WO2011075875A1 - 一种换流阀运行试验装置的控制保护系统 - Google Patents

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WO2011075875A1
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protection
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test
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PCT/CN2009/001550
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Inventor
汤广福
张新刚
查鲲鹏
吕铮
贺之渊
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China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Original Assignee
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/3271—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of high voltage or medium voltage devices
    • G01R31/3272—Apparatus, systems or circuits therefor

Definitions

  • the invention relates to the field of power system automation equipment, and in particular to a control protection system suitable for a synthetic form converter valve operation test device. Background technique
  • the HVDC converter valve operation test device is used to test the performance of the valve under the most severe operating conditions and fault conditions, and is the necessary equipment for completing the type test of the converter valve.
  • the converter valve is composed of a plurality of thyristors connected in series or in parallel. At present, the rapid increase of voltage and current withstand capability of a single thyristor increases the electrical withstand capability of the converter valve. This puts higher demands on the running test device.
  • the synthetic method is usually used in the world to complete the running test. The basic idea is: to pass the high voltage, DC current, inrush current and voltage shock required by the test through the high voltage small current loop, the DC low voltage high current loop, The surge circuit, the impingement circuit are provided and alternately applied to the test valve.
  • the main circuit of the synthetic type converter valve operation test device includes: sample valve, auxiliary valve, isolation knife gate, circuit breaker, water cooling system, reactor, capacitor, sensor and other components.
  • a complete and well-functioning control and protection system is required.
  • Chinese patent CN100392419C discloses a synthetic full-case test device control protection system and fault protection method.
  • the control protection system includes an upper control protection system, a synthetic full-time test device measurement system, a charging loop control protection subsystem, and a first water-cooling device.
  • Control protection subsystem synthetic full-service test circuit control protection subsystem, second water-cooling device control and protection subsystem, low-voltage high-current source control and protection subsystem, as well as console and oscilloscope; including five independent controls
  • the protection subsystem which designed eight levels of protection against different faults, and designed nine levels of priority based on the severity of the fault.
  • the invention is essentially different from this application. The details are as follows.
  • Patent CN100392419C discloses a control protection system for controlling "low voltage charging circuit", “combined full working condition test circuit” and “low voltage large current source”, and the fact is completed the operation test of flexible AC transmission type thyristor valve.
  • the control protection system of the invention is used for controlling a high voltage power supply system, a DC high current power supply system, a high voltage circuit, a DC high current circuit, an inrush current circuit, an impact circuit, and can complete all HVDCs defined by IEC60700 (GB/T20990). Complete running test of the converter valve.
  • the control protection system disclosed in the patent CN100392419C can only trigger the auxiliary valve and the test valve of the test circuit at a fixed timing. Once the valves are unlocked, the number of triggers and phase in each test cycle are fixed. However, in the present invention, the trigger timing of each valve is variable at any time. After unlocking, the number of triggers and phases of each valve in the weekly wave can be changed according to requirements, and the trigger timing change of each valve can be completed simultaneously. Avoiding the need to save time due to triggering An abnormal situation caused by the difference.
  • Patent CN100392419C designed eight levels of protection measures for different faults, and designed nine levels of priority according to the severity of the fault, which will inevitably result in complex and diverse protection logic and reduced reliability. Based on the in-depth analysis of various abnormal conditions, the present invention classifies all abnormal conditions into three levels: ordinary abnormality, harmful abnormality, and emergency abnormality; according to these three levels, respectively, decoupling exit, blocking exit, and continuous trigger exit are adopted. Protection measures; this makes the protection function simple and easy, and increases reliability.
  • the field controller is different.
  • the third layer control protection subsystem for patent control CN100392419C includes: charging circuit control protection subsystem, first water cooling device control protection subsystem, synthetic full working condition test circuit control protection subsystem, second water cooling device control protection Subsystem, low voltage and high current source control and protection subsystem. Since the control objects in the field are different, the controller for completing the field control of the present invention includes: a DC high current power supply system controller, a high voltage power supply system controller, an inrush current circuit controller, an impulse circuit controller, and a test valve water system control. And test device water system controller. Except for the similar control and protection contents of the two water cooling systems, the others are completely different.
  • the hierarchy is different.
  • the control and protection system of the patent CN100392419C adopts a hierarchical structure and is clearly divided into three levels. There is no clear direct connection between the various control and protection subsystems at the third level and the "operating station" and "recording instrument".
  • the invention adopts the hardware architecture of functional unit interconnection, no hierarchical concept, and various field controllers are directly connected with the operation console through the "remote CAN bus", so that the operator can more quickly exchange information with the field controller.
  • Patent CN100392419C does not disclose a specific implementation method of the upper layer control protection system and the synthetic full condition test device measurement system.
  • the invention provides a specific function division and working sequence of the control protection system, and has originality. Summary of the invention
  • the synthetic version of the converter valve operation test device can complete the various operation tests of the converter valve, and minimize the damage under abnormal conditions, and a complete and well-functioning control and protection system is needed.
  • the invention provides a control and protection system for a converter valve operation test device, which comprises a human-machine interface unit, a synchronization unit, a signal acquisition unit, a data summary unit, an adjustment unit, a protection unit, a waveform recording unit, a waveform monitoring unit, and a switch quantity.
  • the above units perform data processing and logic judgment according to a certain timing relationship, and the above units pass each other through electrical signals, fiber signals, and "scheduling" and “interaction””,”recordingwave” and “remote” four independent CAN buses to complete the information interaction, so that the control protection system can control the sample valve and the auxiliary valve of the converter valve according to the specified trigger timing, thereby The voltage, current and heat intensity required for each operation test are generated, and the operation test of the converter valve is completed. ; Also possible to form the main circuit switching real-time monitoring of the system operation test equipment State and important analog parameters, in the event of an abnormality, take timely protective measures;
  • timings of the data processing and the logical judgment of each unit according to a certain timing relationship are as follows:
  • the synchronization unit generates the "trigger synchronization" signal and the "sampling synchronization” signal required for the test according to the 50 Hz AC power supply of the high voltage power supply system or the high current power supply system of the test device, and the "trigger synchronization" signal is used to synchronize the entire test device.
  • a test cycle is a cycle of the "trigger synchronization” signal, and the "sampling synchronization” signal is used to synchronize the signal acquisition unit with the data summary unit;
  • the signal acquisition unit receives the analog signal output by each sensor in the main circuit, triggers the internal analog/digital converter according to the "sampling synchronization" signal sent by the synchronization unit, and converts each analog signal into a "digital signal”. Sent to the data summary unit;
  • the data summary unit keeps synchronization with the signal acquisition unit through the "sampling synchronization” signal, and performs the post-processing of "digital signal” sent by the signal acquisition unit for temperature-floating, digital filtering, calibration, etc. Finally, the summary will be " The sampling result is sent to the adjustment unit, the protection unit, and the waveform recording unit;
  • the adjustment unit sends the "sampling result" sent by the data summary unit, the switch quantity information sent by the digital input unit DI and the VBE unit via the "interactive CAN bus", and the human-machine interface unit to be sent via the "scheduling CAN bus".
  • Control commands to control the current test process change the trigger timing of each valve, and send the determined “trigger timing” signal to the DI unit.
  • adjust The unit will send a recording command to the waveform recording unit via the "interactive CAN bus”;
  • the protection unit transmits the "sampling result" sent by the data summary unit, the switch quantity information sent by the digital input unit DI and the VBE unit via the "interactive CAN bus", and the human interface unit via the "scheduling CAN bus".
