直流输电换流阀切换模拟控制系统及方法与流程

本发明涉及电力电子换流，特别涉及一种直流输电换流阀切换模拟控制系统及方法。

背景技术：

1、直流输电系统是由两个换流站和直流线路构成，送端换流站把送端交流系统送来的三相交流电流变换成直流电流，通过直流线路把直流电流和功率输送到受端换流站，再把直流电流变换成三相交流电流。换流站中，实现交直流转化功能的电工装备称为直流输电换流阀，控制换流阀实现电能转换功能的核心设备就是阀控系统，主要由阀基电子设备vbe和晶闸管触发监测单元ttm构成。阀控系统中ttm作为换流阀底层控制和保护单元，主要完成对晶闸管的触发、监测和保护功能，vbe是联系上层控制保护系统与底层晶闸管触发监测单元的中间环节，用以接收上级控制保护系统的控制命令，实现对多级晶闸管的同步触发，多信息量状态监测、数据采集和与监视控制系统的信息交互。

2、阀控系统的功能可靠性决定了直流输电系统能否正常工作，而直流输电系统能否正常工作不仅影响着整个供电领域，人们的日常生活和工业经济的发展，而且直流输电系统出现故障时甚至会带来巨大的安全隐患。因此，对阀控系统的可靠性进行测试评估具有重要意义。

3、目前，在对阀控系统的功能和可靠性进行测试时，通常采用数字仿真系统，利用构建的模型对阀控系统进行模拟测试，该方法虽然灵活性高，成本低，但是由于其完全通过模型进行模拟预测来进行阀控系统的测试，属于纯软件的模拟方式，大大简化了硬件设备的电应力、电磁干扰等参数被忽略，等效性不佳，无法全面和充分地验证阀控系统的软硬件功能和可靠性，模拟结果准确性和可靠性较差。

技术实现思路

1、有鉴于此，针对以上不足，有必要提出一种直流输电换流阀切换模拟控制系统及方法，提高对阀控系统进行功能和可靠性验证的全面性和充分性，进而提高模拟结果的准确性和可靠性。

2、第一方面，本发明提供了一种直流输电换流阀切换模拟控制系统，该系统包括：操作后台、主阀控切换控制装置、从阀控切换控制装置、主阀基电子设备、从阀基电子设备和12个以晶闸管为基础部件的阀状态模拟装置；操作后台分别与主阀控切换控制装置、从阀控切换控制装置、主阀基电子设备和从阀基电子设备通信连接，主阀控切换控制装置和从阀控切换控制装置通过can总线分别与12个阀状态模拟装置连接，所述主阀控切换控制装置与主阀基电子设备通过光纤接口通信连接，所述从阀控切换控制装置与从阀基电子设备通过光纤接口通信连接，主阀基电子设备和从阀基电子设备均与各阀状态模拟装置通信连接；其中，主阀控切换控制装置、主阀基电子设备和从阀控切换控制装置、从阀基电子设备冗余配置，可主从切换使用；

3、所述操作后台用于由操作人员触发产生控制指令，并将控制指令下发至主阀控切换控制装置；所述主阀控切换控制装置对所述控制指令进行分析和处理后生成控制信号，并通过调用对应主阀基电子设备的光纤接口将所述控制信号发送至主阀基电子设备；所述主阀基电子设备用于根据所述控制信号对相应的阀状态模拟装置进行控制。

4、优选的，所述操作后台包括scada系统和网关，该scada系统通过网关与主阀基电子设备和从阀基电子设备通信连接；

5、所述主阀基电子设备和从阀基电子设备还用于分别采集各阀状态模拟装置的状态信息，并将各自采集到的阀状态信息和阀基电子设备自身的状态信息生成第一状态信息；以及，主阀基电子设备和从阀基电子设备均将各自生成的第一状态信息以报文的形式发送至所述操作后台，以由操作人员通过所述scada系统的界面进行监控。

6、优选的，当第一状态信息中包括预设的需进行切换保护的信息时，对应该第一状态信息的阀基电子设备还用于将第一状态信息通过对应阀控切换控制装置的光纤接口发送至阀控切换控制装置；对应的阀控切换控制装置用于对所述第一状态信息进行识别和检测，确定出需要执行切换保护的第二状态信息，并执行相应的保护策略；以及，该阀控切换控制装置将所述第二状态信息和保护策略的执行信息发送至所述操作后台；所述scada系统，还用于根据所述阀基电子设备发送的第一状态信息、阀控切换控制装置发送的第二状态信息和保护策略的执行信息确定当前阀控系统出现的故障，并将对应的故障信息通过scada系统的界面向操作用户展示。

