CN212723744U - 一种用于连接阀基控制设备和数字仿真平台的接口设备 - Google Patents

Abstract

一种用于连接阀基控制设备和数字仿真平台的接口设备，包括：相互连接的接口机箱和调试工作站；所述接口机箱分别与所述阀基控制设备和所述数字仿真平台连接；所述调试工作站，用于向所述接口机箱下发修正所述数字仿真平台换流阀模型上送的状态数据的控制指令；所述接口机箱用于调和所述阀基控制设备和所述数字仿真平台之间的通信速率、通信帧格式、通信周期的差异；还用于根据所述调试工作站的控制指令修改所述数字仿真平台换流阀模型上送的换流阀状态信息和协议，进而模拟换流阀子模块的故障类型和/或异常，本技术方案通过接口机箱的调试工作站人机界面模拟子模块故障类型，实现全面验证阀基控制设备的接口功能。

Description

一种用于连接阀基控制设备和数字仿真平台的接口设备

技术领域

本实用新型涉及一种接口设备，具体讲涉及一种用于连接阀基控制设备和数字仿真平台的接口设备。

背景技术

柔性直流输电被誉为继交流输电、常规直流输电之后的第三代输电技术。与前两代输电技术相比，其最大的提升是能够在传输能量的同时，还能够灵活调节电力系统的电压，提高输电系统的安全稳定性，在可再生能源发电并网、大型城市/重要负荷供电、电网互联、孤岛/钻井平台供电等领域具有很好的应用前景。阀基控制设备(VBC)是柔性直流输电工程中的重要一环。

RT-LAB是Opal-RT Technologies公司推出的一套工业级的系统实时仿真平台软件包。RTDS全称实时数字仿真仪(Real Time Digital Simulator)，由加拿大曼尼托巴RTDS公司开发研制，是一种专门设计用于研究电力系统中暂态现象的装置。HYPERSIM是加拿大魁北克水电研究所的TEQSIM公司开发的电力系统实时仿真系统，主要用于电力系统电磁暂态仿真。三种仿真软件均是分布式实时平台，它能够在很短的时间内、以很低的花费，通过进行工程仿真或者是对实物在回路的实时系统建立动态模型，使得工程系统的设计过程变的更加简单。

现有技术中针对实时数字仿真平台的接口设备，功能较为单一，基本是实现协议匹配功能，主要用于VBC启停运、稳态运行、短路故障等系统性功能测试，不具备全面验证阀控接口功能。

实用新型内容

针对现有技术中的问题，本实用新型提供了一种用于连接阀基控制设备和数字仿真平台的接口设备，包括：相互连接的接口机箱和调试工作站；

所述接口机箱分别与所述阀基控制设备和所述数字仿真平台连接；

所述调试工作站，用于向所述接口机箱下发修正所述数字仿真平台换流阀模型上送的状态数据的控制指令；

所述接口机箱用于调和所述阀基控制设备和所述数字仿真平台之间的通信速率、通信帧格式、通信周期的差异；还用于根据所述调试工作站的控制指令修改所述数字仿真平台换流阀模型上送的换流阀状态信息和协议，进而模拟换流阀子模块的故障类型和/或异常。

优选的，所述接口机箱包括：核心板和与所述核心板连接的多个接口板；

所述多个接口板与所述阀基控制设备连接，用于模拟所述阀基控制设备与柔性直流输电工程换流阀子模块的通信协议、通信时序以及换流阀子模块发生故障后的故障信息上报时序，并上送到所述核心板；

所述核心板分别与所述调试工作站和数字仿真平台连接，用于将所述数字仿真平台换流阀模型上送的换流阀状态信息和所述调试工作站的控制指令下发给所述接口板，并将所述接口板上送的数据合并后，根据所述调试工作站的控制指令修改所述数字仿真平台换流阀模型的换流阀状态信息和协议转发给所述接口板。

优选的，所述接口板包括：

第一接收模块，用于接收所述阀基控制设备发送的下行通信数据帧，以及所述核心板传输的所述数据仿真平台换流阀模型送出的上行通信数据帧；

模拟传输模块，用于基于所述第一接收模块接收的所述阀基控制设备发送的下行通信数据帧，并传输至核心板，以及用基于所述第一接收模块接收所述核心板传输的所述数据仿真平台换流阀模型送出的数据，模拟所述阀基控制设备与柔性直流输电工程换流阀子模块的通信协议、通信时序以及换流阀子模块发生故障后的故障信息上报时序，并传输至所述阀基控制设备。

