CN112187396B - 一种适用于柔性直流换流阀的通信***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于柔性直流换流阀的通信***及方法,该***包括阀控***通信单元及换流阀各个子模块通信单元,每个换流阀桥臂上的子模块通信单元至少分为两组,每组子模块通信单元的个数至少为三个,每组子模块通信单元首尾相连形成环网,每个环网中至少一个子模块通信单元与相邻环网上的对应个数的子模块通信单元一一对应连接,阀控***通信单元与至少一个环网中的至少一个子模块通信单元连接。方法为:阀控***广播式下发对桥臂子模块的控制信息,每个子模块通信单元直接转发,转发规则为:子模块通信单元根据连接通道的状态,按照先本环,后相邻环网的原则转发控制信息。本发明的***及方法能够节省成本,提高设备通信可靠性及容错能力。

Description

一种适用于柔性直流换流阀的通信***及方法
技术领域
本发明属于高压柔性直流输电技术领域,具体涉及一种适用于柔性直流换流阀的通信***及方法。
背景技术
柔性直流换流阀是实现交直流变换的核心设备,通常采用多电平模块化设计,由于功率器件电气特性限制,直流***电压等级较高时,换流阀单个桥臂内需要用数量庞大的子模块串联在一起。当前阀控***设计中,阀控需跟每个子模块直接通信连接。实际工程中,阀控所在二次设备室离换流阀距离较远,这就需要相应庞大数量的长光纤与子模块连接通信,现场施工工作量大,施工难度大。且根据现有通信架构设计,阀控与子模块之间为单一通道连接,一旦光纤通道故障,会造成子模块故障,降低***的可用性。个别极端情况甚至造成了***停运,严重影响了柔性直流输电工程的稳定性和安全性。
公告号为CN 105610492 B的发明专利《一种用于直流输电换流阀监控***的光纤通信***及方法》公开了在阀控***侧设置触发脉冲分配单元和回报信号接收单元,在换流阀组件侧设置第一分光器和第二分光器,触发脉冲分配单元通过光纤连接第一分光器,回报信号接收单元连接第二分光器,而第一分光器与各个换流阀子模块的触发监测单元连接,用于将控制信息分配给应各换流阀子模块的触发监测单元,第二分光器与各个换流阀子模块的触发监测单元连接,用于将各换流阀子模块的状态信息合成一路后通过光纤发送给回报信号接收单元。该通信***虽然采用码分复用加时分复用的方式减少了设备间的光纤连接数,但是子模块与阀控***之间是单一通道,依然存在通信可靠性低的问题。
公告号为CN 206673825 U的实用新型专利《用于模块化多电平换流桥臂功率模块的光纤通信接口电路》中公开了每个功率模块的光纤通信接口电路包括一个FPGA芯片、三个光纤发送器和三个光纤接收器,FPGA芯片连接各个功率模块的监控电路、三个光纤发送器和三个光纤接收器。每个功率模块中的两组光纤收发器分别与左右两侧相邻的功率模块中的光纤收发器连接,一组光纤收发器用于与换流阀控制器连接。可见,该通信连接方式一旦功率模块与阀控***之间通信故障,可以利用相邻的功率模块与阀控***之间的通信通道进行通信。虽然这种通信方式能够提高通信的可靠性,但是依然需要在子模块与阀控***之间设置庞大数量的长光纤,设备成本较高。
发明内容
本发明提供了一种适用于柔性直流换流阀的通信***及方法,以解决现有的柔性直流换流阀的通信***可靠性低且设备成本高的问题。
为了解决上述技术问题,本发明的适用于柔性直流换流阀的通信***包括阀控***通信单元及换流阀各个子模块通信单元,对于每个换流阀桥臂,其上的子模块通信单元至少分为两组,每组子模块通信单元的个数至少为三个,每组子模块通信单元首尾相连形成环网,每个环网中至少一个子模块通信单元与相邻环网上的对应个数的子模块通信单元一一对应连接,阀控***通信单元与至少一个环网中的至少一个子模块通信单元连接。
本发明通信***的有益效果是:本发明的阀控***无需与换流阀桥臂所有子模块之间通信连接,可以节省成本;可以实现子模块与阀控***的冗余通信,提高通信可靠性。桥臂内部子模块之间采用多环网耦合网络架构,可以极大的提高设备运行的可靠性及容错能力。
为了进一步提高通信可靠性,每个环网中至少两个子模块通信单元与相邻环网上的相应个数的子模块通信单元对应连接。
为了进一步提高通信可靠性,阀控***通信单元与至少两个环网中的子模块通信单元连接。
为了进一步提高通信可靠性,所述阀控***通信单元与每个环网中的至少一个子模块通信单元连接。
为了进一步提高通信可靠性,每个环网中的子模块通信单元个数均等,每个环网中的各个子模块通信单元与相邻环网中的各个子模块通信单元一一对应连接。
为了提高通信效率及通信质量,环网为光纤环网,每个子模块通信单元包括光接收口和光发送口。
为了提高通信效率及通信质量,子模块通信单元与阀控***通信单元之间为光纤连接,阀控***通信单元包括光接收口和光发送口。
