直流输电系统控制模式切换方法和系统与流程

本发明涉及直流输电系统控制模式切换方法和系统，属于直流输电系统控制领域。

背景技术：

基于MMC的柔性直流输电技术克服了常规直流输电技术存在换相失败的固有难题，使得直流输电技术不仅仅用于远距离大容量输电的场合，扩展了直流输电技术的应用领域，开辟了直流输电技术的新方向。同时，而柔性直流技术以其有功无功独立调节、无源供电能力以及易于构建直流电网等特点，越来越受到人们的关注。

目前，柔性直流输电系统主要有系统级控制模式和换流阀级控制模式两种控制模式，直流系统中的直流控制保护设备完成系统级控制保护功能，阀控设备完成换流阀级控制保护功能。系统级控制功能主要包括模式顺序控制、有功类外环控制、无功类外环控制、电流内环控制及换流站保护功能，换流阀级控制功能主要包括调制控制、均压控制、IGBT触发控制、子模块保护及桥臂过流保护功能。由于实际工程中直流控制保护设备和阀控设备多为不同厂家供货，各个厂家接口方式不统一导致系统接口调试时间较长。

在实际运行中，根据实际控制状况能够对柔性直流输电系统进行系统级控制模式和换流阀级控制模式之间的切换，目前我们在工程中常用的切换方式是利用柔性直流输电控制系统进行切换，将切换控制策略加载在柔性直流输电控制系统中，但是，这种切换方式比较繁琐，并且柔性直流输电控制系统中本就负责直流输电系统的全部控制，工作负担很重，再加入切换控制功能的话，会进一步增加控制负担，如果直流输电控制系统长时间工作在重负担的情况下，不仅对切换控制功能，对直流输电系统的其他控制也会造成一定的影响，所以，这种控制方式在切换控制时的控制可靠性较低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种直流输电系统控制模式切换方法，用以解决现有的切换控制方式可靠性不高的问题。本发明同时提供一种直流输电系统控制模式切换系统。

为实现上述目的，本发明的方案包括：一种直流输电系统控制模式切换方法，其特征在于，设置一个系统切换装置，所述系统切换装置分别与直流控制保护设备和阀控设备通信连接，所述系统切换装置根据接收到的相关信息进行控制模式切换判断，并将得到的执行结果输出给直流控制保护设备和阀控设备。

系统切换装置将执行结果输出给直流控制保护设备和阀控设备时，先将执行结果存储在实时数据库中，然后将实时数据库中的执行结果发送给直流控制保护设备和阀控设备。

所述直流控制保护设备和阀控设备之间进行数据传输时，先将传输的数据存储在实时数据库中，然后将实时数据库中的相应数据发送给对应的设备。

所述系统切换装置基于FPGA开发。

所述系统切换装置与直流控制保护设备之间采用光纤或者电缆进行通讯，所述系统切换装置与阀控设备采用光调制信号独立光纤进行通讯，所述直流控制保护设备与阀控设备之间采用标准数据协议光纤进行通讯。

一种直流输电系统控制模式切换系统，包括直流控制保护设备和阀控设备，还包括系统切换装置，所述系统切换装置分别与直流控制保护设备和阀控设备通信连接，所述系统切换装置根据接收到的相关信息进行控制模式切换判断，并将得到的执行结果输出给直流控制保护设备和阀控设备。

所述切换系统还包括实时数据库，系统切换装置将执行结果输出给直流控制保护设备和阀控设备时，先将执行结果存储在实时数据库中，然后将实时数据库中的执行结果发送给直流控制保护设备和阀控设备。

所述直流控制保护设备和阀控设备之间进行数据传输时，先将传输的数据存储在实时数据库中，然后将实时数据库中的相应数据发送给对应的设备。

所述系统切换装置基于FPGA开发。

所述系统切换装置与直流控制保护设备之间采用光纤或者电缆进行通讯，所述系统切换装置与阀控设备采用光调制信号独立光纤进行通讯，所述直流控制保护设备与阀控设备之间采用标准数据协议光纤进行通讯。

本发明提供的直流输电系统控制模式切换方法中，专门设置一个系统切换装置，该系统切换装置分别与直流控制保护设备和阀控设备通信连接，系统切换装置接收由相关的数据信息，并根据该数据信息进行切换功能切换判断，得到切换执行结果，然后将切换执行结果输出给直流控制保护设备和阀控设备，以进行控制模式的切换。所以，专门设置一个系统切换装置，并只用于控制模式的切换控制，控制方式比较专一，系统切换装置中除了切换控制策略之外没有其他任何的控制策略，避免了其他控制策略的影响，使系统切换装置“专心致志”地对控制模式进行切换控制，控制可靠性较高，而且，切换方式比较简单，不繁琐，大大简化实际控制复杂程度，能够大力推广应用。另外，减轻了原柔性直流输电控制系统的工作负担，进而能够提升原柔性直流输电控制系统对其他控制的控制可靠性。因此，单独设置系统切换装置不但能够实现切换功能的可靠控制，而且，也能够提升原柔性直流输电控制系统对其他控制的控制可靠性。

