周期当控制算法模块接受到MSI中断信号时从存储单元中提取所述电气量信号，然后计算生成换流器所需的调制电压信号并存储至所述存储单元；
所述调制信号发送模块在每个控制周期当接收到启动信号后达到预定时间时从所述存储单元中提取所述调制电压信号并传送给阀控装置；
所述预定时间等于所有控制周期内传送存储时间的最大值和预留时间之和，所述传送存储时间为电气量采集模块开始向控制算法模块发送电气量信号时的时间至调制电压信号在存储单元中完成存储时的时间。
本发明的调制电压信号定时发送系统，包括电气量采集模块，控制算法模块和调制信号发送模块组成，电气量采集模块用于获取控制算法所需的电气量信号，再主动发送给控制算法模块，同时将中断信号和启动信号分别送给控制算法模块和调制信号发送模块，最后由调制信号发送模块定时将控制算法模块计算出的调制电压信号发送给阀控装置。通过优化数据传递算法，保障不同类型电气量信号传输的同步性，提高数据传输效率，减少数据传输的链路延时，有效降低换流器控制系统的链路延时，抑制交流谐波振荡问题，保障交流电网系统和输电系统正常稳定运行，以提高输电系统的稳定性和可靠性。
优选地，所述电气量采集模块包括数字电气量信号采集单元、模拟电气量信号采集单元和电气量信号处理单元，所述数字电气量信号采集单元用以采集数字电气量信号，所述模拟电气量信号采集单元用以采集模拟电气量信号，所述电气量信号处理单元用以将所述模拟电气量信号进行A/D转换，并将转换所得数字信号与采集到的数字电气量信号按照固定排列顺序重组成控制算法所需的电气量信号。
优选地，电气量采集模块通过PCIe总线将控制算法所需的电气量信号发给控制算法模块。
优选地，电气量采集模块将启动信号通过硬件中断线传送至调制信号发送模块。
本发明的调制电压信号定时发送方法所采用的技术方案为：
一种调制电压信号定时发送方法，采用如上所述的调制电压信号定时发送系统，包括以下步骤：
(1)电气量采集模块在每个控制周期获取控制算法所需的电气量信号，然后将所述电气量信号主动传送至所述控制算法模块的存储单元中，同时将启动信号传送至调制信号发送模块；所述电气量信号包括MSI中断信号；
(2)处理单元在每个控制周期当控制算法模块接受到MSI中断信号时从存储单元中提取所述电气量信号，然后计算生成换流器所需的调制电压信号并存储至所述存储单元；
(3)调制信号发送模块在每个控制周期当接收到启动信号后达到预定时间时从所述存储单元中提取所述调制电压信号并传送给阀控装置；所述预定时间等于所有控制周期内传送存储时间的最大值和预留时间之和，所述传送存储时间为电气量采集模块开始向控制算法模块发送电气量信号时的时间至调制电压信号在存储单元中完成存储时的时间。
本发明的调制电压信号定时发送方法，采用如上所述的调制电压信号定时发送系统，通过优化数据传递算法，保障不同类型电气量信号传输的同步性，提高数据传输效率，减少数据传输的链路延时，有效降低换流器控制系统的链路延时，抑制交流谐波振荡问题，保障交流电网系统和输电系统正常稳定运行，以提高输电系统的稳定性和可靠性。
优选地，所述控制算法所需的电气量信号由包括以下步骤的方法得到：先采集数字电气量信号和模拟电气量信号，然后将所述模拟电气量信号进行A/D转换，并将转换所得数字信号与采集到的数字电气量信号按照固定排列顺序重组成控制算法所需的电气量信号。
优选地，调制电压信号定时发送方法中，电气量采集模块通过PCIe总线将控制算法所需的电气量信号发给控制算法模块。
优选地，调制电压信号定时发送方法中，电气量采集模块将启动信号通过硬件中断线传送至调制信号发送模块。
附图说明
图1为实施例1的调制电压信号定时发送系统的工作过程示意图；
图2为实施例1中的调制信号定时发送的时间的计算示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。
一、本发明的调制电压信号定时发送系统的具体实施例如下：
实施例1
本实施例的调制电压信号定时发送系统，包括电气量采集模块、控制算法模块和调制信号发送模块；控制算法模块包括处理单元和存储单元；
