一种紧凑型直流运行管理系统及其控制方法与流程

本发明涉及直流输电技术领域，尤其涉及一种紧凑型直流运行管理系统及其控制方法。

背景技术：

随着直流输电技术的不断发展，我国的直流工程建设进入了快速通道。为了更好地研究直流的控制保护特性，这需要一种能精确模拟现场直流控制保护系统功能和响应的方法。现有的方法普遍存在投资大、直流控制保护特性不够精确、二次开发难度大等缺点。

如何为提供一个投资较低、能精确模拟实际工程的控制保护特性、开发环境友好、可以对不同用户进行个性化定制的直流控制保护研究平台是亟待解决的问题。紧凑型模块化直流控制保护装置可以解决以上问题。但是采用紧凑化直流控制保护装置与实时仿真装置组成的系统，存在成本高，操作复杂的缺点。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种紧凑型直流运行管理系统及其控制方法，能有效降低采用紧凑化直流控制保护装置与实时仿真装置组成的系统的操作难度，具有结构简单和成本低的特点。

本发明一实施例提供一种紧凑型直流运行管理系统，包括：紧凑型直流控制保护装置、紧凑型直流实时仿真装置和管理平台；

所述管理平台，均与所述紧凑型直流控制保护装置、所述紧凑型直流实时仿真装置连接，用于向所述紧凑型直流实时仿真装置下发触发指令；其中，所述触发指令包括开关操作指令和直流故障触发指令；

所述紧凑型直流实时仿真装置，与所述紧凑型直流控制保护装置连接，用于根据所述触发指令进行实时仿真，生成运行状态数据，并将所述运行状态数据分别发送至所述管理平台和所述紧凑型直流控制保护装置；其中，所述运行状态数据包括电气量数据和开关状态数据；

所述紧凑型直流控制保护装置，用于根据所述运行状态数据，生成保护动作指令及其对应的保护动作信息，并向所述紧凑型直流实时仿真装置发送所述保护动作指令，向所述管理平台发送所述保护动作信息；

所述紧凑型直流实时仿真装置，还用于响应于所述保护动作指令，对直流系统进行实时仿真，以更新所述运行状态数据。

作为上述方案的改进，所述管理平台，还用于向所述紧凑型直流控制保护装置下发保护控制指令；其中，所述保护控制指令包括保护投退指令、保护控制参数和控制模式切换指令；

所述紧凑型直流控制保护装置，还用于响应于所述保护控制指令，生成保护操作指令及其对应的保护操作信息，并向所述紧凑型直流实时仿真装置发送所述保护操作指令，向所述管理平台发送所述保护操作信息；

所述紧凑型直流实时仿真装置，还用于响应于所述保护操作指令，对直流系统进行实时仿真，以更新所述运行状态数据。

作为上述方案的改进，所述紧凑型直流实时仿真装置包括实时仿真系统和fpga板卡；

所述实时仿真系统搭载于计算设备终端，所述计算设备终端存储有由所述实时仿真系统执行的用于对直流系统进行实时仿真的计算程序；

所述fpga板卡，均与所述紧凑型直流控制保护装置、所述实时仿真系统连接，用于接收来自所述实时仿真系统的运行状态数据，对所述运行状态数据进行协议转换，并将转换后的运行状态数据传输至所述紧凑型直流控制保护装置；接收来自所述紧凑型直流控制保护装置的保护动作指令，对所述保护动作指令进行协议转换，并将转换后的保护动作指令传输至所述实时仿真系统。

作为上述方案的改进，所述紧凑型直流控制保护装置与所述fpga板卡通过lc光纤连接，通过aurora协议进行传输数据；

所述实时仿真系统与所述fpga板卡通过以太网通讯连接，通过udp协议进行传输数据。

作为上述方案的改进，所述管理平台包括顺序控制培训模块；

所述顺序控制培训模块，用于设定各项直流操作的操作顺序；

所述顺序控制培训模块包括第一考试单元；

所述第一考试单元，均与所述紧凑型直流控制保护装置、所述紧凑型直流实时仿真装置连接，用于获取并执行操作人员的各项直流操作的操作指令，判断各项直流操作的操作指令的执行顺序是否均与所述操作顺序相匹配；若是，则生成考试成功信号；否则，则生成考试失败信号。