优选的，所述上行通信数据帧包括：子模块电容电压、详细的子模块内部故障/状态信息、IGBT的开通/关断状态、子模块中控板程序版本号；

所述下行通信数据帧包括换流阀保护使能、保护阈值调整使能、子模块控制命令。

优选的，所述核心板包括：相互连接的第二接收模块、调和模块和编码模块；

第二接收模块，用于接收所述数字仿真平台换流阀模型送出的换流阀状态信息和所述接口板传输的数据，以及所述调试工作站下发的控制指令；

所述编码模块，用于根据柔性直流工程中实际的通讯数据对所述数字仿真平台换流阀模型上送的换流阀状态信息进行重新编码，并发送给所述接口板；其中，所述通讯数据包括：通信速率、通信帧格式和通信周期；

所述调和模块，用于调和所述阀基控制设备和所述数字仿真平台之间的通信速率、通信帧格式、通信周期的差异并将调和后的状态信息发送至所述接口板，将调和后的下行通信数据帧发送至所述数字仿真平台；

所述调控模块，用于根据所述调试工作站下发的控制指令将经过所述编码模块重新编码的数字仿真平台换流阀模型上送的换流阀状态信息和协议进行修改。

优选的，所述状态信息包括：子模块电容电压、部分器件级的故障状态、桥臂电流。

优选的，所述调试工作站包括人机交互界面；

所述人机交互界面与所述核心板连接，所述调试工作站基于所述人机交互界面向所述核心板下发设定换流阀模型中发生故障的换流阀子模块位置及故障类型、换流阀子模块的程序版本号，以及桥臂电流数值及持续时间的控制指令；还用于向所述接口机箱下发设定某个或批量设定换流阀子模块的电容电压数值及数值持续时间的控制指令。

优选的，所述阀基控制设备与所述接口机箱接口板采用Mbps级别通信速率，100us或者50us级别的通信周期，所述核心板与所述数字仿真平台之间采用Gbps级别通信速率，2.5us、10us、20us或50us的通信周期。

优选的，所述接口机箱与阀基控设备和实时数字仿真平台分别通过光纤进行通信连接。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型提供了一种用于连接阀基控制设备和数字仿真平台的接口设备，相互连接的接口机箱和调试工作站；所述接口机箱分别与所述阀基控制设备和所述数字仿真平台连接；所述调试工作站，用于向所述接口机箱下发修正所述数字仿真平台换流阀模型上送的状态数据的控制指令；所述接口机箱用于调和所述阀基控制设备和所述数字仿真平台之间的通信速率、通信帧格式、通信周期的差异；还用于根据所述调试工作站的控制指令修改所述数字仿真平台换流阀模型上送的换流阀状态信息和协议，进而模拟换流阀子模块的故障类型和/或异常，本实用新型的技术方案不仅可以实现协议匹配功能，还可以全面验证阀控接口的功能。

附图说明

图1为本实用新型的接口设备功能拓扑图；

图2为本实用新型的接口设备具体应用示意图；

图3为本实用新型的接口设备与阀基控制设备在机柜内的布局示意图；

图4为本实用新型的利用连接阀基控制设备和数字仿真平台的接口设备进行测试的方法流程图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种用于连接阀基控制设备和数字仿真平台的接口设备，该设备包括接口机箱和调试工作站，接口机箱连接阀基控制设备和实时数字仿真平台。调试工作站可以定量模拟各种子模块级详细故障及故障时序、桥臂电流数值及保持时间，可以实现VBC的全面性、准确性的硬件闭环测试。

实施例1：

一种用于连接阀基控制设备和数字仿真平台的接口设备，如图1所示：所述接口设备用于连接阀基控制设备和数字仿真平台；包括：相互连接的接口机箱和调试工作站；

所述接口机箱分别与所述阀基控制设备和所述数字仿真平台连接；

所述调试工作站，用于向所述接口机箱下发修正所述数字仿真平台换流阀模型上送的状态数据的控制指令；

所述接口机箱用于调和所述阀基控制设备和所述数字仿真平台之间的通信速率、通信帧格式、通信周期的差异；还用于根据所述调试工作站的控制指令修改所述数字仿真平台换流阀模型上送的换流阀状态信息和协议，进而模拟换流阀子模块的故障类型和/或异常。