  • the protection parameter is used to determine whether the test device is abnormal. If it exists, the corresponding protection measures are taken, and the switch action command is sent to the DO unit through the "interactive CAN bus". In the event of an abnormal situation, in order to effectively monitor the main circuit To protect the execution, the protection unit will send a recording command to the waveform recording unit via the "interactive CAN bus";
  • the waveform recording unit sorts the "sampling result" sent by the summary unit and the switch state sent by the DI unit via the "interactive CAN bus”, starts the waveform recording process according to the command of the adjusting unit and the protection unit, and starts the waveform recording process.
  • the data is sent to the waveform monitoring unit via the "recording CAN bus";
  • the DI unit collects various switch states of the main circuit, and sends them to the adjustment unit, protection unit and waveform recording unit via the "interactive CAN bus", and sends them to the human interface unit via the "scheduling CAN bus".
  • the adjustment unit is The output "trigger timing" signal fan is sent to the VBE unit corresponding to each valve and the DC high current power supply system controller;
  • the switching quantity output unit DO unit performs a switching action command sent by the protection unit via the "interactive CAN bus";
  • Each VBE unit in the test circuit corresponds to a VBE unit.
  • the VBE unit of each valve determines the number of triggers of the valve and the phase of each trigger in each test cycle according to the "trigger timing" of the output of the regulating unit.
  • the valve sends a trigger pulse, and at the same time, monitors the working state of each valve. Once an abnormality is found, the relevant situation will be reported to the adjustment unit and the protection unit through the "interactive CAN bus";
  • the human-machine interface unit is composed of a high-performance industrial computer, and performs two-way communication with other units through a "scheduling CAN bus" and a "remote CAN bus", and the functions thereof include: receiving various tests set by an operator Parameters and operation commands, and forwarded to other relevant units; patrol the functional units of the "scheduling CAN bus” and the field controller of the "remote CAN bus”; obtain various monitoring information of the main circuit of the test device through each unit, It is displayed on the monitor of this unit for the operator to inquire.
  • the synchronizing unit is configured to form a “sampling synchronization” and a “trigger synchronization” signal according to an “alternating synchronous voltage” of the main circuit of the testing device, wherein the “alternating synchronous voltage” is a test device by a high voltage power supply system or a large
  • the AC voltage obtained by the grid access point of the current supply system is in the form of a 50Hz sinusoidal alternating current.
  • the synchronizing unit modulates and shapes the "AC synchronous voltage” to generate a "trigger synchronization” signal for the valves of the main circuit of the test device.
  • the triggering moment provides a time reference, and then, the "trigger synchronization" signal is phase-locked and multiplied to form a "sampling synchronization” pulse signal for starting the sampling of the signal acquisition unit and data collation of the data summary unit.
  • the signal acquisition unit is configured to convert an analog signal corresponding to various physical quantities in the main circuit of the test device into a digital signal.
  • a voltage sensor and a current are installed on an important branch of the main circuit of the test device.
  • the sensor, the cooling system is equipped with temperature, pressure and flow sensors.
  • the signal acquisition unit receives the analog signals output by the above various sensors, and initiates an analog-to-digital conversion when each "sampling synchronous" pulse signal arrives, converting these analog signals into numbers. Signal, and finally, the converted digital signal is sent to the data summary unit.
  • the data summary unit performs a post-processing on the digital signal reported by the signal acquisition unit, and forwards the processing result to the adjustment unit, the protection unit, and the waveform recording unit.
  • the post-processing includes: eliminating temperature drift of the sampled data. , correction ratio, digital filtering and conversion encoding format.
  • the adjusting unit receives the parameter items such as the test item, the working mode and the adjustment setting set by the man-machine interface unit through the “scheduling” CAN bus, and the sampling result sent by the data summary unit, thereby determining the trigger timing of each width. , cooperate with each valve-based electronic unit VBE to complete the synchronous switching of the trigger timing, and determine whether to allow each valve-based electronic unit VBE to detect the corresponding valve. In the abnormal case, the unit also sends the receiving protection unit through the "interactive" CAN bus. Insurance The protection command assists the protection unit in completing the protection of the test device.
  • the protection unit receives the sampling result sent by the data summary unit, the valve monitoring information sent by each VBE unit, and the switch quantity information sent by the digital input unit DI. Once the abnormality information is detected, the protection unit will Take appropriate measures to protect the safety of the test device;
  • the strategy implemented by the protection unit divides all abnormal conditions into three levels: normal abnormality, harmful abnormality and emergency abnormality. According to these three levels, decoupling exit, blocking exit and continuous triggering are adopted respectively. Exit protection measures.
  • the waveform recording unit receives the switching quantity sent by the digital quantity input unit DI and the sampling result sent by the data summary unit in a transient state, and reports the result to the waveform monitoring unit. In the steady state, the waveform recording unit The waveform monitoring unit reports the acquisition result of each analog quantity in real time, so that the waveform monitoring unit updates the displayed test waveform at any time;
  • the switch input unit DI is used for collecting the state of various switches of the isolating knife gate, the circuit breaker and the main circuit of the test device, and reporting the result to the human interface unit, the adjusting unit, the protection unit and the waveform recording unit, and
  • the digital input unit DI serves as the main transmission channel for controlling the internal signal of the protection system, and also converts the "trigger timing" signal outputted by the adjustment unit from one way to multiple channels, and distributes it to each VBE unit;
  • the switch quantity output unit DO receives the command issued by the protection unit through the "interactive" CAN bus, and outputs a "divide/close” signal to the isolating knife gate, the circuit breaker and other switching devices in the main circuit of the test device according to the command, and drives these The device completes the specified operation;
  • the waveform monitoring unit is composed of a high-performance industrial computer.
  • the analog quantity and the switch quantity information reported by the waveform recording unit are received and stored in the hard disk in the form of data packets, so that they can be called and displayed at any time.
  • the steady-state waveform data reported by the waveform recording unit is continuously received, and the display is continuously refreshed.
  • each auxiliary valve and the test valve in the main circuit of the test device corresponds to a valve base electronic unit VBE.
  • the wide VBEs are triggered according to the "trigger timing" signal issued by the adjustment unit and the synchronization unit. Synchronize the "signal to trigger the corresponding valve; if the adjustment unit allows the monitoring of the valve, collect various monitoring information of the corresponding valve, and when an abnormality is detected, measures will be taken to quickly protect the monitored valve. Under abnormal conditions, Each VBE unit should also complete the latching or continuous triggering of the valve in response to a command from the protection unit.
  • the system uses independent field controllers, which control the high voltage power supply system, DC high current power supply system, inrush current circuit, shock circuit, test device water cooling system and test valve in the test device according to the operator's command. Water cooling systems and monitoring of these devices.
  • the regulating unit of the control protection system issues a "trigger timing" command to the VBE unit of each valve through the fan-out signal of the DI unit, so that each VBE unit can trigger the corresponding valve according to a prescribed timing, and these timings are: Test During the test cycle, that is, the number of triggers of the valve and the phase of each trigger during the "trigger synchronization" signal cycle;
  • each VBE unit uses a uniform "trigger timing" command, the trigger timing of each valve can be converted at the same time, thereby avoiding anomalies caused by differences in trigger timing.