作为上述方案的改进，所述顺序控制培训模块包括第一培训单元；

所述第一培训单元，均与所述紧凑型直流实时仿真装置连接，用于获取任一开关操作指令，并将所述开关操作指令发送至所述紧凑型直流实时仿真装置；

所述紧凑型直流实时仿真装置，用于响应于所述开关操作指令，对所述直流系统进行仿真，并实时向所述第一培训单元反馈运行状态数据。

作为上述方案的改进，所述管理平台包括保护响应培训模块；

所述紧凑型直流实时仿真装置，用于预先设置故障点触发模型；

所述保护响应培训模块包括第二培训单元；

所述第二培训单元，均与所述紧凑型直流控制保护装置、所述紧凑型直流实时仿真装置连接，用于向所述紧凑型直流实时仿真装置下发直流故障触发指令，使得所述紧凑型直流实时仿真装置根据所述直流故障触发指令，对所述故障点触发模型进行仿真；接收并显示触发故障后的保护动作信息和运行状态数据。

作为上述方案的改进，所述保护响应培训模块包括第二考试单元；

所述保护响应培训模块，与所述紧凑型直流实时仿真装置连接，用于预先设置每个保护响应事件及对应的电气量变化趋势；

所述第二考试单元，均与所述紧凑型直流控制保护装置、所述紧凑型直流实时仿真装置连接，用于获取操作人员输入的保护响应事件和电气量变化情况；将所述保护响应事件对应的电气量变化趋势与所述电气量变化情况进行比较，根据比较结果对操作人员的操作进行评估。

作为上述方案的改进，所述紧凑型直流实时仿真装置与所述紧凑型直流控制保护装置通过lc光纤连接，通过aurora协议进行传输数据；

所述管理平台与所述紧凑型直流控制保护装置通过以太网通讯连接，通过udp协议进行传输数据；

所述管理平台与所述紧凑型直流实时仿真装置通过以太网通讯连接，通过ufp协议进行传输数据。

本发明另一实施例对应提供了一种紧凑型直流运行管理系统的控制方法，适用于上述的紧凑型直流运行管理系统，包括步骤：

管理平台向所述紧凑型直流实时仿真装置下发触发指令；其中，所述触发指令包括开关操作指令和直流故障触发指令；

所述紧凑型直流实时仿真装置根据所述触发指令进行实时仿真，生成运行状态数据，并将所述运行状态数据分别发送至所述管理平台和所述紧凑型直流控制保护装置；其中，所述运行状态数据包括电气量数据和开关状态数据；

所述紧凑型直流控制保护装置根据所述运行状态数据，生成保护动作指令及其对应的保护动作信息，并向所述紧凑型直流实时仿真装置发送所述保护动作指令，向所述管理平台发送所述保护动作信息；

所述紧凑型直流实时仿真装置响应于所述保护动作指令，对直流系统进行实时仿真，以更新所述运行状态数据。

与现有技术相比，本发明实施例公开的一种紧凑型直流运行管理系统及其控制方法，具有如下有益效果：

通过设置管理平台、紧凑型直流控制保护装置、紧凑型直流实时仿真装置，实现管理平台向所述紧凑型直流实时仿真装置下发触发指令，进而通过紧凑型直流实时仿真装置，实现根据所述触发指令进行实时仿真，生成运行状态数据，并将所述运行状态数据分别发送至所述管理平台和所述紧凑型直流控制保护装置，进而通过紧凑型直流控制保护装置，实现根据所述运行状态数据，生成保护动作指令及其对应的保护动作信息，并向所述紧凑型直流实时仿真装置发送所述保护动作指令，向所述管理平台发送所述保护动作信息，从而所述紧凑型直流实时仿真装置响应于所述保护动作指令，对直流系统进行实时仿真，以更新所述运行状态数据，这样实现准确仿真模拟直流系统的控制保护特性，提供一种结构简易的采用紧凑化直流控制保护装置与实时仿真装置组成的系统，从而能有效降低该系统的操作难度，同时具有成本低的特点。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种紧凑型直流运行管理系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的紧凑型直流实时仿真装置的结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的一种紧凑型直流运行管理系统的控制方法的流程示意图；