一种柔性直流输电阀基控制设备全规模接入实时数字仿真平台硬件闭环测试用接口设备，该接口设备作为VBC设备与实时数字仿真平台的中间桥梁，共同组成阀基控制设备的硬件闭环测试系统，如图1所示；

测试系统中，被测VBC主要包含阀基集中控制保护机箱(AB双冗余配置，实现整个换流阀的控制与保护)、6组桥臂分段控制机箱(每组桥臂分段控制机箱连接一个桥臂的换流阀子模块)、换流阀桥臂过流保护机箱(三重化冗余配置)；

接口设备包含，a、b两部分，如图2所示。其中a为接口机箱，实现全规模VBC与实时数字仿真平台换流阀模型的硬件互联，还可以根据调试工作站的控制指令修正实时数值仿真平台换流阀模型上送的换流阀状态信息；b是调试工作站，可以控制并检视接口机箱的运行，修正实时数值仿真平台换流阀模型上送的状态数据；

接口机箱所用硬件板卡可以与VBC机箱不同，也可以与VBC机箱相同，一个典型应用是两者硬件相同，可以减小硬件板卡所维护版本数量；

1)接口机箱主要包括1块核心板与若干块接口板；

2)接口机箱的核心板主要实现与实时数字仿真平台的高速通信，以及与调试工作站的TCP/IP通信，将实时数字仿真平台和调试工作站的信息下发给接口板，并将接口板上送的数据合并后，修改协议转发给实时数字仿真平台；

3)接口机箱的接口板主要模拟柔性直流输电工程换流阀子模块与阀控设备的通信协议、通信时序以及子模块发生故障后的故障信息上报时序；

4)接口机箱作为VBC与实时数字仿真平台中换流阀模型的中间桥梁，需要调和这两者在通信速率、通信帧格式、通信周期等方面的差异；

下行通信数据帧存在差异：VBC发送给接口机箱的下行通信数据帧(即子模块控制命令)包含换流阀保护使能、保护阈值调整使能、子模块控制命令等；但实时数字仿真平台模型中只需要通过接口机箱获取其中的子模块控制命令，包括子模块IGBT的开通/关断、晶闸管触发、旁路开关闭合等；

上行通信数据帧存在差异：实时数字仿真平台模型向接口机箱送出的状态信息包含子模块电容电压、部分器件级的故障状态、桥臂电流等；VBC需要按照工程子模块通信协议，获取子模块电容电压、详细的子模块内部故障/状态信息、IGBT的开通/关断状态、子模块中控板程序版本号等；

通信速率存在差异：VBC与接口机箱之间采用工程子模块通信速率，为Mbps级别；接口机箱与实时数字仿真平台间采用Aurora通信，速率为Gbps级别；

通信周期：VBC与接口机箱之间采用工程子模块通信周期，为100us或者50us级别；接口机箱与实时数字仿真平台间通信周期跟仿真步长有关，可以不固定，常用的有2.5us、10us、20us、50us等级别；

5)根据2)，接口机箱核心板获取实时数字仿真平台上送的桥臂电流信息后，根据实际柔直工程中桥臂电流采集单元的通信帧格式、通信速率、通信周期对数据进行重新编码，最终通过接口板将该桥臂电流发送给VBC；

b调试工作站设置了简洁、友好的人机交互界面，可以通过控制接口机箱最终修正实时数字仿真平台上送的换流阀数据，并能够监视接口机箱的运行；

b调试工作站设置了强大的控制性能：

1)实时数字仿真平台向接口机箱核心板上送的换流阀模型中子模块故障类型偏少，故障类型与柔直工程真实换流阀子模块的故障类型偏差较大，可以通过调试工作站的人机交互界面人为设定换流阀中发生故障的子模块位置及故障类型；