  • the respective units complete the interaction of large data amount information through four independent CAN buses of “scheduling”, “interaction”, “recording wave” and “remote”.
  • the structure and functions of the four buses are as follows:
  • the CAN bus is dispatched in the form of "single master and multiple slave".
  • the master node is the human interface unit.
  • the slave node is the adjustment unit, data summary unit, protection unit, waveform recording unit, digital input unit DI, digital output unit DO and each VBE. Unit;
  • the CAN bus is used to transmit various human-computer interaction information; the tester inputs test parameters through the human-machine interface unit, and the parameters are sent to the relevant functional units via the bus, and at the same time, the analog quantity and the switch quantity collected by the protection system are controlled. , valve information and various internal events are returned to the human-machine interface unit via the bus for the tester to view;
  • the interactive CAN bus is in the form of "multi-master and multi-slave", and is used for exchanging information between each functional unit; the valve information collected by the VBE unit and the switch quantity information collected by the digital input unit DI are sent to the adjustment unit through the bus, The protection unit and the waveform recording unit, at the same time, the operation command issued by the adjustment unit and the protection unit is also sent to the VBE unit and the switch output unit DO through the interactive CAN bus;
  • the oscillating CAN bus is in the form of "one master and one slave", the master node is the waveform monitoring unit, the slave node is the waveform recording unit, the oscillating CAN bus is used to transmit the switching amount and the analog waveform information, and the waveform recording unit receives the switching input.
  • the switching quantity collected by the unit DI and the analog quantity acquisition result of the signal acquisition unit are reported to the waveform monitoring unit, which are recorded by the waveform monitoring unit or displayed in real time;
  • the remote CAN bus is in the form of "single master and multiple slave".
  • the master node is the human interface unit
  • the slave node is the DC high current power supply system controller, the high voltage power supply system controller, the inrush current circuit controller, the impulse circuit controller, and the test sample.
  • Valve water system controller and test device water system controller is used to transmit various control commands issued by the operator, and the monitoring information of the corresponding equipment reported by each field controller.
  • the trigger timing of each valve is variable at any time. ⁇ , the number of triggers and phase of each valve in the weekly wave can be changed according to requirements; The trigger timing change of the valve can be completed at the same time, which avoids the abnormal situation caused by the difference in the trigger timing.
  • control and protection system and the functional division of each unit are the first to be used in the commutation test equipment.
  • control and protection system has been successfully applied to a converter valve operation test device, and its implementability and reliability have been fully verified.
  • control and protection system is fully functional and integrates control, protection and monitoring functions.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a synthetic form commutation wide operation test apparatus of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the control and protection system of the present invention.
  • Figure 3 is a schematic diagram showing the test waveforms of the maximum steady-state running load test of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the experimental waveforms of the maximum transient operating load test of the present invention. detailed description
  • FIG. 1 A schematic block diagram of a synthetic form commutation wide operation test apparatus is shown in FIG.
  • the main equipment of the test device includes high voltage circuit, DC high current circuit, inrush current circuit, impact circuit and test device water cooling system, and sample valve water cooling system.
  • the high-voltage circuit includes a high-voltage power supply system and a high-voltage generating circuit for supplying high voltage to the test valve up to 80kV.
  • the DC high-current circuit includes a high-current power supply system and a DC high-current generating circuit for the test sample. Widely provide the steady-state high current required by the test, up to 6.
  • the inrush current circuit is used to provide the test valve with the transient high current required by the test, the peak value can reach 55kA ; the impact circuit is used to provide the test sample
  • the voltage shock required for the test can reach a peak value of 300kV.
  • Two sets of cooling systems are used to cool the test device and test specimens.
  • the control protection system generates the voltage, current and thermal intensity required by IEC60700 (GB20990) in the test valve by controlling the auxiliary valve, the test valve and other equipment in the main circuit according to the test items and test parameters set by the operator; At the same time, the analog and switching quantities in the loop are also monitored. Once an abnormality is found, the necessary protective measures will be taken.
  • the whole control and protection system includes: human-machine interface unit, synchronization unit, signal acquisition unit, data summary unit, adjustment unit, protection unit, waveform recording unit, waveform monitoring unit, digital input (DI) unit, and digital output (DO) Unit, valve-based electronic (VBE) unit corresponding to each valve, DC high-current power supply system controller, high-voltage power supply system controller, inrush current circuit controller, impulse circuit controller, sample wide water system controller and test device water Multiple functional units such as system controllers.
  • the synchronization unit generates a "trigger synchronization” and a “sampling synchronization” signal based on the 50 Hz power frequency AC voltage signal of the grid; the "sampling synchronization” signal is sent to the data summary unit and the signal acquisition unit, thereby enabling the two units to work synchronously; "trigger synchronization”
  • the signal is sent to the conditioning unit and the various VBE units such that the units synchronously change the firing timing of each of the auxiliary and test valves in the main circuit.
  • the signal acquisition unit inputs the analog signal of each sensor in the main circuit, converts it into a "digital signal” and sends it to the data summary unit.
  • the "sampling result” is obtained.
  • the DI unit collects the various switch states of the master device and sends them to the adjustment unit, protection unit and waveform recording unit via the "interactive CAN bus", and sends them to the human interface unit via the "scheduling CAN bus”.
  • the adjustment unit determines the trigger timing of the valve based on the "sampling result", the switch status and the operator's commands, and sends the DI unit, which is fanned out by the DI unit and sent to the VBE of each valve.
  • the VBE will complete the various triggers according to the "trigger timing” and monitor the valve at the same time.
  • the nodes on the "scheduling CAN bus" include: a human interface unit, the slave node is a regulation unit, a data summary unit, a protection unit, a waveform recording unit, a digital input unit DI, a digital output unit DO, and each VBE unit.
  • the nodes on the "Interactive CAN Bus” include: an adjustment unit, a protection unit, a waveform recording unit, a digital input unit DI, a digital output unit DO, and individual VBE units.
  • the nodes on the CAN bus include: a waveform recording unit and a waveform monitoring unit.
  • the nodes on the remote CAN bus include: human interface unit, DC high current power supply system controller, high voltage power supply system controller, inrush current circuit controller, impulse circuit controller, test valve water system controller and test device water system Controller.
  • the "Maximum Steady Operational Load Test” is used to test whether the test valve can withstand the most severe rated operating conditions.
  • the test parameters mainly include: forward trigger voltage, reverse recovery voltage, and the equivalent test current and voltage step squared sum converted to the 120° conduction interval.
  • the parameters of this test are:
  • the test waveform is shown in Figure 3.
  • the upper half shows the sample valve voltage waveform
  • the ordinate axis represents the voltage value in kilovolts (kA)
  • the abscissa axis represents time in milliseconds (ms)
  • the lower half shows the sample valve current.
  • Waveform, the ordinate axis represents the current value in amps (A)
  • the abscissa axis represents time in milliseconds (ms;).
  • the Maximum Transient Operating Load Test is used to test whether the test valve can withstand the most severe transient operating conditions.
  • the test parameters are the same as the "maximum steady-state operating load test". The parameters of this test are:
  • test waveform is shown in Figure 4.
  • the upper half shows the sample wide voltage waveform
  • the ordinate axis represents the voltage value in kilovolts (kA)
  • the abscissa axis represents time in milliseconds (ms)
  • the lower half shows the sample valve current.
  • Waveform the ordinate axis represents the current value in amps (A)
  • the abscissa axis represents time in milliseconds (ms).