图4是本发明实施例三提供的一种紧凑型直流运行管理系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例一提供的一种紧凑型直流运行管理系统的结构示意图，所述系统包括：紧凑型直流控制保护装置11、紧凑型直流实时仿真装置12和管理平台13；

所述管理平台13，均与所述紧凑型直流控制保护装置11、所述紧凑型直流实时仿真装置12连接，用于向所述紧凑型直流实时仿真装置12下发触发指令；其中，所述触发指令包括开关操作指令和直流故障触发指令；

所述紧凑型直流实时仿真装置12，与所述紧凑型直流控制保护装置11连接，用于根据所述触发指令进行实时仿真，生成运行状态数据，并将所述运行状态数据分别发送至所述管理平台13和所述紧凑型直流控制保护装置11；其中，所述运行状态数据包括电气量数据和开关状态数据；

所述紧凑型直流控制保护装置11，用于根据所述运行状态数据，生成保护动作指令及其对应的保护动作信息，并向所述紧凑型直流实时仿真装置12发送所述保护动作指令，向所述管理平台13发送所述保护动作信息；

所述紧凑型直流实时仿真装置12，还用于响应于所述保护动作指令，对直流系统进行实时仿真，以更新所述运行状态数据。

在一些实施例中，所述管理平台13，还用于向所述紧凑型直流控制保护装置11下发保护控制指令；其中，所述保护控制指令包括保护投退指令、保护控制参数和控制模式切换指令；

所述紧凑型直流控制保护装置11，还用于响应于所述保护控制指令，生成保护操作指令及其对应的保护操作信息，并向所述紧凑型直流实时仿真装置12发送所述保护操作指令，向所述管理平台发送所述保护操作信息；

所述紧凑型直流实时仿真装置12，还用于响应于所述保护操作指令，对直流系统进行实时仿真，以更新所述运行状态数据。

在一种优选的实施例中，所述紧凑型直流实时仿真装置12与所述紧凑型直流控制保护装置11通过lc光纤连接，通过aurora协议进行传输数据。

在一种优选的实施例中，所述管理平台13与所述紧凑型直流控制保护装置12通过以太网通讯连接，通过udp协议进行传输数据。

在一种优选的实施例中，所述管理平台13与所述紧凑型直流实时仿真装置11通过以太网通讯连接，通过ufp协议进行传输数据。

具体的，请参见图1，紧凑型直流控制保护装置11与紧凑型直流实时仿真装置12双向连接，紧凑型直流实时仿真装置12向紧凑型直流控制保护装置11传输直流系统的电气量数据(即电流数据和电压数据)和开关状态数据，紧凑型直流控制保护装置11向紧凑型直流实时仿真装置12传输保护动作指令和保护操作指令。其中，保护动作指令和保护操作指令具体为触发角、开关控制指令和换流变分接头调节指令。紧凑型直流控制保护装置11与管理平台13双向连接，紧凑型直流控制保护装置11向管理平台13传输保护动作信息、控制模式信息和录波文件，管理平台13向紧凑型直流控制保护装置11下发保护控制指令，即保护投退指令、保护控制参数和控制模式切换指令。紧凑型直流实时仿真装置12与管理平台13双向连接，紧凑型直流实时仿真装置12向管理平台13传输直流系统的电气量数据和开关状态数据，管理平台13向紧凑型直流实时仿真装置12传输开关操作指令和直流故障触发指令(即保护触发指令)。