本发明的适用于柔性直流换流阀的通信方法为:阀控***对桥臂子模块的控制信息采用广播式下发,每个子模块通信单元在接收到控制信息时,将接收到的控制信息按照设定规则转发给其他子模块通信单元,所述设定规则为:子模块通信单元根据连接通道的状态,按照先本环,后相邻环网的原则转发控制信息。
本发明的通信方法的有益效果是:无需所有子模块通信单元与阀控***通信单元连接,可以节省成本;实现了子模块与阀控***的冗余通信,提高通信可靠性,可以极大的提高设备运行的可靠性及容错能力。
为了提高通信的可靠性,各个子模块通信单元分时上传对应子模块的状态信息。
为了节省资源,阀控***与桥臂子模块之间采用周期***互通信。
附图说明
图1为本发明通信******架构示意图;
图2为本发明桥臂上子模块通信单元与阀控***的通信架构示意图;
图3为本发明桥臂子模块通信单元光纤连接示意图;
图1、2中圆圈代表子模块通信单元,圆圈中的数字表示子模块通信单元的序号,带有双箭头的实线表示通信连接线,图3中的LER1、LER2、LER3均表示光纤接口,带有双箭头的实线表示通信连接线。
具体实施方式
下面结合附图1-3对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明的适用于柔性直流换流阀的通信***的实施例
本发明的通信***包括阀控***通信单元和换流阀桥臂子模块通信单元,对于每个换流阀桥臂,其上的子模块通信单元至少分为两组,每组子模块通信单元的个数至少为三个,每组子模块通信单元首尾相连形成环网,每个环网中至少一个子模块通信单元与相邻环网上的对应个数的子模块通信单元一一对应连接,阀控***通信单元与至少一个环网中的至少一个子模块通信单元连接。
如图1所示,此为一个桥臂中子模块与阀控***的通信架构,该图中圆圈表示换流阀桥臂子模块,方框表示阀控***中的通信单元,虚框中的各个子模块通信单元连接成为一个环网。各个环网中子模块通信单元个数可以相同,也可以不同,但是各个环网中的子模块通信单元的个数至少为三个。每个环网中至少有两个子模块通信单元与相邻环网中的子模块通信单元对应连接,阀控***通信单元与至少一个环网通信连接。图1中,环网1中的子模块通信单元1-1与环网2中的子模块通信单元2-3连接,环网1中的子模块通信单元1-5与环网2中的子模块通信单元2-4连接;环网2中的子模块通信单元2-2与环网3中的子模块通信单元3-1连接,环网2中的子模块通信单元2-1与环网3中的子模块通信单元3-2连接。阀控***通信单元与环网1中的子模块通信单元1-4连接,阀控***通信单元与环网3中的子模块通信单元3-2连接。
当然作为其他实施方式,环网1中的其他子模块通信单元也可以与环网2中的子模块通信单元连接。最优的,各个环网中的子模块通信单元个数均等,每个环网中的各个子模块通信单元与相邻环网中的各个子模块通信单元一一对应连接。这里的均等指的是将各个环网的子模块通信单元数量相互作差,各个差值不大于1。若两个相邻环网子模块通信单元数量不相等,则只要满足子模块通信单元数量少的环网中的子模块通信单元与子模块通信单元数量多的环网中的对应个数的子模块通信单元一一对应连接即可。
作为其他实施方式,阀控***通信单元可以与每个环网通信连接,阀控***通信单元也可以与一个环网中的多个子模块通信单元连接。
图2给出了一种最优的桥臂上子模块通信单元与阀控***的通信连接方式,对于每一个桥臂,其上的所有子模块通信单元被分为两组,各组子模块通信单元首尾相连组成环网,分别为环网1和环网2。环网1和环网2中的各个子模块通信单元一一对应连接。也即,若给环网1中的各个子模块依次分配序号1、3、5、7……2n-1,n≥1;给环网1中的各个子模块依次分配序号2、4、6、8……2n,n≥1。那么,环网1中的子模块通信单元2n-1分别与相邻的环网2中的子模块通信单元2n连接,组成耦合网络。该通信方式中桥臂内所有的子模块在环网中的节点地位相同,只需任何一个环网中的任一个子模块通信单元与阀控***通信单元连接,即可实现阀控与所有桥臂子模块之间的信息通信。实际应用中,根据需要,可以从阀控连接两组光纤到不同环网的子模块通信单元,实现冗余连接,即阀控***通信单元与环网1中的一个子模块通信单元连接,阀控***通信单元与环网2中的一个子模块通信单元连接。
上述实施例中给出了一个桥臂上阀控与桥臂子模块的通信方式,实际工程中,换流阀包括六个桥臂,即阀控需与六组桥臂按上述实施方式进行连接通信。
当子模块与阀控***之间为光纤通信时,那么子模块通信单元包括光接收口和光发送口,每个子模块通信单元中的光接收口和光发送口的数量可以根据实际需要进行设计。如图2中序号为3、4、5、6的子模块通信单元,他们需要与本环中的相邻子模块通信单元连接,还需要与相邻环网中的子模块通信单元连接,那么他们的光接收口可以至少设置为3个,光发送口也可以至少设置为3个。而对于序号为1、2的子模块通信单元,除了需要与本环中的相邻子模块通信单元连接,及与相邻环网中的子模块通信单元连接,还需要与阀控***通信单元连接,那么,其可以至少设置4个光接收口和4个光发送口。对于其他的实施方式,各个子模块通信单元的光接收口和光发送口根据实际需要设置只要能够满足连接需求即可,对于阀控***通信单元的光收发口的设置也是如此,这里不再详细阐述。