电气量采集模块用于在每个控制周期获取控制算法所需的电气量信号，然后将电气量信号主动传送至所述控制算法模块的存储单元中，同时将启动信号传送至调制信号发送模块；电气量信号包括MSI中断信号；电气量采集模块包括数字电气量信号采集单元、模拟电气量信号采集单元和电气量信号处理单元，数字电气量信号采集单元用以采集数字电气量信号，模拟电气量信号采集单元用以采集模拟电气量信号，电气量信号处理单元用以将模拟电气量信号进行A/D转换，并将转换所得数字信号与采集到的数字电气量信号按照固定排列顺序重组成控制算法所需的电气量信号；
处理单元用于在每个控制周期当控制算法模块接受到MSI中断信号时从存储单元中提取电气量信号，然后计算生成换流器所需的调制电压信号并存储至存储单元；
调制信号发送模块在每个控制周期当接收到启动信号后达到预定时间时从存储单元中提取调制电压信号并传送给阀控装置；
预定时间等于所有控制周期内传送存储时间的最大值和预留时间之和，传送存储时间为电气量采集模块开始向控制算法模块发送电气量信号时的时间至调制电压信号在存储单元中完成存储时的时间；
电气量采集模块由单独的插件构成，也可与控制算法模块集成；数字电气量信号由全光互感器的调制器通过保偏光纤，直接接入数字电气量信号采集单元，由电气量采集模块的FPGA接收；模拟电气量信号采集后经电气量采集模块的FPGA进行A/D转换，与采集的数字电气量信号重组成新的数字量信号，即控制算法所需的电气量信号；电气量采集模块的FPGA将重组后的数字量信号通过PCIe总线发给控制算法模块；电气量采集模块的FPGA将启动信号通过硬件中断线传送至调制信号发送模块；
调制信号发送模块由FPGA实现，和控制算法模块集成在一个插件上，调制信号发送模块通过PCIe总线从存储单元中取出换流器所需的调制电压信号，定时发送给阀控装置。
下面对本实施例的调制电压信号定时发送系统的工作原理和过程进行详细说明，以一个控制周期为例，工作过程如图1所示，包括以下步骤：
(1)电气量采集模块在T0时刻开始以100kHz的采样速率进行数字电气量信号采集和模拟电气量信号采集，并通过电气量采集模块中的FPGA将采集到的模拟电气量信号进行A/D转换，然后FPGA将转换所得的数字信号和采集到的数字电气量信号按照固定排列顺序重组成新的数字量信号；
(2)电气量采集模块通过硬件中断线，在T1时刻将第一次采集、转换、重组所得的新的数字量信号的启动信号传送给调制信号发送模块，调制信号发送模块在T2时刻接收到启动信号，触发中断，开始计时；
(3)电气量采集模块中的FPGA在T1时刻主动通过2.5Gbps的PCIe总线将重组所得新的数字量信号发送给控制算法模块中的内存，PCIe总线传输的信号包含有MSI中断信号，控制算法模块在T2时刻接收到MSI中断信号；T1至T2的PCIe传输时间相对稳定，与电气量采集模块传输的数字量信号数量有直接关系，往往小于3μs；由于在T1时刻将同样的信号发送给调制信号发送模块和控制算法模块，通过线路设置，可保证调制信号发送模块和控制算法模块在同一时刻(T2时刻)接收到信号；
(4)控制算法模块在T2时刻接收到MSI中断信号后，控制算法模块中的CPU从内存中取出控制算法所需的电气量信号，完成内外环控制器的控制运算，计算生成换流器所需的调制电压信号，并将调制电压信号存储在内存里，调制电压信号在内存中完成存储的时间为T3时刻；由于控制运算存在一定的任务波动性，导致调制电压信号在内存中完成存储的时间存在波动性，但波动范围(T2至T3)在10μs以内；
(5)调制信号发送模块在T4时刻，通过2.5Gbps的PCIe总线取出内存中的换流器调制电压信号，并通过千兆以太网传送给阀控装置；
其中，T2至T4的时长即为调制信号定时发送的时间，如图2所示，等于T2至T3的最大时长+预留时间；T2至T3的最大时长通过换流站控制系统进行测试统计确定；根据统计分析结果，可确定T2至T3的最大时长，该最大时长中所含的控制运算时长为控制运算所需的最大时长；
由于控制运算存在一定的任务波动性，为了确保调制信号发送模块在T4时刻从内存中提取换流器调制电压信号时控制运算已经完成，需要考虑一定预留的时间，预留时间为T3至T4的时长；
T2至T4的时长即为换流站控制系统的链路延时。
二、本发明的调制电压信号定时发送方法的具体实施例如下：
实施例2
本实施例的调制电压信号定时发送方法，采用实施例1的调制电压信号定时发送系统，包括以下步骤：