更具体的，紧凑型直流控制保护装置11提供了一个投资较低、能精确模拟实际工程的控制保护特性、开发环境友好、可以对不同用户进行个性化定制的直流控制保护研究平台。紧凑型直流控制保护装置11用于运行直流控制保护程序，根据管理平台13发送的保护控制指令或紧凑型直流实时仿真装置12发送的运行状态数据生成保护指令(包括保护动作指令和保护操作指令)，并将其发送至紧凑型直流实时仿真装置12。管理平台13将开关操作指令和直流故障触发指令传输到紧凑型直流实时仿真装置12，而后紧凑型直流实时仿真装置12中的运行状态数据实时传输到管理平台13并进行显示。此外，管理平台与紧凑型直流控制保护装置11传输控制参数设置、录波信息、保护动作信息等信息。

在一些实施例中，参见图2，是本发明实施例一提供的紧凑型直流实时仿真装置的结构示意图，所述紧凑型直流实时仿真装置12包括实时仿真系统和fpga板卡122；

所述实时仿真系统搭载于计算设备终端121，所述计算设备终端121存储有由所述实时仿真系统执行的用于对直流系统进行实时仿真的计算程序；

所述fpga板卡122，均与所述紧凑型直流控制保护装置11、所述实时仿真系统连接，用于接收来自所述实时仿真系统的运行状态数据，对所述运行状态数据进行协议转换，并将转换后的运行状态数据传输至所述紧凑型直流控制保护装置11；接收来自所述紧凑型直流控制保护装置11的保护动作指令，对所述保护动作指令进行协议转换，并将转换后的保护动作指令传输至所述实时仿真系统。

优选的，所述紧凑型直流控制保护装置11与所述fpga板卡122通过lc光纤连接，通过aurora协议进行传输数据；

所述实时仿真系统与所述fpga板卡122通过以太网通讯连接，通过udp协议进行传输数据。

需要说明的是，计算设备终端121的主板至少具备4个千兆网口，至少预留2个pci接口；bios设置需要禁用即插即用，禁用pci类0xff板检测，需要禁用超线程、睿频等功能。计算设备终端121的cpu为4核及以上，单核主频尽可能高；必须支持高级可编程中断控制器(apic)接口；如英特尔酷睿2双核，英特尔酷睿2四核和后续处理器；或者支持sse2指令集的处理器。计算设备终端121的内存至少大于等于8gb，频率至少大于2133mhz。计算设备终端121的硬盘满足存储运行数据和支撑系统运行，不小于128gb，以及接口型式为m.2接口(nvme协议)。计算设备终端121通过网口与fpga板卡122通讯连接，具体为计算设备终端121使用网线与fpga进行通信，并且用户数据报协议(udp)通信。此外，计算设备终端121搭载有实时仿真系统，实时仿真系统具体为simulinkrealtime实时仿真系统，在matlab软件中的simulink内搭建一次系统。实时仿真系统采用一次系统对直流系统进行实时仿真，输出运行状态数据。

fpga板卡122存储有数据协议转换的计算程序，具体为接收计算设备终端121通过udp协议发送的运行状态数据，进而采用计算程序将该udp协议数据转换为aurora协议数据，然后将aurora协议的运行状态数据通过光口连接的lc光纤发送给紧凑型直流控制保护装置11。类似的，接收紧凑型直流控制保护装置11通过aurora协议发送的保护动作指令，进而采用计算程序将该aurora协议数据转换为udp协议数据，然后将udp协议的运行状态数据通过以太网发送给实时仿真系统，使得实时仿真系统响应于该保护动作指令进行实时仿真。

本实施例中，紧凑型直流实时仿真装置12通过设置实时仿真系统和fpga板卡，可以避免现有技术中采用实时仿真装置的仿真模拟过程中连接结构复杂，操作复杂的情况，大大简化了系统结构。

在一些实施例中，管理平台13提供一个直流运行人员培训的系统，其功能包括顺序控制培训，具体如下：

所述管理平台13包括顺序控制培训模块；

所述顺序控制培训模块，用于设定各项直流操作的操作顺序；

所述顺序控制培训模块包括第一考试单元；

所述第一考试单元，均与所述紧凑型直流控制保护装置11、所述紧凑型直流实时仿真装置12连接，用于获取并执行操作人员的各项直流操作的操作指令，判断各项直流操作的操作指令的执行顺序是否均与所述操作顺序相匹配；若是，则生成考试成功信号；否则，则生成考试失败信号。