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Description

一种换流阀运行试验装置的控制保护系统 技术领域
本发明涉及电力系统自动化设备领域， 具体涉及一种适用于合成形式换流阀运行试验装 置的控制保护系统。 背景技术
高压直流输电 HVDC换流阀运行试验装置用于测试阀在最恶劣运行条件和故障条件下的性 能， 是完成换流阀型式试验的必需设备。 换流阀由多个晶闸管串联或并联组成。 目前， 单个 晶闸管电压、 电流耐受能力的迅速增长， 使得换流阀的电气耐受能力也随之提高。 这就给运 行试验装置提出了更高的要求。 为了降低装置的容量， 国际上通常采用合成方法来完成运行 试验， 基本思想是： 将试验所需的高电压、 直流大电流、 涌流、 电压冲击分别通过高压小电 流回路、 直流低压大电流回路、 涌流回路、 冲击回路来提供， 并交替施加于试品阀上。
合成形式换流阀运行试验装置的主电路包括： 试品阀、 辅助阀、 隔离刀闸、 断路器、 水 冷系统、 电抗器、 电容器、 传感器等元件。 为了使装置能够完成换流阀的各项运行试验， 并 在异常情况下将危害降至最低， 就需要一套功能完备、 性能良好的控制保护系统。 中国专利 CN100392419C公开了一种合成全工况试验装置控制保护系统与故障保护方法， 控制保护系统 包括上层控制保护系统、 合成全工况试验装置测量系统、 充电回路控制保护子系统、 第一水 冷装置控制保护子系统、 合成全工况试验电路控制保护子系统、 第二水冷装置控制保护子系 统、 低压大电流源控制保护子系统， 以及操作台和录波仪； 包括了五个相互独立的控制保护 子系统， 其针对不同故障， 设计了八级保护措施， 并根据故障的严重程度设计了九级优先级。 但是本发明与该申请存在本质区别。 具体内容如下。
( 1 ) 用途不同。 专利 CN100392419C公开控制保护系统用于控制 "低压充电回路"、 "合 成全工况试验电路"及"低压大电流源"，事实完成的是灵活交流输电类晶闸管阀的运行试验。 本发明所述控制保护系统用于控制高电压供电系统、 直流大电流供电系统、 高电压电路、 直 流大电流电路、 涌流电路、 冲击电路， 能够完成 IEC60700 (GB/T20990)所定义的全部 HVDC用 换流阀的全套运行试验。
( 2 ) 控制功能不同。 专利 CN100392419C所公开的控制保护系统只能以固定的时序触发 试验回路的辅助阀及试品阀， 各阀一旦解锁， 每个试验周期内的触发次数和相位均固定不变。 但在本发明中， 每个阀的触发时序随时可变， 在解锁后， 各个阀在每周波内的触发次数和相 位能够根据要求而变化， 且每个阀的触发时序变化能够同时完成， 这就避免了因触发时序存 在差异而引起的异常情况。
( 3 ) 保护功能不同。 专利 CN100392419C针对不同故障， 设计了八级保护措施， 并根据 故障的严重程度设计了九级优先级， 这就势必造成保护逻辑复杂多样， 降低了可靠性。 本发 明在深入分析各种异常情况的基础上， 将所有异常情况归纳为三个等级： 普通异常、 有害异 常、 紧急异常； 根据这三个等级， 分别采取解耦退出、 闭锁退出及连续触发退出的保护措施； 这就使保护功能变的简便易行， 增加了可靠性。
(4 ) 现场控制器不同。 专利 CN100392419C用于完成现场控制的第三层控制保护子系统 包括： 充电回路控制保护子系统、 第一水冷装置控制保护子系统、 合成全工况试验电路控制 保护子系统、 第二水冷装置控制保护子系统、 低压大电流源控制保护子系统。 由于现场的控 制对象不同， 本发明用于完成现场控制的控制器包括： 直流大电流供电系统控制器、 高电压 供电系统控制器、 涌流电路控制器、 冲击电路控制器、 试品阀水系统控制器及试验装置水系 统控制器。 除两套水冷系统的控制保护内容相似外， 其它则完全不同。
( 5 ) 层级架构不同。 专利 CN100392419C的控制保护系统采用层级结构， 明确地分为三 级， 处于第三级各种控制保护子系统与 "操作台"、 "录波仪"没有明确的直接联系。 本发明 采用功能单元互连的硬件架构， 无层级概念， 各种现场控制器通过 "远程 CAN总线"与操作 台直接连接， 这样， 可以使操作员更加快捷地与现场控制器进行信息交互。
( 6 ) 专利 CN100392419C未公开上层控制保护系统、 合成全工况试验装置测量系统的具 体实施方法。 本发明提供了控制保护系统的具体功能划分及工作时序， 具有原创性。 发明内容
为了达到上述目的： 使合成形式换流阀运行试验装置能够完成换流阀的各项运行试验， 并在异常情况下将危害降至最低， 就需要一套功能完备、 性能良好的控制保护系统。
本发明提供了一种换流阀运行试验装置的控制保护系统， 包括人机接口单元、 同步单元、 信号采集单元、 数据汇总单元、 调节单元、 保护单元、 波形记录单元、 波形监视单元、 开关 量输入 (DI)单元、 开关量输出（DO)单元、 各阀对应的阀基电子 (VBE)单元、直流大电流供电系 统控制器、 高电压供电系统控制器、 涌流电路控制器、 冲击电路控制器、 试品阀水系统控制 器及试验装置水系统控制器； 上述各个单元按照一定的时序关系进行数据处理和逻辑判断， 上述各个单元彼此之间通过电气信号、 光纤信号以及 "调度"、 "交互"、 "录波"和 "远程" 四条独立的 CAN总线来完成信息的交互， 从而能够使控制保护系统按照规定的触发时序来控 制换流阀的试品阀和辅助阀， 从而在试品阔上产生各项运行试验所要求的电压、 电流及热强 度， 完成换流阀的运行试验； 同时还能够使该系统实时监视运行试验装置的主电路的开关状 态和重要模拟量参数， 在出现异常时， 及时采取保护措施；
所述各个单元按照一定的时序关系进行数据处理和逻辑判断各单元协调工作的时序如 下：
(1) 同步单元根据试验装置高电压供电系统或大电流供电系统的 50Hz交流电源来产生试 验所需的 "触发同步"信号和 "采样同步"信号， "触发同步"信号用于同步整个试验装置的 工作， 因此， 一个试验周期就是 "触发同步"信号的一个周期， "采样同步"信号用于同步信 号采集单元与数据汇总单元的工作；
(2) 信号采集单元接收主电路中各个传感器所输出的模拟信号，根据同步单元发出的 "采 样同步"信号来触发内部的模 /数转换器， 将各路模拟信号转化为 "数字信号"， 发送给数据 汇总单元；
(3) 数据汇总单元通过 "采样同步"信号与信号采集单元保持同步， 并将信号采集单元 发送来的 "数字信号"进行消温飘、 数字滤波、 校准等后处理， 最后， 将汇总的 "采样结果" 发送给调节单元、 保护单元和波形记录单元；
(4) 调节单元根据数据汇总单元发送来的 "采样结果"、 开关量输入单元 DI和 VBE单元 经 "交互 CAN总线"发送来的开关量信息以及人机接口单元经 "调度 CAN总线"发送来的控 制命令来控制当前的试验进程， 改变各阀的触发时序， 并将确定的 "触发时序"信号发送给 DI单元，在"触发时序"发生变化时， 为了有效监视主电路的工作情况， 调节单元将通过"交 互 CAN总线" 向波形记录单元发送录波命令；