7、优选的，所述主阀控切换控制装置和从阀控切换控制装置的核心主板均为基于cpu和fpga组合的核心主板；

8、所述cpu用于对所述控制指令进行分析和处理，并生成控制信号传输至fpga；所述fpga用于调用对应主阀基电子设备的光纤接口，并将所述控制信号发送至主阀基电子设备；以及，

9、所述fpga还用于对所述第一状态信息进行识别和检测，并确定出需要执行切换保护的第二状态信息后发送至cpu；所述cpu还用于对所述第二状态信息进行分析，并执行相应的保护策略，以及将所述第二状态信息和保护策略的执行信息汇总至操作后台。

10、优选的，所述主阀控切换控制装置和所述从阀控切换控制装置通信连接；

11、所述主阀控切换控制装置，还用于在接收到所述主阀基电子设备发送的表征主阀基电子设备发生故障的信号时，向从阀控切换控制装置发送检测信号；所述从阀控切换控制装置用于在接收到所述检测信号后检测从阀基电子设备的状态，并在从阀基电子设备的状态正常时向所述主阀控切换控制装置发送表征从设备正常的信号；

12、所述主阀控切换控制装置，还用于在接收到从阀控切换控制装置发送的表征从设备正常的信号时，执行与所述从阀控切换控制装置进行主从切换的操作；以及，将主从信息发送至主阀基电子设备，以使主阀基电子设备和从阀基电子设备进行主从切换。

13、优选的，所述scada系统还用于由操作人员触发向主阀控切换控制装置和从阀控切换控制装置下发主从切换指令；所述主阀控切换控制装置和从阀控切换控制装置在接收到scada系统下发的主从切换指令时进行主从切换，主阀控切换控制装置和从阀控切换控制装置分别对应将主从切换信息发送主阀基电子设备和从阀基电子设备，以由主阀基电子设备与从阀基电子设备进行主从切换。

14、优选的，所述主阀控切换控制装置和从阀控切换控制装置均与跳闸继电器通信连接，该跳闸继电器设置于各阀状态模拟装置的总电源处；

15、所述主阀控切换控制装置，还用于在接收到来自所述scada系统的跳闸指令或来自主阀基电子设备的跳闸请求时，控制所述跳闸继电器跳闸，以使各阀状态模拟装置闭锁跳闸。

16、优选的，所述操作后台，还用于由操作人员触发产生状态模拟指令，并将该状态模拟指令下发至主阀控切换控制装置；所述主阀控切换控制装置将所述状态模拟指令下发至对应的阀状态模拟装置；所述阀状态模拟装置用于根据所述操作后台下发的状态模拟指令控制对应的晶闸管动作，以模拟相应的阀状态。

17、第二方面，本发明还提供了一种直流输电换流阀切换模拟控制方法，该方法的实施主体为如第一方面所述的直流输电换流阀切换模拟控制系统，该方法包括如下步骤：

18、步骤101：主阀控切换控制装置获取各阀状态模拟装置的阀状态信息；

19、步骤102：主阀控切换控制装置利用预先配置的阀调节参量预测模型对所述阀状态信息进行预测识别，得到阀调节参量的预测值；其中，所述阀调节参量包括电压、电流和触发角中的至少一个；

20、步骤103：主阀控切换控制装置根据所述阀调节参量的预测值，向主阀基电子设备下发控制信号；

21、步骤104：主阀基电子设备根据所述控制信号，对相应的阀状态模拟装置的阀调节参量进行调节。

22、优选的，所述步骤102中，阀调节参量预测模型为预先基于换流阀的运行工况、换流阀的运行参数、阀控系统晶闸管级状态、阀控系统运行状态和接口状态构建而成。

23、由上述技术方案可知，本发明实施例提供的直流输电换流阀切换模拟控制系统及方法中，该系统包括了操作后台，主阀控切换控制装置、从阀控切换控制装置、主阀基电子设备、从阀基电子设备和模拟12脉动换流阀的阀状态模拟装置，其中两套阀控切换控制装置和阀基电子设备冗余配置，且可切换使用；在使用时，操作人员通过操作后台下发控制指令，并发送至主阀控切换控制装置，进而由主阀控切换控制装置分析处理后通过光纤接口发送给主阀基电子设备，主阀基电子设备根据控制信号所对应的阀状态模拟装置进行控制，从而实现换流阀状态的模拟。由此可见，本方案不仅通过两套系统的冗余配置保证了系统的可靠性，而且每个阀状态模拟装置均是以实体的晶闸管为基础部件构成的，相比于仿真模型等纯软件类的模拟方式，本方案能够充分将硬件所具备的特性参数考虑其中，具备真实电力设备的物理和暂态特性，等效性更高，从而能够更加全面和充分地验证阀控系统的软硬件功能和可靠性，使得系统的模拟结果的准确性和可靠性也更高。