一种MMC阀控制保护装置与实时仿真器的接口装置的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术控制领域，尤其涉及一种MMC阀控制保护装置与实时仿真器的接口装置。

背景技术：

电压源型换流器是以可控关断期间和脉冲宽度调制技术为基础的换流器。

MMC(模块化多电平换流器)采用子模块级联的方式构造换流阀，避免了大量器件的直接串联，降低了对器件一致性的要求。相比传统的两电平、三电平换流器，MMC具有制造难度低、损耗低、阶跃电压低、波形质量高、故障处理能力强等优势，已在柔性直流输电和静止同步补偿器中得到了大量的应用。

对于MMC阀控制保护装置，其功能试验和动态性能试验是控制保护装置设计、制造与工程现场调试和试运行衔接的关键环节，也是检验和保障MMC阀控制保护装置是否满足规范和设计要求的重要手段。电力系统对安全稳定性要求极高，不可能在实际系统中对MMC阀控制保护装置进行各种测试试验，而传统的动模试验又存在仿真规模受场地限制、接线复杂、可扩展性差、测试能力有限等缺点，无法胜任MMC阀控制保护装置的测试。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的是提供一种MMC阀控制保护装置与实时仿真器的接口装置，能够适用于半桥MMC、全桥MMC以及半桥全桥混合型MMC阀控制保护装置与实时仿真器之间的闭环测试，精度高和适用性强。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种MMC阀控制保护装置与实时仿真器的接口装置，包括：第一端口、第二端口、MMC阀控制保护装置、实时仿真器和光纤；

所述第一端口包括至少一个阀控制保护信号传输模块，所述阀控制保护信号传输模块包括第一同步检测信号传输接口、触发脉冲信号传输接口以及第一信号处理模块；其中，所述第一同步检测信号传输接口分别连接所述MMC阀控制保护装置和所述第一信号处理模块，所述触发脉冲信号传输接口分别连接所述MMC阀控制保护装置和所述第一信号处理模块；

所述第二端口包括至少一个阀状态信号传输模块和至少一个阀控制保护信号译码模块；其中，所述阀控制保护信号传输模块和所述阀状态信号传输模块通过所述光纤连接，所述阀状态信号传输模块和所述阀控制保护信号译码模块连接。

与现有技术相比，本实用新型公开的MMC阀控制保护装置与实时仿真器的接口装置通过所述第一信号处理模块将获取的所述MMC阀控制保护装置发送的所述第一同步检测信号以及所述触发脉冲信号生成第一数据包，对所述第一数据包进行译码，译码后得到控制指令，以使实时仿真器根据所述控制指令执行相应的控制操作。解决了现有技术中采用传统的动模试验存在仿真规模受场地限制、接线复杂、可扩展性差、测试能力有限等缺点，无法胜任MMC阀控制保护装置的测试的问题。能够适用于半桥MMC、全桥MMC以及半桥全桥混合型MMC阀控制保护装置与实时仿真器之间的测试，精度高和适用性强。

作为上述方案的改进，所述第一端口还包括至少一个阀状态信号译码模块，所述阀状态信号译码模块和所述第一信号处理模块连接；

所述阀状态信号传输模块包括第二同步检测信号传输模块、子模块状态信息传输接口以及第二信号处理模块；其中，

所述第二同步检测信号传输模块分别连接所述实时仿真器和所述第二信号处理模块，所述子模块状态信息传输接口分别连接所述实时仿真器和所述第二信号处理模块，所述阀状态信号传输模块中的所述第二信号处理模块和所述阀控制保护信号译码模块连接。