图3给出了一种子模块通信单元光纤连接方式,其中,每个子模块通信单元包括三组光纤接口,三组光纤接口分别为LER1,LER2,LER3,其中每组光纤接口又可以分为光接收口R和光发送口LE。如LER1内部包括光发送口LE1和光接收口R1。子模块通信单元用M表示,则光纤连接如下:环网1内为M1_LER1连接到M3_LER2,M3_LER1连接到M5_LER2,M5_LER1连接到M1_LER2;环网2内为M2_LER1连接到M4_LER2,M4_LER1连接到M6_LER2,M6_LER1连接到M2_LER2;耦合网络为M1_LER3连接到M2_LER3,M3_LER3连接到M4_LER3,M5_LER3连接到M6_LER3。
本发明的适用于柔性直流换流阀的通信方法的实施例
本发明的通信方法是基于上述***实施例,具体为:对于控制阶段,阀控***对桥臂子模块的控制信息采用广播式下发,每个子模块通信单元在接收到控制信息时,将接收到的控制信息按照设定规则转发给其他子模块通信单元,设定规则为:子模块通信单元根据连接通道的状态,按照先本环,后相邻环网的原则转发控制信息。
为了提高通信可靠性,网络内所有的通信采用采用异步串行编码通信,阀控与桥臂之间的通信为周期***互通信,每个通信周期分为两个阶段:控制阶段和回报阶段;
控制阶段,阀控到桥臂子模块的控制信息为广播式下发,每个子模块接收到命令后,直接转发。子模块根据连接通道的状态,按照先本环,后外环的原则执行命令信息;
回报阶段,为每个子模块分配时间槽,按照时间顺序,各个子模块通过其通信单元分时上传各自的状态信息。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此,本发明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,本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、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。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于柔性直流换流阀的通信***,该通信***包括阀控***通信单元及换流阀各个子模块通信单元,其特征在于,对于每个换流阀桥臂,将其上的子模块通信单元至少分为两组,每组子模块通信单元的个数至少为三个,每组子模块通信单元首尾相连形成环网,每个环网中至少一个子模块通信单元与相邻环网上的对应个数的子模块通信单元一一对应连接,阀控***通信单元与至少一个环网中的至少一个子模块通信单元连接。
2.根据权利要求1所述的适用于柔性直流换流阀的通信***,其特征在于,每个环网中至少两个子模块通信单元与相邻环网上的相应个数的子模块通信单元对应连接。
3.根据权利要求1所述的适用于柔性直流换流阀的通信***,其特征在于,阀控***通信单元与至少两个环网中的子模块通信单元连接。
4.根据权利要求3所述的适用于柔性直流换流阀的通信***,其特征在于,所述阀控***通信单元与每个环网中的至少一个子模块通信单元连接。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的适用于柔性直流换流阀的通信***,其特征在于,每个环网中的子模块通信单元个数均等,每个环网中的各个子模块通信单元与相邻环网中的各个子模块通信单元一一对应连接。
6.根据权利要求1~4任意一项所述的适用于柔性直流换流阀的通信***,其特征在于,环网为光纤环网,每个子模块通信单元包括光接收口和光发送口。
7.根据权利要求1~4任意一项所述的适用于柔性直流换流阀的通信***,其特征在于,子模块通信单元与阀控***通信单元之间为光纤连接,阀控***通信单元包括光接收口和光发送口。
8.一种基于权利要求1所述适用于柔性直流换流阀的通信***的适用于柔性直流换流阀的通信方法,其特征在于,该方法为:阀控***对桥臂子模块的控制信息采用广播式下发,每个子模块通信单元在接收到控制信息时,将接收到的控制信息按照设定规则转发给其他子模块通信单元,所述设定规则为:子模块通信单元根据连接通道的状态,按照先本环,后相邻环网的原则转发控制信息。
9.根据权利要求8所述的适用于柔性直流换流阀的通信方法,其特征在于,各个子模块通信单元分时上传对应子模块的状态信息。
10.根据权利要求8或9所述的适用于柔性直流换流阀的通信方法,其特征在于,阀控***与桥臂子模块之间采用周期***互通信。
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