(5) 保护单元根据数据汇总单元发送来的 "采样结果"、 开关量输入单元 DI和 VBE单元 经 "交互 CAN总线"发送来的开关量信息以及人机接口单元经 "调度 CAN总线"发送来的保 护参数， 来确定试验装置是否存在异常， 若存在， 则采取相应的保护措施， 并通过 "交互 CAN 总线"将开关动作命令发送至 DO单元， 在发生异常情况时， 为了有效监视主电路的保护执行 情况， 保护单元将通过 "交互 CAN总线" 向波形记录单元发送录波命令；
(6) 波形记录单元整理据汇总单元发送来的 "采样结果"及 DI单元经 "交互 CAN总线" 发送来的开关状态， 根据调节单元、 保护单元的命令启动波形记录过程， 并将记录的波形数 据经 "录波 CAN总线"发送至波形监视单元；
(7) DI单元采集主回路的各种开关状态， 经 "交互 CAN总线"发送给调节单元、 保护单 元及波形记录单元， 经"调度 CAN总线"发送给人机接口单元， 同时， 将调节单元输出的"触 发时序"信号扇出发送给各个阀对应的 VBE单元及直流大电流供电系统控制器；
(8) 开关量输出单元 DO单元执行保护单元经 "交互 CAN总线"发送来的开关动作命令； (9) 试验电路中每个阔对应一个 VBE单元， 各阀的 VBE单元根据调节单元输出的 "触发 时序"来确定每个试验周期中本阀的触发次数和每次触发的相位， 通过光纤向阀发出触发脉 冲， 同时， 监视各阀的工作状态， 一旦发现异常， 将通过 "交互 CAN总线" 向调节单元、 保 护单元报告相关情况；
(10) 直流大电流供电系统控制器、 高电压供电系统控制器、 试品阀水系统控制器及试验 装置水系统控制器接收人机接口单元经 "远程 CAN总线"发送来的控制命令， 分别控制对应 的主设备， 同时， 监视各自的主设备， 并将监视信息经"远程 CAN总线"上报人机接口单元。
其中， 所述人机接口单元由一台高性能的工控机构成， 通过 "调度 CAN总线"及 "远程 CAN 总线"与其它单元进行双向通信， 其功能包括： 接收操作员设定的各项试验参数及操作 命令， 并转发给其它相关单元； 对"调度 CAN总线"的各功能单元及 "远程 CAN总线" 的现 场控制器进行巡检； 通过各个单元获得试验装置主电路的各种监视信息， 并显示在本单元的 监视器上， 以供操作员査询。
其中， 所述同步单元， 用于根据试验装置主电路的 "交流同步电压"来形成 "采样同步" 和 "触发同步"信号， 其中， "交流同步电压"是试验装置由高电压供电系统或大电流供电系 统电网接入点得到的交流电压， 为 50Hz的正弦交流形式， 同步单元对"交流同步电压 "进行 调理和整形， 从而产生 "触发同步"信号， 用以为试验装置主电路的各阀的触发时刻提供时 间基准， 进而， 对 "触发同步"信号进行锁相倍频， 形成 "采样同步"脉冲信号， 用以启动 信号采集单元的采样和数据汇总单元的数据整理。
其中， 所述信号采集单元， 用于将试验装置主电路中的各种物理量对应的模拟信号转换 为数字信号， 为监视试验装置的情况， 试验装置主电路的重要支路上安装有电压传感器和电 流传感器， 冷却系统安装有温度、 压力和流量传感器， 信号采集单元接收上述各个传感器输 出的模拟信号， 并在每个 "采样同步"脉冲信号到来时启动一次模数转换， 将这些模拟信号 转化为数字信号， 最后， 将转化完的数字信号发送至数据汇总单元。
其中， 所述数据汇总单元对所述信号采集单元上报的数字信号进'行后处理， 并将处理结 果转发至调节单元、 保护单元和波形记录单元， 后处理工作包括： 消除采样数据的温漂， 校 正变比， 数字滤波和转换编码格式等。
其中， 所述调节单元接收人机接口单元通过"调度" CAN总线设定的试验项目、 工作模式 和调节定值等参数指令， 以及数据汇总单元发送来的采样结果， 从而确定各阔的触发时序， 与各阀基电子单元 VBE配合完成触发时序的同步切换， 并决定是否允许各阀基电子单元 VBE 检测对应的阀， 在异常情况下， 该单元还将接收保护单元通过 "交互" CAN 总线发送来的保 护命令， 协助保护单元完成试验装置的保护工作。
其中， 所述保护单元接收数据汇总单元发送来的采样结果、 各 VBE单元发送来的阀监视 信息以及开关量输入单元 DI发送来的开关量信息， 一旦检测出异常信息， 所述保护单元就会 采取适当的措施保护试验装置的安全；
为了使保护功能简便易行， 保护单元所执行的策略将所有异常情况分为三个等级： 普通 异常、 有害异常和紧急异常， 根据这三个等级， 分别采取解耦退出、 闭锁退出及连续触发退 出的保护措施。
其中， 所述波形记录单元在暂态过程中接收开关量输入单元 DI发送来的开关量和数据汇 总单元发送来的采样结果， 并上报至波形监视单元， 在稳态情况下， 波形记录单元向波形监 视单元实时上报各模拟量的采集结果， 使波形监视单元随时更新所显示的试验波形；
所述开关量输入单元 DI用于采集隔离刀闸、 断路器及试验装置主电路的各种开关量的状 态， 并将结果上报人机接口单元、 调节单元、 保护单元和波形记录单元， 同时， 开关量输入 单元 DI作为控制保护系统内部信号的主要传输通道， 还将调节单元输出的 "触发时序"信号 由一路转为多路， 分发给各个 VBE单元；
所述开关量输出单元 DO接收保护单元通过 "交互" CAN总线下达的命令， 并根据命令向 试验装置主电路中的隔离刀闸、 断路器及其它开关设备输出 "分 /合"信号， 驱动这些设备完 成指定的操作；
所述波形监视单元由一台高性能的工控机构成， 在暂态过程中， 接收波形记录单元上报 的模拟量、 开关量信息， 并以数据包的形式存入硬盘， 以便随时调用、 显示， 在稳态情况下， 则持续接收波形记录单元上报的稳态波形数据， 并不断刷新显示。
其中， 试验装置主电路中的每个辅助阀和试品阀对应一个阀基电子单元 VBE， 在正常工作 时， 各阔的 VBE根据调节单元下发的 "触发时序"信号以及同步单元的 "触发同步"信号， 来触发对应的阀； 若调节单元允许阀的监视， 则收集对应阀的各种监视信息， 并在检测到异 常时， 将采取措施快速保护所监视的阀， 在异常情况下， 各 VBE单元还应响应保护单元的命 令完成阀的闭锁或连续触发。
其中， 系统使用了独立的现场控制器， 这些控制器根据操作员的命令来控制试验装置中 的高电压供电系统、 直流大电流供电系统、 涌流电路、 冲击电路、 试验装置水冷系统和试品 阀水冷系统， 并对这些设备进行监视。
其中， 控制保护系统的调节单元通过 DI单元扇出信号， 向各阀的 VBE单元发出 "触发时 序"命令， 使得各 VBE单元能够按照规定的时序来触发对应的阀， 这些时序是指： 在每个试 验周期内， 即 "触发同步"信号周期内， 阀的触发次数和每次触发的相位；