作为上述方案的改进，所述阀控制保护信号传输模块还包括第一子模块数目传输接口，所述第一子模块数目传输接口分别连接所述MMC阀控制保护装置和所述第一信号处理模块。

作为上述方案的改进，所述阀状态信号传输模块还包括第二子模块数目传输接口，所述第二子模块数目传输接口分别连接所述实时仿真器和所述第二信号处理模块。

作为上述方案的改进，所述阀状态信号传输模块还包括桥臂电流传输接口，所述桥臂电流传输接口分别连接所述实时仿真器和所述第二信号处理模块。

作为上述方案的改进，所述阀状态信号传输模块还包括子模块电容电压传输接口，所述子模块电容电压传输接口分别连接所述实时仿真器和所述第二信号处理模块。

作为上述方案的改进，所述阀控制保护信号传输模块中的所述第一信号处理模块和所述阀状态信号传输模块中的所述第二信号处理模块通过所述光纤连接。

作为上述方案的改进，所述阀控制保护信号传输模块还包括第一自定义传输接口，所述第一自定义传输接口分别连接所述MMC阀控制保护装置和所述第一信号处理模块。

作为上述方案的改进，所述阀状态信号传输模块还包括第二自定义传输接口，所述第二自定义传输接口分别连接所述实时仿真器和所述第二信号处理模块。

作为上述方案的改进，所述光纤为多模光纤。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种MMC阀控制保护装置与实时仿真器的接口装置的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的一种MMC阀控制保护装置与实时仿真器的接口装置中桥臂电抗器在交流侧的MMC阀的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种MMC阀控制保护装置与实时仿真器的接口装置中桥臂电抗器在直流侧的MMC阀的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种MMC阀控制保护装置与实时仿真器的接口装置中半桥型子模块的示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种MMC阀控制保护装置与实时仿真器的接口装置中全桥型子模块的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，图1是本实用新型实施例提供的一种MMC阀控制保护装置与实时仿真器的接口装置的结构框图；

包括：第一端口1、第二端口2、MMC阀控制保护装置3、实时仿真器4和光纤5，所述光纤5分别连接所述第一端口1和所述第二端口2；

所述第一端口1包括至少一个阀控制保护信号传输模块11和至少一个阀状态信号译码模块12，其中，所述阀控制保护信号传输模块11包括第一同步检测信号传输接口111、第一子模块数目传输接口112、第一自定义传输接口113、触发脉冲信号传输接口114以及第一信号处理模块115；

所述第二端口2包括至少一个阀状态信号传输模块21和至少一个阀控制保护信号译码模块22；其中，所述阀状态信号传输模块21包括第二同步检测信号传输模块211、第二子模块数目传输接口212、第二自定义传输接口213、桥臂电流传输接口214、子模块电容电压传输接口215、子模块状态信息传输接口216以及第二信号处理模块217。

具体的，所述阀控制保护信号传输模块11和所述阀状态信号传输模块21可以通过所述光纤5连接，当响应正向传输指令时，所述MMC阀控制保护装置3用于发送正向传输指令、第一同步检测信号、子模块的数目信息以及与所述子模块的序号对应的触发脉冲信号。

具体的，所述第一同步检测信号传输接口111分别连接所述MMC阀控制保护装置3和所述第一信号处理模块115，所述第一同步检测信号传输接口111获取所述MMC阀控制保护装置3按信号传输周期发送的所述第一同步检测信号，并将所述第一同步检测信号通过所述第二端口2发送给所述实时仿真器4，所述正向传输指令为所述MMC阀控制保护装置3向所述实时仿真器4进行的信号传输，所述第一同步检测信号为32位，从0～0xFFFFFFFF依次发送所述第一同步检测信号，每发送一次则次数增加一，当达到0xFFFFFFFF后，所述MMC阀控制保护装置3的下一周期发送的所述第一同步检测信号又按照0～0xFFFFFFFF依次发送。

优选的，当所述光纤5包括至少两条时，所述实时仿真器4将所述第一同步检测信号进行比较，判断获取的每一所述第一同步检测信号是否同步。具体的，当所述实时仿真器4获取到的所述第一同步检测信号不同步时，所述MMC阀控制保护装置3对所述第一同步检测信号进行修正后再次发送所述第一同步检测信号，直至所述实时仿真器4获取到的所述第一同步检测信号同步。优选的，当所述光纤5只有一条时，不需要对所述第一同步检测信号同步进行比较。

优选的，所述光纤5为多模光纤，所述光纤5的数目的确定可以参考以下程序进行确定，包括：

X≥floor(max(Num_c*1.25/(2000*Tc),Num_v*1.25/(2000*Tv)))+1；其中，X为所述光纤5的数目的取值，floor为向下取整函数，max为取最大函数，Tc为MMC阀控制保护装置3到实时仿真器4的信号传输周期，Tv为实时仿真器4到MMC阀控制保护装置3的信号传输周期，Tc、Tv不超过50us，Num_c为MMC阀控制保护装置3到实时仿真器4的数据总位数、Num_v为实时仿真器4到MMC阀控制保护装置3的数据总位数。

