一种高压直流输电晶闸管级等效模拟设备的制作方法

本发明涉及一种高压直流输电的等效模拟设备，具体涉及一种高压直流输电晶闸管级等效模拟设备。

背景技术：

在高压直流输电(HVDC)中，阀控系统通常要同时监控上千级晶闸管，每一个晶闸管状态信息都有独立的信号通道，其信号通道的可靠性是阀控系统中最重要的性能指标之一。阀控系统向晶闸管级下发控制命令，并接收TTM板反馈的换流阀各晶闸管级的状态信号。为了在有限试验资源前提下充分验证阀控系统每一个信号通道的性能，需要研制晶闸管级信号模拟装置。在传统试验和工程生产中，为模拟晶闸管级接收和反馈给阀控系统的光信号，往往通过数块简单的FPGA板卡，进行特定信号的定向模拟，与实际工程多信号同时运行通信相差甚远，同时由于试验中有诸多突发情况，无冗余配置也造成了试验中的诸多不便，这都使得无法实现系统性的实时动态仿真模拟。

面对实际工程需求，需要增强实时动态模拟仿真能力，希望获得一种结构可拓展、运行稳定可靠、且可实现实时动态模拟仿真功能的新型高压直流输电晶闸管级等效模拟设备。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种高压直流输电晶闸管级等效模拟设备。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种高压直流输电晶闸管级等效模拟设备，其改进之处在于，所述等效模拟设备采用可拓展模块化设计，所有模块依据高压直流输电工程中的6个阀塔设计，每个模块采用以小代大的原则模拟阀塔晶闸管的动态电气特性，所述等效模拟设备包括依次连接的模拟主控板和模拟TTM板，所述模拟TTM板卡与阀控系统触发监测板连接；所述模拟主控板和模拟TTM板封装在机箱中。

进一步地，所述模拟主控板用于完成与换流阀阀控系统和后台监控系统的高级数据链路控制HDLC通信，将上位机系统发来的模拟指令解析，整理本机箱12块模拟TTM板生成的阀基电子设备触发信号监测报文，监测模拟TTM板的状态和自身状态，并生成对应的报文；

所述模拟TTM板用于模拟触发和监测换流阀的晶闸管级，通过接收模拟主控板卡的信号模拟指令，将信号回报给阀控系统触发监测板，同时识别阀控系统触发监测板的触发光纤信号，并将模拟TTM板卡的状态回报信息通过背板发给主控板。

进一步地，所述模拟主控板卡包括核心逻辑处理单元、通信差分单元、功率适配单元、运行支持电路、光纤接口、电源电路和背板差分总线；所述运行支持电路分别与核心逻辑处理单元和通信差分单元连接；所述功率适配单元、电源电路和通信差分单元均与核心逻辑处理单元连接；所述功率适配单元与光纤接口连接；模拟主控板通过等效机箱的背板差分总线完成与模拟TTM板的通信；所述电源电路为模拟主控板卡供电。

进一步地，触发监测光信号通道与阀控系统的触发监测光信号通道在数量上和功能上1:1对应；每块所述模拟TTM板包括6个光信号发射接口和6个光信号接收接口，对应于工程中6级晶闸管触发监测单元；

所述光信号发射接口用于向阀控系统反馈模拟晶闸管状态监测信号，用于阀控系统的控制和保护逻辑判断；光信号接收信号用于从阀控系统接收控制信号和保护出口信号，对自身模拟触发监测的逻辑判断；

所述6个光信号发射接口和6个光信号接收接口相互不交叉，完全分裂独立配置。

进一步地，所述模拟TTM板由逻辑处理单元和接口电路组成，每块模拟TTM板负责6个晶闸管级的模拟与监测；

逻辑处理单元采用功能相同的双片FPGA芯片配置，逻辑处理单元通过背板差分总线与模拟主控板进行通信，通信内容包括：FPGA芯片状态、启停控制、阀控系统触发通道监测状态编码和模拟信令编码；接口电路包括光/电转换单元和电/光转换单元，光/电转换单元用于与阀控系统触发监测板卡的触发光纤信号的转换；电/光转换单元用于与阀控系统触发监测板卡的回报光纤信号的转换；