所述顺序控制培训模块包括第一培训单元；

所述第一培训单元，均与所述紧凑型直流实时仿真装置12连接，用于获取任一开关操作指令，并将所述开关操作指令发送至所述紧凑型直流实时仿真装置；

所述紧凑型直流实时仿真装置12，用于响应于所述开关操作指令，对所述直流系统进行仿真，并实时向所述第一培训单元反馈运行状态数据。

需要说明的是，各项直流操作均有一个规程，比如操作到闭锁状态需要按照某个操作顺序进行。在顺序控制培训模块中，预先定制每项直流操作的操作顺序，在执行考试时判断操作人员是否按照指定的操作顺序进行操作，若未按照该操作顺序进行操作，则显示并提醒考试失败信号。另外，各操作指令(具体包括开关操作指令和直流故障触发指令)直接传输到紧凑型直流实时仿真装置12，并实时显示电气量数据的变化。在培训模式时，任意对开关进行操作，相应的开关操作指令传输至紧凑型直流实时仿真装置12，而后反馈向管理平台反馈电气量数据。

在一些实施例中，管理平台13提供一个直流运行人员培训的系统，其功能包括直流保护响应培训，具体如下：

所述管理平台13包括保护响应培训模块；

所述紧凑型直流实时仿真装置12，用于预先设置故障点触发模型；

所述保护响应培训模块包括第二培训单元；

所述第二培训单元，均与所述紧凑型直流控制保护装置、所述紧凑型直流实时仿真装置12连接，用于向所述紧凑型直流实时仿真装置12下发直流故障触发指令，使得所述紧凑型直流实时仿真装置根据所述直流故障触发指令，对所述故障点触发模型进行仿真；接收并显示触发故障后的保护动作信息和运行状态数据。

所述保护响应培训模块包括第二考试单元；

所述保护响应培训模块，与所述紧凑型直流实时仿真装置12连接，用于预先设置每个保护响应事件及对应的电气量变化趋势；

所述第二考试单元，均与所述紧凑型直流控制保护装置11、所述紧凑型直流实时仿真装置12连接，用于获取操作人员输入的保护响应事件和电气量变化情况；将所述保护响应事件对应的电气量变化趋势与所述电气量变化情况进行比较，根据比较结果对操作人员的操作进行评估。

需要说明的是，先在紧凑型直流实时仿真装置12预设故障点触发模型，其故障点触发模型可以是变电阻模型。当管理平台13下发该故障点的触发信号，故障点触发模型的电阻会变化，可以从无穷大变为无穷小(实现对地短路)，也可以从无穷小变为无穷大(实现开路故障)。在保护响应培训模块中，预设每个保护响应事件及对应的直流系统的电气量变化趋势，在进入考试模式时，操作人员输入保护响应事件和电气量变化情况，并与预设该保护响应事件对应的电气量变化趋势进行正确答案匹配，输出比较结果(0～100％)。在培训模式时，管理平台向紧凑型直流实时仿真装置12下发保护触发信号以进行故障仿真，而后管理平台显示触发故障后的电气量数据、开关状态数据及保护动作信息等信息。

本发明实施例提供的一种紧凑型直流运行管理系统，通过设置管理平台、紧凑型直流控制保护装置、紧凑型直流实时仿真装置，实现管理平台向所述紧凑型直流实时仿真装置下发触发指令，进而通过紧凑型直流实时仿真装置，实现根据所述触发指令进行实时仿真，生成运行状态数据，并将所述运行状态数据分别发送至所述管理平台和所述紧凑型直流控制保护装置，进而通过紧凑型直流控制保护装置，实现根据所述运行状态数据，生成保护动作指令及其对应的保护动作信息，并向所述紧凑型直流实时仿真装置发送所述保护动作指令，向所述管理平台发送所述保护动作信息，从而所述紧凑型直流实时仿真装置响应于所述保护动作指令，对直流系统进行实时仿真，以更新所述运行状态数据，这样实现准确仿真模拟直流系统的控制保护特性，提供一种结构简易的采用紧凑化直流控制保护装置与实时仿真装置组成的系统，从而能有效降低该系统的操作难度，同时具有成本低的特点。