具体的，所述第一子模块数目传输接口112获取所述MMC阀控制保护装置3中的子模块的数目信息，所述第一子模块数目传输接口112分别连接所述MMC阀控制保护装置3和所述第一信号处理模块115。优选的，所述子模块的结构示意图可参考图2，图中所示的SM11～SM1N、SM21～SM2N、SM31～SM3N、SM41～SM4N、SM51～SM5N、和SM61～SM6N表示所述子模块的序号，图中的L1～L6表示桥臂电抗器,图中的A、B、C表示交流侧的三相。优选的，所述桥臂电抗器还可以设于所述直流侧，参见图3，当所述桥臂电抗器设于所述直流侧时，此时所述交流侧则不设有所述桥臂电抗器，图中所示的SM11～SM1N、SM21～SM2N、SM31～SM3N、SM41～SM4N、SM51～SM5N、和SM61～SM6N表示所述子模块的序号，图中的L1～L6表示桥臂电抗器,图中的A、B、C表示交流侧的三相。

具体的，所述触发脉冲信号传输接口114分别连接所述MMC阀控制保护装置3和所述第一信号处理模块115。所述触发脉冲信号传输接口114获取所述MMC阀控制保护装置3按照子模块的序号从低到高的顺序依次发送的触发脉冲信号，每个子模块的所述触发脉冲信号占8位，连续4个子模块的所述触发脉冲信号组成1个32bit的数据字，若最后一个数据字的有效数据位数小于32，则在其高位补充无效数据。

具体的，所述子模块包括半桥子模块和全桥子模块，每个所述子模块的所述触发脉冲信号从低位到高位依次为：是否触发IGBT1、是否触发IGBT2、是否触发IGBT3、是否触发IGBT4、是否触发旁路开关、是否触发晶闸管旁路使能、是否使能子模块故障屏蔽功能、是否使能子模块故障复位功能；值得说明的是，所述是否触发晶闸管旁路使能、所述是否使能子模块故障屏蔽功能和所述是否使能子模块故障复位功能是可选功能，可根据所述MMC阀控制保护装置3的实际情况来选择。优选的，当所述子模块为半桥子模块时，所述是否触发IGBT3和所述是否触发IGBT4的状态为0(即不触发)，能够保证半桥子模块和全桥子模块的有效位数一样。

其中，所述是否触发晶闸管旁路使能指的是晶闸管是否导通；所述是否使能子模块故障屏蔽功能指的是是否屏蔽子模块上报故障信息；所述是否使能子模块故障复位功能指的是是否让所述子模块清除故障信息，以使所述子模块复位。

具体的，所述半桥子模块的示意图可参考图4，包括第一全控开关器件S1、第二全控开关器件S2、第一旁路开关K1、第一旁路晶闸管T1、第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2以及第一电阻R1；其中，所述第一电阻R1为放电电阻，此时，所述第一全控开关器件S1即上述触发脉冲信号中所述的IGBT1，所述第二全控开关器件S2即上述触发脉冲信号中所述的IGBT2。

具体的，所述全桥子模块的示意图可参考图5，包括第三全控开关器件S3、第四全控开关器件S4、第五全控开关器件S5、第六全控开关器件S6、第二旁路开关K2、第二电容C2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6以及第二电阻R2；其中，所述第二电阻R2为放电电阻，此时，所述第三全控开关器件S3即上述触发脉冲信号中所述的IGBT1，所述第四全控开关器件S4即上述触发脉冲信号中所述的IGBT2，所述第五全控开关器件S5即上述触发脉冲信号中所述的IGBT3，所述第六全控开关器件S6即上述触发脉冲信号中所述的IGBT4。

具体的，所述第一信号处理模块115与所述阀状态信号传输模块21中的所述第二信号处理模块217连接，所述第一信号处理模块115将所述第一同步检测信号、所述子模块的数目信息以及所述触发脉冲信号按照从低位到高位的顺序生成1个以32bit为最小单元的第一数据包，其中所述低位到高位的顺序可以是所述第一同步检测信号、所述子模块的数目信息、所述触发脉冲信号。所述第一信号处理模块115将所述第一数据包发送给所述阀状态信号传输模块21。