接口电路与两片FPGA芯片交叉通信，实现冗余设置，互为备用，构成两套同时运行的触发监测系统。

本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

1)结构采用可拓展模块化设计，每块模拟TTM板模拟6级晶闸管TTM板，实现对各类型工程设备的灵活接口；

2)对应工程的每块TTM板的模拟节点均包括一个光接收接口和一个光发射接口，可以随意拓展，实现试验平台模拟与工程设计完全1:1对应接口模拟；

3)模拟TTM板内采用两片冗余高速FPGA芯片配置，极大的提高试验平台实时动态模拟各类极端试验是的可靠性；

4)模拟TTM板内光电接口电路与两片FPGA芯片交叉通信，确保了FPGA芯片之间的互为备用。

附图说明

图1是本发明提供的HVDC晶闸管触发监测模拟模块机箱结构示意图；

图2是本发明提供的HVDC晶闸管级等效模拟设备主控板硬件架构示意图；

图3是本发明提供的HVDC晶闸管级模拟TTM板硬件架构及功能示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

本发明提出的一种新型高压直流输电晶闸管级等效模拟设备，该模拟设备采用可拓展模块化设计原则，所有模块依据工程中的6个阀塔设计，内部根据工程现场晶闸管运行特性和触发监测板的基本功能配置模拟板卡，其内部基本包括依次连接的模拟主控板和模拟TTM板，所述模拟TTM板卡与阀控系统触发监测板连接；所述模拟主控板和模拟TTM板封装在机箱中。电源由机柜内独立配置提供双电源供电，主控板主要负责完成与其他试验装置的HDLC通信，将上位机系统发来的模拟指令解析，整理本机箱12块模拟TTM板生成的VBE触发信号监测报文，监测本机箱的各种板卡状态和自身状态，并生成对应的报文。模拟TTM板主要用于模拟触发和监测换流阀的晶闸管级，通过接收主控板的信号模拟指令，将信号回报给阀控系统上的触发监测板，同时识别触发监测板的触发光纤信号，并将TTM的状态回报信息通过背板发给主控板，每块模拟TTM板基于对应模拟6级晶闸管触发监测单元设计，包 含高压直流输电工程应用的触发监测板的全部基本功能，以上各单元和板卡均采用分裂单元设计，可以根据工程的规模变化，进行自由的扩展和收缩，实现对应工程的灵活应用。

其中，在于触发监测光信号通道与阀控系统的触发监测光信号通道在数量上和功能上完全1:1对应，如图1所示，每块模拟TTM板卡包含6个光信号发射接口和6个光信号接收接口，对应于工程中6级晶闸管触发监测单元。光信号发射接口，用于向VBE反馈模拟晶闸管状态监测信号，用于阀控系统的控制和保护逻辑判断；光信号接收信号，用于从阀控系统接收控制信号和保护出口信号，用对自身模拟触发监测的逻辑判断。12个光信号接口相互不交叉，完全分裂独立配置。

其中，如图2所示，所述一种新型高压直流输电晶闸管级等效模拟设备的主控板由核心逻辑处理单元、通信差分单元、功率适配单元、运行支持电路、光纤接口、电源电路、背板差分总线等组成。其中核心逻辑处理单元采用DSP+FPGA的结构，主控板通过等效机箱的背板完成与模拟TTM板的通信。

其中，如图3所示，所述一种新型高压直流输电晶闸管级等效模拟设备的模拟TTM板由逻辑处理单元和接口电路组成，每块板卡负责6个晶闸管级的模拟与监测。逻辑处理单元采用双FPGA芯片配置，两片FPGA芯片功能相同，逻辑处理单元通过背板与本机箱主控板进行通信，通信内容主要是FPGA芯片状态、启停控制、阀控系统触发通道监测状态编码、模拟信令编码等。接口电路包括光/电、电/光转换单元，分别负责与阀控系统触发和监测板卡的触发与回报光纤信号的转换。接口电路与两片FPGA芯片交叉通信，实现互为备用，构成A/B两套同时运行的触发与监测系统。

本发明提供的一种高压直流输电晶闸管级等效模拟设备，基于可拓展的模块化设计原理，在对阀控系统的接口方面，实现全面模拟实际工程化，同时在实现晶闸管本身动态运行特性和TTM板卡基本功能的基础上，保证了针对阀控系统设备长时间实时动态模拟试验的能力。

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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。