由于各 VBE单元使用统一的 "触发时序"命令， 各阀的触发时序能够在同一时刻完成变 换， 从而避免了因触发时序存在差异而引起的异常情况。
其中， 所述各个单元通过 "调度"、 "交互"、 "录波"、 "远程" 四条独立的 CAN总线来完 成大数据量信息的交互， 四条总线的结构及功能如下：
调度 CAN总线为 "单主多从"形式， 主节点为人机接口单元， 从节点为调节单元、 数据 汇总单元、 保护单元、 波形记录单元、 开关量输入单元 DI、 开关量输出单元 DO以及各个 VBE 单元； 调度 CAN总线用于传输各种人机交互信息； 试验人员通过人机接口单元输入试验参数， 该参数经该总线发送至相关功能单元， 同时， 控制保护系统采集到的模拟量、 开关量、 阀信 息和各种内部事件经该总线返回人机接口单元， 以便试验人员察看；
交互 CAN总线为 "多主多从"形式， 用于各功能单元彼此之间交换信息； VBE单元采集到 的阀信息和开关量输入单元 DI采集到的开关量信息通过该总线送至调节单元、保护单元和波 形记录单元， 同时， 调节单元和保护单元发出的操作指令也通过交互 CAN总线送至 VBE单元 和开关量输出单元 DO;
录波 CAN总线为 "一主一从"形式， 主节点为波形监视单元， 从节点为波形记录单元； 录波 CAN总线用于传送开关量和模拟量的波形信息；波形记录单元接收开关量输入单元 DI采 集的开关量和信号采集单元的模拟量采集结果， 上报至波形监视单元， 由波形监视单元记录 或实时显示；
远程 CAN总线为 "单主多从"形式， 主节点为人机接口单元， 从节点为、 直流大电流供 电系统控制器、 高电压供电系统控制器、 涌流电路控制器、 冲击电路控制器、 试品阀水系统 控制器及试验装置水系统控制器； 远程 CAN总线用于传输操作员下达的各种控制命令， 以及 各现场控制器上报的， 对应设备的监视信息。
本发明的有益效果是：
1、 通过控制高压小电流回路、 直流低压大电流回路、 涌流回路、 冲击回路及水系统， 能 够在试品阀上形成各种电压、 电流及热强度， 从而完成 IEC60700 (GB20990)所要求的直流输 电换流阀运行试验的全部项目。
2、通过控制保护系统中调节单元和各 VBE单元的配合，每个阀的触发时序随时可变， 艮卩， 各个阀在每周波内的触发次数和相位能够根据要求而变化； 而且， 每个阀的触发时序变化能 够同时完成， 这就避免了因触发时序存在差异而引起的异常情况。
3、 尽管试验装置所出现的异常情况复杂多样， 但通过深入分析， 保护策略被简化为普通 异常、 有害异常、 紧急异常三个等级， 这就使保护策略简便、 可靠、 易行。
4、 该控制保护系统的架构及各单元的功能划分在换流阔的运行试验装置上属于首次采 用。
5、 该控制保护系统已经成功应用于某换流阀运行试验装置， 其可实施性及可靠性已被充 分验证。
6、 该控制保护系统功能完备， 集控制、 保护和监视功能于一体。
7、 具有较大的适用范围， 不仅适用于换流阀运行试验装置， 也同样适用于其它类型的大 规模电力电子设备。
8、 与传统的控制保护系统不同， 取消了层级的概念， 使结构更加紧凑， 硬件投资较小。 附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图 1是本发明的合成形式换流阔运行试验装置的原理框图；
图 2是本发明的控制保护系统原理图；
图 3是本发明的最大稳态运行负载试验的试验波形示意图；
图 4是本发明的最大暂态运行负载试验的试验波形示意图。 具体实施方式
合成形式换流阔运行试验装置的原理框图如附图 1所示。 试验装置的主设备包括高电压 回路、 直流大电流回路、 涌流回路、 冲击回路及试验装置水冷系统、 试品阀水冷系统。 高电 压回路包括高电压供电系统和高电压发生回路， 用于向试品阀提供高电压， 最高可达 80kV; 直流大电流回路包括大电流供电系统和直流大电流发生回路， 用于向试品阔提供试验所要求 的稳态大电流， 最高可达 6. 2kA; 涌流回路用于向试品阀提供试验所要求的暂态大电流， 峰 值可达 55kA; 冲击回路用于向试品阔提供试验所要求的电压冲击， 冲击峰值可达 300kV。 两 套冷却系统分别用于冷却试验装置及试品阔。 控制保护系统根据操作员设定的试验项目及试 验参数，通过控制主电路中的辅助阀、试品阀及其它设备，在试品阀中产生 IEC60700 (GB20990) 要求的电压、 电流及热强度； 同时， 还监视回路中的模拟量及开关量， 一旦发现异常， 将采 取必要的保护措施。
控制保护系统的原理图如附图 2所示。
整套控制保护系统包括： 人机接口单元、 同步单元、 信号采集单元、 数据汇总单元、 调 节单元、 保护单元、 波形记录单元、 波形监视单元、 开关量输入 (DI)单元、 开关量输出 (DO) 单元、各阀对应的阀基电子 (VBE)单元、直流大电流供电系统控制器、高电压供电系统控制器、 涌流电路控制器、 冲击电路控制器、 试品阔水系统控制器及试验装置水系统控制器等多个功 能单元。
同步单元基于电网的 50Hz工频交流电压信号生成 "触发同步"和 "采样同步"信号； "采 样同步"信号被发送至数据汇总单元和信号采集单元， 从而使两单元同步工作； "触发同步" 信号被发送至调节单元和各个 VBE单元， 从而使这些单元同步地变换主电路中各辅助阀及试 品阀的触发时序。 信号采集单元输入主电路中各传感器的模拟信号， 转化为 "数字信号"后 发送给数据汇总单元， 数据汇总单元完成消温飘、 数字滤波、 校正变比等后处理后， 将这些 "采样结果"发送给调节单元、 保护单元及波形记录单元。 DI单元采集主设备的各种开关状 态， 通过 "交互 CAN总线"发送给调节单元、 保护单元及波形记录单元， 通过 "调度 CAN总 线"发送给人机接口单元。 调节单元根据 "采样结果"、 开关量状态及操作员的各项命令来决 定阀的触发时序， 并发送 DI单元， 由 DI单元扇出后发送至各阀的 VBE。 VBE将根据 "触发时 序"完成各阔的触发， 同时， 对本阀进行监视。
各单元通过四条 CAN总线来完成信息的交互。 其中， "调度 CAN总线"上的节点包括： 人 机接口单元， 从节点为调节单元、 数据汇总单元、 保护单元、 波形记录单元、 开关量输入单 元 DI、 开关量输出单元 DO以及各个 VBE单元。 "交互 CAN总线"上的节点包括： 调节单元、 保护单元、 波形记录单元、 开关量输入单元 DI、 开关量输出单元 DO以及各个 VBE单元。 录 波 CAN总线上的节点包括： 波形记录单元和波形监视单元。 远程 CAN总线上的节点包括： 人 机接口单元、 直流大电流供电系统控制器、 高电压供电系统控制器、 涌流电路控制器、 冲击 电路控制器、 试品阀水系统控制器及试验装置水系统控制器。