2)通过调试工作站的人机交互界面设定子模块故障后，接口机箱接口板按照柔直工程换流阀子模块故障报文产生顺序上报后续相关报文，并对实时数值仿真平台换流阀模型中的子模块执行闭锁、放电控制过程；

3)实时数字仿真平台向接口机箱上送子模块电容电压后，接口机箱可以直接上送VBC进行常规的VBC硬件闭环测试；调试工作站的人机交互界面也可以通过接口机箱人为设定某个或批量子模块的电容电压数值及数值持续时间，借以定量测试VBC的换流阀过压保护策略，以及脱离实时数值仿真平台的换流阀模型继续执行对VBC的测试；

4)调试工作站的人机交互界面可以设置实时数字仿真平台换流阀模型的子模块的程序版本号，借以测试阀基控制设备监控后台中VBC与子模块程序版本号校验功能否正确；

5)接口机箱可以将实时数字仿真平台上送的桥臂电流送给VBC用于进行常规的闭环测试，也可以通过调试工作站的人机交互界面设置桥臂电流数值及持续时间借以定量测试VBC的换流阀桥臂过流保护策略；

6)通过调试工作站的人机交互界面可以设置桥臂电流通信协议中的品质异常故障，借以模拟桥臂电流测量单元故障；

7)上述1)～6)操作均可以通过接口机箱的调试工作站的人机交互界面进行故障复位；

8)接口机箱接口板实时检测与VBC通信状态，接口机箱核心板实时检测与数值仿真平台的高速通信状态，接口机箱并能实时检测自身机箱内部通信，上述通信状态可以通过调试工作站的人机交互界面实时显示、告警。

VBC与接口机箱安放位置灵活，一个典型应用是将阀基控制设备的桥臂分段控制机箱与对应的接口机箱放置于同一机柜中相邻位置，对光纤长度、铺设方案等需求较低，有效降低了测试平台搭建的工作量及工作难度，同时极大的缩减了平台搭建成本，如图3所示；

可以适配RTDS/RT-LAB/HYPERSIM或其他实时数字仿真平台，更换仿真平台后，仅需更换接口机箱的软件即可。

本实用新型提出的用于连接阀基控制设备和数字仿真平台的接口设备，效果如下：

(1)设计了一种全新的接口机箱，并配置有调试工作站，可以实现工程子模块通信协议与实时数字仿真平台通信协议的转换，并可以很便捷的设置子模块故障类型、子模块电容电压、子模块程序版本号、桥臂电流；

(2)通过接口机箱的调试工作站在不同工况下模拟子模块故障类型，可以测试阀控针对不同工况、不同子模块故障的动作逻辑是否符合设计要求；

(3)通过接口机箱的调试工作站模拟子模块旁路、过流、高电压等异常，可以测试阀控旁路数超冗余、动态子模块额定电压调制、整体过压、整体过流等保护动作；

(4)通过接口机箱设置桥臂电流的数值及持续时间，可以定量化测试阀控保护的动作速度；

(5)可以配合进行其他专项测试项目，全面测试阀控详细控制逻辑的正确性；

(6)仅需要修改接口机箱部分软件程序，即可适配不同柔直工程中对通信接口的不同需求；

(7)当所设计接口机箱与VBC机箱硬件板卡相同时，可以降低调试过程中硬件版本维护的复杂性，也有效减少硬件设备的研发成本。

实施例2：

本实用新型还提供了一种应用实施例1中的接口设备的测试方法，如图4所示，包括：

步骤1：调试工作站向接口机箱下发修正数字仿真平台换流阀模型上送的状态数据的控制指令；

步骤2：所述接口机箱调和所述阀基控制设备和所述数字仿真平台之间的通信速率、通信帧格式、通信周期的差异，并根据所述调试工作站的控制指令修改所述数字仿真平台换流阀模型上送的换流阀状态信息和协议，进而根据所述调控指令模拟换流阀子模块的故障类型和/或异常。

所述调试工作站向接口机箱下发修正数字仿真平台换流阀模型上送的状态数据的控制指令，包括：

所述调试工作站通过人机交互界面向所述接口机箱的核心板下发设定换流阀模型中发生故障的换流阀子模块位置及故障类型、换流阀子模块的程序版本号，以及桥臂电流数值及持续时间的控制指令；还用于向所述接口机箱下发设定某个或批量设定换流阀子模块的电容电压数值及数值持续时间的控制指令。