具体的，所述阀状态信号传输模块21中的所述第二信号处理模块217对所述第一数据包进行循环冗余校验，比如可以校验所述第一数据包的数据是否完整和校验所述第一数据包的数据是否有错误。校验无误后将所述第一数据包发送给所述阀控制保护信号译码模块22，所述阀控制保护信号译码模块22与所述第二信号处理模块217连接，所述阀控制保护信号译码模块22对所述第一数据包进行译码，译码后得到控制指令，所述阀控制保护信号译码模块22将所述控制指令发送给所述实时仿真器4，以使所述实时仿真器4根据所述控制指令执行相应的控制操作。

优选的，若所述MMC阀控制保护装置3有自定义传输量需传输，则将自定义数据发送给所述第一自定义传输接口113，所述第一自定义传输接口113分别连接所述MMC阀控制保护装置3和所述第一信号处理模块115。则此时所述第一信号处理模块115具体用于将所述第一同步检测信号、所述子模块的数目信息、所述第一自定义传输量以及所述触发脉冲信号按照从低位到高位的顺序生成1个以32bit为最小单元的第一数据包，其中所述低位到高位的顺序可以是所述第一同步检测信号、所述子模块的数目信息、所述第一自定义传输量、所述触发脉冲信号。

进一步的，所述MMC阀控制保护装置3能够向所述实时仿真器4进行信号传输过程，以使所述实时仿真器4根据所述MMC阀控制保护装置3发送的控制指令执行相应的控制操作。同样的，所述实时仿真器4也能够向所述MMC阀控制保护装置3进行信号传输，以使所述MMC阀控制保护装置3根据所述实时仿真器4发送的数据生成相应的控制指令，此过程相当于一个信号反馈的过程。

当响应逆向传输指令时，所述实时仿真器4用于发送逆向传输指令、第二同步检测信号、子模块的数目信息、桥臂电流信号和子模块电容电压；

具体的，所述第二同步检测信号传输模块211分别连接所述实时仿真器4和所述第二信号处理模块217。所述第二同步检测信号传输模块211获取所述实时仿真器4按信号传输周期发送的所述第二同步检测信号，所述逆向传输指令为所述实时仿真器4向所述MMC阀控制保护装置3进行的信号传输，所述第二同步检测信号为32位，从0～0xFFFFFFFF依次发送所述第一同步检测信号，每发送一次则次数增加一，当达到0xFFFFFFFF后，所述实时仿真器4下一周期发送的所述第二同步检测信号又按照0～0xFFFFFFFF依次发送。

优选的，当所述光纤5包括至少两条时，所述MMC阀控制保护装置3将所述第二同步检测信号进行比较，判断获取的每一所述第二同步检测信号是否同步。具体的，当所述MMC阀控制保护装置3获取到的所述第二同步检测信号不同步时，所述实时仿真器4对所述第二同步检测信号进行修正后再次发送所述第二同步检测信号，直至所述MMC阀控制保护装置3获取到的所述第二同步检测信号同步。优选的，当所述光纤5只有一条时，不需要对所述第一同步检测信号同步进行比较。

具体的，所述第二子模块数目传输接口212获取所述实时仿真器4中的子模块的数目信息。所述第二子模块数目传输接口212分别连接所述实时仿真器4和所述第二信号处理模块217。所述桥臂电流传输接口214获取实时仿真器中桥臂电流信号，所述桥臂电流传输接口214分别连接所述实时仿真器4和所述第二信号处理模块217，所述子模块电容电压传输接口215获取实时仿真器4中与所述子模块序号对应的子模块电容电压，所述子模块电容电压传输接口215分别连接所述实时仿真器4和所述第二信号处理模块217；所述子模块状态信息传输接口216获取实时仿真器4中与所述子模块序号对应的子模块状态信息，所述子模块状态信息传输接口216分别连接所述实时仿真器4和所述第二信号处理模块217。

优选的，所述子模块状态信息传输接口216获取所述实时仿真器4按照子模块的序号从低到高的顺序依次发送的状态信息，每个子模块的所述状态信息占32位。

具体的，当所述子模块为半桥型子模块时，每个所述子模块的所述状态信息从低位到高位依次为：IGBT1开路故障状态、IGBT1短路故障状态、IGBT2开路故障状态、IGBT2短路故障状态、IGBT3开路故障状态、IGBT3短路故障状态、IGBT4开路故障状态、IGBT4短路故障状态、旁路开关状态、旁路晶闸管状态、子模块电容电压过压1段保护动作状态、子模块电容电压过压2段保护动作状态、子模块总故障状态、子模块到阀控通信故障状态、阀控到子模块通信故障状态、IGBT1导通状态、IGBT2导通状态、IGBT3导通状态、IGBT4导通状态。