以下为本发明完成 IEC60700 (GB20990)所要求 "最大稳态运行负载试验"和 "最大暂态运 行负载试验" 的示例。
"最大稳态运行负载试验"用于考验试品阀是否能够耐受最严酷的额定运行条件。 试验 参数主要包括： 正向触发电压、 反向恢复电压、 换算至 120°导通区间的等效试品电流和电压 阶跃平方和。 本次试验的参数为：
正向触发电压： 18. lkV
反向恢复电压： 17. 5kV
换算至 120°导通区间的等效试品电流： 3612A
电压阶跃平方和： 633. 86kV2
试验波形如附图 3所示。 图 3 中， 上半图为试品阀电压波形， 纵坐标轴表示电压值， 单位为千伏 (kA)， 横坐标轴 表示时间， 单位为毫秒 (ms) ; 下半图为试品阀电流波形， 纵坐标轴表示电流值， 单位为安培 (A)， 横坐标轴表示时间， 单位为毫秒 (ms；)。
"最大暂态运行负载试验"用于考验试品阀是否能够耐受最严酷的暂态运行条件。 试验 参数与 "最大稳态运行负载试验"相同。 本次试验的参数为：
正向触发电压： 23. 7kV
反向恢复电压： 24. 6kV
换算至 120°导通区间的等效试品电流： 3608A
电压阶跃平方和： 2333. 7kV2
试验波形如附图 4所示。
图 4 中， 上半图为试品阔电压波形， 纵坐标轴表示电压值， 单位为千伏 (kA)， 横坐标轴 表示时间， 单位为毫秒 (ms) ; 下半图为试品阀电流波形， 纵坐标轴表示电流值， 单位为安培 (A)， 横坐标轴表示时间， 单位为毫秒 (ms)。
此处己经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。 对本领域的技术人员来说在不 脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。 示例性的实施例仅仅是例证性 的， 而不是对本发明的范围的限制， 本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims

权 利 要 求
1、 一种换流阀运行试验装置的控制保护系统， 包括人机接口单元、 同步单元、 信号采集 单元、数据汇总单元、调节单元、保护单元、波形记录单元、波形监视单元、开关量输入 ΦΙ) 单元、 开关量输出（DO)单元、 各阀对应的阀基电子 (VBE)单元、 直流大电流供电系统控制器、 高电压供电系统控制器、 涌流电路控制器、 冲击电路控制器、 试品阀水系统控制器及试验装 置水系统控制器； 上述各个单元按照一定的时序关系进行数据处理和逻辑判断， 上述各个单 元彼此之间通过电气信号、 光纤信号以及 "调度"、 "交互"、 "录波"和 "远程" 四条独立的 CAN 总线来完成信息的交互， 从而能够使控制保护系统按照规定的触发时序来控制换流阀的 试品阀和辅助阔， 从而在试品阔上产生各项运行试验所要求的电压、 电流及热强度， 完成换 流阀的运行试验； 同时还能够使该系统实时监视运行试验装置的主电路的开关状态和重要模 拟量参数， 在出现异常时， 及时采取保护措施；
所述各个单元按照一定的时序关系进行数据处理和逻辑判断各单元协调工作的时序如 下：
(1) 同步单元根据试验装置高电压供电系统或大电流供电系统的 50Hz交流电源来产生试 验所需的 "触发同步"信号和 "采样同步"信号， "触发同步"信号用于同步整个试验装置的 工作， 因此， 一个试验周期就是 "触发同步"信号的一个周期， "采样同步"信号用于同步信 号采集单元与数据汇总单元的工作；
(2) 信号采集单元接收主电路中各个传感器所输出的模拟信号，根据同步单元发出的 "采 样同步"信号来触发内部的模 /数转换器， 将各路模拟信号转化为 "数字信号"， 发送给数据 汇总单元；
(3) 数据汇总单元通过 "采样同步"信号与信号采集单元保持同步， 并将信号采集单元 发送来的 "数字信号"进行消温飘、 数字滤波、 校准等后处理， 最后， 将汇总的 "采样结果" 发送给调节单元、 保护单元和波形记录单元；
(4) 调节单元根据数据汇总单元发送来的 "采样结果"、 开关量输入单元 DI和 VBE单元 经 "交互 CAN总线"发送来的开关量信息以及人机接口单元经 "调度 CAN总线"发送来的控 制命令来控制当前的试验进程， 改变各阀的触发时序， 并将确定的 "触发时序"信号发送给 DI单元，在"触发时序"发生变化时， 为了有效监视主电路的工作情况， 调节单元将通过"交 互 CAN总线" 向波形记录单元发送录波命令；
(5) 保护单元根据数据汇总单元发送来的 "采样结果"、 开关量输入单元 DI和 VBE单元 经 "交互 CAN总线"发送来的开关量信息以及人机接口单元经 "调度 CAN总线"发送来的保 护参数， 来确定试验装置是否存在异常， 若存在， 则采取相应的保护措施， 并通过 "交互 CAN 总线"将开关动作命令发送至 DO单元， 在发生异常情况时， 为了有效监视主电路的保护执行 情况， 保护单元将通过 "交互 CAN总线" 向波形记录单元发送录波命令；
(6) 波形记录单元整理据汇总单元发送来的 "采样结果"及 DI单元经 "交互 CAN总线" 发送来的开关状态， 根据调节单元、 保护单元的命令启动波形记录过程， 并将记录的波形数 据经 "录波 CAN总线"发送至波形监视单元；
(7) DI单元采集主回路的各种开关状态， 经 "交互 CAN总线"发送给调节单元、 保护单 元及波形记录单元， 经"调度 CAN总线"发送给人机接口单元， 同时， 将调节单元输出的"触 发时序"信号扇出发送给各个阀对应的 VBE单元及直流大电流供电系统控制器；
(8) 开关量输出单元 DO单元执行保护单元经 "交互 CAN总线"发送来的开关动作命令；
(9) 试验电路中每个阀对应一个 VBE单元， 各阀的 VBE单元根据调节单元输出的 "触发 时序"来确定每个试验周期中本阀的触发次数和每次触发的相位， 通过光纤向阀发出触发脉 冲， 同时， 监视各阀的工作状态， 一旦发现异常， 将通过 "交互 CAN总线" 向调节单元、 保 护单元报告相关情况；
(10) 直流大电流供电系统控制器、 高电压供电系统控制器、 试品阔水系统控制器及试验 装置水系统控制器接收人机接口单元经 "远程 CAN总线"发送来的控制命令， 分别控制对应 的主设备， 同时， 监视各自的主设备， 并将监视信息经 "远程 CAN总线"上报人机接口单元。
2、 如权利要求 1所述的控制保护系统， 其特征在于：
所述人机接口单元由一台高性能的工控机构成， 通过 "调度 CAN总线"及 "远程 CAN总 线"与其它单元进行双向通信， 其功能包括： 接收操作员设定的各项试验参数及操作命令， 并转发给其它相关单元； 对"调度 CAN总线" 的各功能单元及 "远程 CAN总线"的现场控制 器进行巡检； 通过各个单元获得试验装置主电路的各种监视信息， 并显示在本单元的监视器 上， 以供操作员查询。
3、 如权利要求 2所述的控制保护系统， 其特征在于：