参见图3，是本发明实施例二提供的一种紧凑型直流运行管理系统的控制方法的流程示意图，适用于上述实施例所述的紧凑型直流运行管理系统，所述系统包括紧凑型直流控制保护装置、紧凑型直流实时仿真装置和管理平台。所述控制方法包括步骤s21至s24。

s21、管理平台向所述紧凑型直流实时仿真装置下发触发指令；其中，所述触发指令包括开关操作指令和直流故障触发指令；

s22、所述紧凑型直流实时仿真装置根据所述触发指令进行实时仿真，生成运行状态数据，并将所述运行状态数据分别发送至所述管理平台和所述紧凑型直流控制保护装置；其中，所述运行状态数据包括电气量数据和开关状态数据；

s23、所述紧凑型直流控制保护装置根据所述运行状态数据，生成保护动作指令及其对应的保护动作信息，并向所述紧凑型直流实时仿真装置发送所述保护动作指令，向所述管理平台发送所述保护动作信息；

s24、所述紧凑型直流实时仿真装置响应于所述保护动作指令，对直流系统进行实时仿真，以更新所述运行状态数据。

本发明实施例提供的一种紧凑型直流运行管理系统，通过设置管理平台、紧凑型直流控制保护装置、紧凑型直流实时仿真装置，实现管理平台向所述紧凑型直流实时仿真装置下发触发指令，进而通过紧凑型直流实时仿真装置，实现根据所述触发指令进行实时仿真，生成运行状态数据，并将所述运行状态数据分别发送至所述管理平台和所述紧凑型直流控制保护装置，进而通过紧凑型直流控制保护装置，实现根据所述运行状态数据，生成保护动作指令及其对应的保护动作信息，并向所述紧凑型直流实时仿真装置发送所述保护动作指令，向所述管理平台发送所述保护动作信息，从而所述紧凑型直流实时仿真装置响应于所述保护动作指令，对直流系统进行实时仿真，以更新所述运行状态数据，这样实现准确仿真模拟直流系统的控制保护特性，提供一种结构简易的采用紧凑化直流控制保护装置与实时仿真装置组成的系统，从而能有效降低该系统的操作难度，同时具有成本低的特点。

参见图4，是本发明实施例三提供的一种紧凑型直流运行管理系统的控制方法的流程示意图，适用于上述实施例所述的紧凑型直流运行管理系统。所述控制方法包括步骤s31至s33。

s31、管理平台向所述紧凑型直流控制保护装置下发保护控制指令；其中，所述保护控制指令包括保护投退指令、保护控制参数和控制模式切换指令；

s32、所述紧凑型直流控制保护装置响应于所述保护控制指令，生成保护操作指令及其对应的保护操作信息，并向紧凑型直流实时仿真装置发送所述保护操作指令，向所述管理平台发送所述保护操作信息；

s33、所述紧凑型直流实时仿真装置响应于所述保护操作指令，对直流系统进行实时仿真，以更新所述运行状态数据。

本发明实施例提供的一种紧凑型直流运行管理系统，通过设置管理平台、紧凑型直流控制保护装置、紧凑型直流实时仿真装置，实现管理平台向所述紧凑型直流控制保护装置下发保护控制指令，进而通过紧凑型直流控制保护装置响应于所述保护控制指令，生成保护操作指令及其对应的保护操作信息，并向紧凑型直流实时仿真装置发送所述保护操作指令，向所述管理平台发送所述保护操作信息，从而紧凑型直流实时仿真装置响应于所述保护操作指令，对直流系统进行实时仿真，以更新所述运行状态数据，这样实现准确仿真模拟直流系统的控制保护特性，提供一种结构简易的采用紧凑化直流控制保护装置与实时仿真装置组成的系统，从而能有效降低该系统的操作难度，同时具有成本低的特点。

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