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。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种用于连接阀基控制设备和数字仿真平台的接口设备，其特征在于，包括：相互连接的接口机箱和调试工作站；

所述接口机箱分别与所述阀基控制设备和所述数字仿真平台连接；

所述调试工作站，用于向所述接口机箱下发修正所述数字仿真平台换流阀模型上送的状态数据的控制指令；

所述接口机箱用于调和所述阀基控制设备和所述数字仿真平台之间的通信速率、通信帧格式、通信周期的差异；还用于根据所述调试工作站的控制指令修改所述数字仿真平台换流阀模型上送的换流阀状态信息和协议，进而模拟换流阀子模块的故障类型和/或异常。

2.如权利要求1所述的接口设备，其特征在于，所述接口机箱包括：核心板，和与所述核心板连接的多个接口板；

所述多个接口板与所述阀基控制设备连接，用于模拟所述阀基控制设备与柔性直流输电工程换流阀子模块的通信协议、通信时序以及换流阀子模块发生故障后的故障信息上报时序，并上送到所述核心板；

所述核心板分别与所述调试工作站和数字仿真平台连接，用于将所述数字仿真平台换流阀模型上送的换流阀状态信息和所述调试工作站的控制指令下发给所述接口板，并将所述接口板上送的数据合并后，根据所述调试工作站的控制指令修改所述数字仿真平台换流阀模型的换流阀状态信息和协议转发给所述接口板。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述接口板包括：

第一接收模块，用于接收所述阀基控制设备发送的下行通信数据帧，以及所述核心板传输的所述数据仿真平台换流阀模型送出的数据；

模拟传输模块，用于基于所述第一接收模块接收的所述阀基控制设备发送的下行通信数据帧传输至所述核心板，以及接收所述核心板传输的所述数据仿真平台换流阀模型送出的上行通信数据帧，模拟所述阀基控制设备与柔性直流输电工程换流阀子模块的通信协议、通信时序以及换流阀子模块发生故障后的故障信息上报时序，并传输至所述阀基控制设备。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述上行通信数据帧包括：子模块电容电压、详细的子模块内部故障/状态信息、IGBT的开通/关断状态、子模块中控板程序版本号；

所述下行通信数据帧包括换流阀保护使能、保护阈值调整使能、子模块控制命令。

5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述核心板包括：相互连接的第二接收模块、调和模块、编码模块和调控模块；

第二接收模块，用于接收所述数字仿真平台换流阀模型送出的换流阀状态信息和所述接口板传输的数据，以及所述调试工作站下发的控制指令；

所述编码模块，用于根据柔性直流工程中实际的通讯数据对所述数字仿真平台换流阀模型上送的换流阀状态信息进行重新编码，并发送给所述接口板；其中，所述通讯数据包括：通信速率、通信帧格式和通信周期；

所述调和模块，用于调和所述阀基控制设备和所述数字仿真平台之间的通信速率、通信帧格式、通信周期的差异并将调和后的状态信息发送至所述接口板，将调和后的下行通信数据帧发送至所述数字仿真平台；

所述调控模块，用于根据所述调试工作站下发的控制指令将经过所述编码模块重新编码的数字仿真平台换流阀模型上送的换流阀状态信息和协议进行修改。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述状态信息包括：子模块电容电压、部分器件级的故障状态、桥臂电流。

7.如权利要求2所述的接口设备，其特征在于，所述调试工作站包括人机交互界面；

所述人机交互界面与所述核心板连接，所述调试工作站基于所述人机交互界面向所述核心板下发设定换流阀模型中发生故障的换流阀子模块位置及故障类型、换流阀子模块的程序版本号，以及桥臂电流数值及持续时间的控制指令；还用于向所述接口机箱下发设定某个或批量设定换流阀子模块的电容电压数值及数值持续时间的控制指令。

8.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述阀基控制设备与所述接口机箱接口板采用Mbps级别通信速率，100us或者50us级别的通信周期，所述核心板与所述数字仿真平台之间采用Gbps级别通信速率，2.5us、10us、20us或50us的通信周期。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述接口机箱与阀基控设备和实时数字仿真平台分别通过光纤进行通信连接。

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