附图说明

图1是直流输电系统控制模式切换系统的原理示意图；

图2是两个不同频率的光调制信号的波形示意图。

具体实施方式

直流输电系统控制模式切换系统实施例

本发明提供的直流输电系统控制模式切换系统适用于各种柔性直流输电系统，尤其适用于基于模块化多电平技术(MMC)的柔性直流输电系统，由于基于MMC的柔性直流输电系统属于常规技术，本实施例就不再对输电系统的结构和基本的控制过程进行说明。

本实施例中，直流输电系统控制模式切换系统主要包括三部分，分别是直流控制保护设备、阀控设备和系统切换装置，其中，直流控制保护设备完成系统级控制保护功能，阀控设备完成换流阀级控制保护功能，所以，这两种设备属于常规设备，柔性直流输电系统中通常设置这两个控制设备，本实施例就不再对具体说明。

如图1所示，系统切换装置分别与直流控制保护设备(以HCM3000控制保护设备为例)和阀控设备(以阀控设备MVCE为例)通信连接，作为具体的实施方式，系统切换装置与直流控制保护设备之间通过光纤或者电缆进行通信连接，通讯协议为私有协议；系统切换装置与阀控设备之间通过独立光纤进行通讯，通讯协议为光调制信号，光调制信号中，光调制频率为1MHz时为有效，光调制频率为10kHz时为有效，1MHz和10kHz的波形信号如图2所示。

直流控制保护设备和阀控设备之间也进行通信连接，作为具体的实施方式，两者采用标准的数据协议光纤进行通讯，比如IEC60044-8或TDM协议。另外，为了解决系统接口调试时间较长的缺陷，可以将直流控制保护设备和阀控设备的接口方式进行统一。采用光纤通讯的方式能够保证数据传输的可靠性。

系统切换装置为硬件设备，比如工控机或者控制芯片，通过内部加载的切换控制程序来实现控制模式的切换判断，本实施例中，系统切换装置基于可编程门阵列器件(即FPGA)开发，利用FPGA的好处在于能够降低两种控制模式之间的切换时间，传统的系统切换时间大约为500us，利用FPGA能够使控制模式的切换实现缩小到小于100us，满足柔性直流输电技术发展需求，对现有设备的接入具有重要的现实意义。

系统切换装置接收与控制模式切换相关的数据信息，比如阀控设备的请求跳闸信号和阀控就绪信号，对接收到的数据信息进行控制模式的切换判断，切换判断策略为现有技术，这里就不再具体说明。通过判断能够得到切换执行结果，系统切换装置将切换执行结果发送给直流控制保护设备和阀控设备。为了保证数据的可靠传输，该直流输电系统控制模式切换系统中还设置有实时数据库，系统切换装置先将切换执行结果放到实时数据库中，然后将实时数据库中的执行结果发送给直流控制保护设备和阀控设备；进一步地，系统切换装置将切换执行结果按分类格式及地址放到实时数据库中，并按照直流控制保护设备及阀控设备的接口协议格式将实时数据库中的切换执行结果发送给直流控制保护设备和阀控设备。

先将数据放到实时数据库中，然后将实时数据库的相关数据发送给相应的设备，这种方式可以方便地基于可视化编程软件完成功能开发，即使不懂任何编程语言的研发人员也可完成数据交互功能的开发。

直流控制保护设备和阀控设备之间进行数据传输时，先将传输的数据存储在实时数据库中，然后将实时数据库中的相应数据发送给对应的设备。具体为：直流控制保护设备向阀控设备传输数据时，直流控制保护设备先将阀控设备所需相关数据放到实时数据库中，然后将实时数据库中的相关数据发送给阀控设备；阀控设备向直流控制保护设备传输数据时，阀控设备先将直流控制保护设备所需相关数据放到实时数据库中，然后将实时数据库中的相关数据发送给直流控制保护设备。进一步地，直流控制保护设备向阀控设备传输数据时，直流控制保护设备先将阀控设备所需相关数据按分类格式及地址放到实时数据库中，然后按照接口协议格式(比如IEC60044-8或TDM协议)将实时数据库中的相关数据发送给阀控设备；阀控设备向直流控制保护设备传输数据时，阀控设备先将直流控制保护设备所需相关数据按分类格式及地址放到实时数据库中，然后按照接口协议格式(比如IEC60044-8或TDM协议)将实时数据库中的相关数据发送给直流控制保护设备。比如：直流控制保护设备完成柔性直流控制保护软件功能，阀控设备完成调制及均压功能；直流控制保护设备通过IEC60044-8或TDM协议将六个桥臂调制电压、解闭锁命令、充电模式信号以及阀控设备需要的其他信号通过实时数据库发送给阀控设备；阀控设备通过IEC60044-8或TDM协议将六个桥臂电压、换流阀状态信息及子模块旁路个数以及直流控制保护设备所需的其他信号通过实时数据库发送给直流控制保护设备。

直流输电系统控制模式切换方法实施例

直流输电系统控制模式切换方法的整体技术方案是：设置一个系统切换装置，该系统切换装置分别与直流控制保护设备和阀控设备通信连接，该系统切换装置根据接收到的相关信息进行功能切换判断，并将执行结果输出给直流控制保护设备和阀控设备。由于上述直流输电系统控制模式切换系统实施例中已对该方法做出了详细地说明，这里就不再具体描述。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。