(1)电气量采集模块在每个控制周期采集数字电气量信号和模拟电气量信号，并通过电气量采集模块中的FPGA将采集到的模拟电气量信号进行A/D转换，然后FPGA将转换所得的数字信号和采集到的数字电气量信号按照固定排列顺序重组成控制算法所需的电气量信号；电气量采集模块通过硬件中断线将控制算法所需的电气量信号主动传送至控制算法模块的存储单元中，同时将启动信号传送至调制信号发送模块；电气量信号包括MSI中断信号；
(2)处理单元在每个控制周期当控制算法模块接受到MSI中断信号时从存储单元中提取电气量信号，然后计算生成换流器所需的调制电压信号并存储至所述存储单元；
(3)调制信号发送模块在每个控制周期当接收到启动信号后达到预定时间时从存储单元中提取调制电压信号并传送给阀控装置；预定时间等于所有控制周期内传送存储时间的最大值和预留时间之和，传送存储时间为电气量采集模块开始向控制算法模块发送电气量信号时的时间至调制电压信号在存储单元中完成存储时的时间。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种调制电压信号定时发送系统，其特征在于，包括电气量采集模块、控制算法模块和调制信号发送模块；所述控制算法模块包括处理单元和存储单元；
所述电气量采集模块用于在每个控制周期获取控制算法所需的电气量信号，然后将所述电气量信号主动传送至所述控制算法模块的存储单元中，同时将启动信号传送至调制信号发送模块；所述电气量信号包括MSI中断信号；
所述处理单元用于在每个控制周期当控制算法模块接受到MSI中断信号时从存储单元中提取所述电气量信号，然后计算生成换流器所需的调制电压信号并存储至所述存储单元；
所述调制信号发送模块在每个控制周期当接收到启动信号后达到预定时间时从所述存储单元中提取所述调制电压信号并传送给阀控装置；
所述预定时间等于所有控制周期内传送存储时间的最大值和预留时间之和，所述传送存储时间为电气量采集模块开始向控制算法模块发送电气量信号时的时间至调制电压信号在存储单元中完成存储时的时间。
2.如权利要求1所述的调制电压信号定时发送系统，其特征在于，所述电气量采集模块包括数字电气量信号采集单元、模拟电气量信号采集单元和电气量信号处理单元，所述数字电气量信号采集单元用以采集数字电气量信号，所述模拟电气量信号采集单元用以采集模拟电气量信号，所述电气量信号处理单元用以将所述模拟电气量信号进行A/D转换，并将转换所得数字信号与采集到的数字电气量信号按照固定排列顺序重组成控制算法所需的电气量信号。
3.如权利要求1所述的调制电压信号定时发送系统，其特征在于，电气量采集模块通过PCIe总线将控制算法所需的电气量信号发给控制算法模块。
4.如权利要求1所述的调制电压信号定时发送系统，其特征在于，电气量采集模块将启动信号通过硬件中断线传送至调制信号发送模块。
5.一种调制电压信号定时发送方法，采用如权利要求1-4中任一项所述的调制电压信号定时发送系统，包括以下步骤：
(1)电气量采集模块在每个控制周期获取控制算法所需的电气量信号，然后将所述电气量信号主动传送至所述控制算法模块的存储单元中，同时将启动信号传送至调制信号发送模块；所述电气量信号包括MSI中断信号；
(2)处理单元在每个控制周期当控制算法模块接受到MSI中断信号时从存储单元中提取所述电气量信号，然后计算生成换流器所需的调制电压信号并存储至所述存储单元；
(3)调制信号发送模块在每个控制周期当接收到启动信号后达到预定时间时从所述存储单元中提取所述调制电压信号并传送给阀控装置；所述预定时间等于所有控制周期内传送存储时间的最大值和预留时间之和，所述传送存储时间为电气量采集模块开始向控制算法模块发送电气量信号时的时间至调制电压信号在存储单元中完成存储时的时间。
6.如权利要求5所述的调制电压信号定时发送方法，所述控制算法所需的电气量信号由包括以下步骤的方法得到：先采集数字电气量信号和模拟电气量信号，然后将所述模拟电气量信号进行A/D转换，并将转换所得数字信号与采集到的数字电气量信号按照固定排列顺序重组成控制算法所需的电气量信号。
7.如权利要求5所述的调制电压信号定时发送方法，电气量采集模块通过PCIe总线将控制算法所需的电气量信号发给控制算法模块。
8.如权利要求5所述的调制电压信号定时发送方法，电气量采集模块将启动信号通过硬件中断线传送至调制信号发送模块。
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