所述同步单元， 用于根据试验装置主电路的 "交流同步电压"来形成 "采样同步"和 "触 发同步"信号， 其中， "交流同步电压"是试验装置由高电压供电系统或大电流供电系统电网 接入点得到的交流电压， 为 50Hz的正弦交流形式， 同步单元对"交流同步电压 "进行调理和 整形， 从而产生"触发同步"信号， 用以为试验装置主电路的各阀的触发时刻提供时间基准， 进而， 对 "触发同步"信号进行锁相倍频， 形成 "采样同步"脉冲信号， 用以启动信号采集 单元的采样和数据汇总单元的数据整理。
4、 如权利要求 3所述的控制保护系统， 其特征在于：
所述信号采集单元， 用于将试验装置主电路中的各种物理量对应的模拟信号转换为数字 信号， 为监视试验装置的情况， 试验装置主电路的重要支路上安装有电压传感器和电流传感 器， 冷却系统安装有温度、 压力和流量传感器， 信号采集单元接收上述各个传感器输出的模 拟信号， 并在每个 "采样同步"脉冲信号到来时启动一次模数转换， 将这些模拟信号转化为 数字信号， 最后， 将转化完的数字信号发送至数据汇总单元。
5、 如权利要求 4所述的控制保护系统， 其特征在于：
所述数据汇总单元对所述信号采集单元上报的数字信号进行后处理， 并将处理结果转发 至调节单元、 保护单元和波形记录单元， 后处理工作包括： 消除采样数据的温漂， 校正变比， 数字滤波和转换编码格式等。
6、 如权利要求 5所述的控制保护系统， 其特征在于- 所述调节单元接收人机接口单元通过 "调度" CAN总线设定的试验项目、工作模式和调节 定值等参数指令， 以及数据汇总单元发送来的采样结果， 从而确定各阀的触发时序， 与各阀 基电子单元 VBE配合完成触发时序的同步切换， 并决定是否允许各阀基电子单元 VBE检测对 应的阀， 在异常情况下， 该单元还将接收保护单元通过 "交互" CAN总线发送来的保护命令， 协助保护单元完成试验装置的保护工作。
7、 如权利要求 6所述的控制保护系统， 其特征在于：
所述保护单元接收数据汇总单元发送来的采样结果、 各 VBE单元发送来的阔监视信息以 及开关量输入单元 DI发送来的开关量信息，一旦检测出异常信息， 所述保护单元就会采取适 当的措施保护试验装置的安全；
为了使保护功能简便易行， 保护单元所执行的策略将所有异常情况分为三个等级： 普通 异常、 有害异常和紧急异常， 根据这三个等级， 分别采取解耦退出、 闭锁退出及连续触发退 出的保护措施。
8、 如权利要求 7所述的控制保护系统， 其特征在于- 所述波形记录单元在暂态过程中接收开关量输入单元 DI发送来的开关量和数据汇总单元 发送来的采样结果， 并上报至波形监视单元， 在稳态情况下， 波形记录单元向波形监视单元 实时上报各模拟量的采集结果， 使波形监视单元随时更新所显示的试验波形；
所述开关量输入单元 DI用于 集隔离刀闸、 断路器及试验装置主电路的各种开关量的状 态， 并将结果上报人机接口单元、 调节单元、 保护单元和波形记录单元， 同时， 开关量输入 单元 DI作为控制保护系统内部信号的主要传输通道， 还将调节单元输出的 "触发时序"信号 由一路转为多路， 分发给各个 VBE单元；
所述开关量输出单元 DO接收保护单元通过 "交互" CAN总线下达的命令， 并根据命令向 试验装置主电路中的隔离刀闸、 断路器及其它开关设备输出 "分 /合"信号， 驱动这些设备完 成指定的操作；
所述波形监视单元由一台高性能的工控机构成， 在暂态过程中， 接收波形记录单元上报 的模拟量、 开关量信息， 并以数据包的形式存入硬盘， 以便随时调用、 显示， 在稳态情况下， 则持续接收波形记录单元上报的稳态波形数据， 并不断刷新显示。
9、 如权利要求 8所述的控制保护系统， 其特征在于：
试验装置主电路中的每个辅助阔和试品阀对应一个阀基电子单元 VBE， 在正常工作时， 各 阀的 VBE根据调节单元下发的 "触发时序"信号以及同步单元的 "触发同步"信号， 来触发 对应的阀； 若调节单元允许阀的监视， 则收集对应阀的各种监视信息， 并在检测到异常时， 将采取措施快速保护所监视的阔， 在异常情况下， 各 VBE单元还应响应保护单元的命令完成 阔的闭锁或连续触发。
10、 如权利要求 9所述的控制保护系统， 其特征在于：
系统使用了独立的现场控制器， 这些控制器根据操作员的命令来控制试验装置中的高电 压供电系统、 直流大电流供电系统、 涌流电路、 冲击电路、 试验装置水冷系统和试品阀水冷 系统， 并对这些设备进行监视。
11、 如权利要求 6和 9所述的控制保护系统， 其特征在于：
控制保护系统的调节单元通过 DI单元扇出信号， 向各阓的 VBE单元发出 "触发时序"命 令， 使得各 VBE单元能够按照规定的时序来触发对应的阔， 这些时序是指： 在每个试验周期 内， 即 "触发同步"信号周期内， 阀的触发次数和每次触发的相位；
由于各 VBE单元使用统一的 "触发时序"命令， 各阀的触发时序能够在同一时刻完成变 换， 从而避免了因触发时序存在差异而引起的异常情况。
12、 如权利要求 1-10所述的控制保护系统， 其特征在于：
所述各个单元通过 "调度"、 "交互"、 "录波"、 "远程" 四条独立的 CAN总线来完成大数 据量信息的交互， 四条总线的结构及功能如下：
调度 CAN总线为 "单主多从"形式， 主节点为人机接口单元， 从节点为调节单元、 数据 汇总单元、 保护单元、 波形记录单元、 开关量输入单元 DI、 开关量输出单元 DO以及各个 VBE 单元； 调度 CAN总线用于传输各种人机交互信息； 试验人员通过人机接口单元输入试验参数， 该参数经该总线发送至相关功能单元， 同时， 控制保护系统采集到的模拟量、 开关量、 阀信 息和各种内部事件经该总线返回人机接口单元， 以便试验人员察看；
交互 CAN总线为 "多主多从"形式， 用于各功能单元彼此之间交换信息； VBE单元采集到 的阀信息和开关量输入单元 DI采集到的开关量信息通过该总线送至调节单元、保护单元和波 形记录单元， 同时， 调节单元和保护单元发出的操作指令也通过交互 CAN总线送至 VBE单元 和开关量输出单元 DO;
录波 CAN总线为 "一主一从"形式， 主节点为波形监视单元， 从节点为波形记录单元； 录波 CAN总线用于传送开关量和模拟量的波形信息；波形记录单元接收开关量输入单元 DI采 集的开关量和信号采集单元的模拟量采集结果， 上报至波形监视单元， 由波形监视单元记录 或实时显示；
远程 CAN总线为 "单主多从"形式， 主节点为人机接口单元， 从节点为、 直流大电流供 电系统控制器、 高电压供电系统控制器、 涌流电路控制器、 冲击电路控制器、 试品阀水系统 控制器及试验装置水系统控制器； 远程 CAN总线用于传输操作员下达的各种控制命令， 以及 各现场控制器上报的， 对应设备的监视信息。
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