其中，所述子模块电容电压过压1段保护动作状态中所述过压1段保护指的是子模块电容电压满足过压1段保护判据(电容电压高于第一预设电压值、延时超过第一预设动作延时值)，所述子模块电容电压过压2段保护动作状态中所述过压2段保护指的子模块电容电压满足过压2段保护判据(电容电压高于第二预设电压值、延时超过第二预设动作延时值)；所述第一预设电压值、所述第二预设电压值，所述第一设动作延时值和所述第二预设动作延时值是根据MMC阀实际参数来选取的。比如所述第一预设电压值为2100V，所述第一预设延时值为72us；所述第二预设电压值为2200V，所述第二预设延时值为2ms。所述子模块到阀控通信故障状态指的是实时仿真器4到所述MMC阀控制保护装置3的通信故障；所述阀控到子模块通信故障状态指的是所述MMC阀控制保护装置3到所述实时仿真器4的通信故障。

具体的，所述第二信号处理模块217将所述第二同步检测信号、所述子模块的数目信息、所述桥臂电流信号、所述子模块电容电压以及所述子模块状态信息按照从低位到高位的顺序生成1个以32bit为最小单元的第二数据包；其中所述低位到高位的顺序可以是所述第二同步检测信号、所述子模块的数目信息、所述桥臂电流信号、所述子模块电容电压、所述子模块状态信息。所述第二信号处理模块217将所述第二数据包发送给所述阀控制保护信号传输模块11。

具体的，所述阀控制保护信号传输模块11中的所述第一信号处理模块115对所述第二数据包进行循环冗余校验，比如可以校验所述第二数据包的数据是否完整和校验所述第二数据包的数据是否有错误。校验无误后将所述第二数据包发送给所述阀状态信号译码模块12，所述阀状态信号译码模块12与所述第一信号处理模块115连接，所述阀状态信号译码模块12对所述第二数据包进行译码，译码后得到阀状态信号，所述阀状态信号译码模块12将所述阀状态信号发送给所述MMC阀控制保护装置3，以使所述MMC阀控制保护装置3根据所述阀状态信号生成相应的控制指令。

优选的，若所述实时仿真器4有自定义传输量需传输，则将自定义数据发送给所述第二自定义传输接口213，所述第二自定义传输接口213分别连接所述实时仿真器4和所述第二信号处理模块217，则此时所述第二信号处理模块217具体用于将所述第二同步检测信号、所述子模块的数目信息、所述桥臂电流信号、所述子模块电容电压、所述第二自定义传输量以及所述子模块状态信息按照从低位到高位的顺序生成1个以32bit为最小单元的第二数据包。其中所述低位到高位的顺序可以是所述第二同步检测信号、所述子模块的数目信息、所述桥臂电流信号、所述子模块电容电压、所述第二自定义传输量、所述子模块状态信息。

本实用新型提供一种适用于半桥MMC、全桥MMC以及半桥全桥混合型MMC阀控制保护装置与实时仿真器的接口装置，不限制每根光纤传递的子模块数量，仅设置了传输通道最大传输周期。本实用新型MMC阀控制保护装置与实时仿真器的接口方法支持32位浮点数或32位定点数信号的传输，提供了自定义传输通道，可根据实际MMC阀控制保护装置的特殊要求进行自定义信号的传输，且预留了子模块状态信号位，大大增强了换流器控制的扩展性。

与现有技术相比，本实用新型公开的MMC阀控制保护装置与实时仿真器的接口装置通过所述第一信号处理模块115将获取的所述MMC阀控制保护装置3发送的所述第一同步检测信号、所述子模块的数目信息以及所述触发脉冲信号生成第一数据包，对所述第一数据包进行译码，译码后得到控制指令，以使实时仿真器4根据所述控制指令执行相应的控制操作。解决了现有技术中采用传统的动模试验存在仿真规模受场地限制、接线复杂、可扩展性差、测试能力有限等缺点，无法胜任MMC阀控制保护装置的测试的问题。能够适用于半桥MMC、全桥MMC以及半桥全桥混合型MMC阀控制保护装置与实时仿真器之间的闭环测试，精度高和适用性强。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。