专利名称：高压子模块试验监控系统的制作方法
高压子模块试验监控系统技术领域
本发明属于电力系统控制技术领域，具体涉及一种应用于电力电子装置高压子 模块试验的监控系统。
背景技术：
为了对MMC方式的柔性直流输电装置的高压子模块进行试验，需要对高压模块 进行充分的试验，试验装置通过一系列项目的试验对高压子模块进行考核，以验证高压 模块设计是否合格和工程适用性。本发明的试验监控系统就是为高压子模块试验装置提 供试验控制和监视功能。目前现有技术中还没有此类高压子模块试验的监控系统。发明内容
为了实现对高压子模块试验装置的试验控制和监视功能，本发明提供了一种应 用于电力电子装置高压子模块试验的监控系统，包括一次设备、阀基控制器和人机界 面管理模块；图3高压子模块试验平台总体结构示意图。
所述一次设备包括直流电源、两个高压子模块和电感；所述阀基控制器负责和 高压模块之间的通信，同时实现和监控系统的之间的通信；所述监控系统负责完成和阀 基控制器之间的通信，并负责完成与高压子模块试验系统的监测和控制；所述监控系统 由控制器和上位机组成；
所述控制器的功能包括通信、控制和保护逻辑功能；
所述控制器的通信功能包括负责实现和阀基控制器之间的通信，同时完成和 上位机之间的通信；
所述监控系统还具有人机界面管理模块，包括通信、信息监视、操作控制功能 和信息管理功能；
人机界面管理模块通过分层分级的设计，设计为底层通信驱动层、应用通信接 口层和应用程序功能层；所述应用程序功能层包括通信规约模块、试验操作功能实现、 数据信息管理和人机交互界面四大功能模块。
其中，所述控制器采用ALTERA公司的EP2C20实现光纤通信数据的处理，其中 光纤连接采用型号为HFBR-M12/HFBR-1414的光线收发器实现光纤通道连接，通信协 议采用的是HDLC(IEC60044-8)；采用两片TI公司的TMS320F28335芯片实现控制保护 逻辑和PWM调制，其中DSP-BH负责控制保护逻辑的实现，同时实现和上位机的CAN 通信功能，DSP-PWM负责实现PWM调制。
其中，所述上位机具有的应用通信接口层通过设计接口文件将CAN2.0驱动文件 封装成通信接口文件，监控系统通过调用通信接口文件实现对CAN2.0通信资源的使用； 通信接口文件实现了对驱动程序中CAN接口的打开函数、关闭函数、初始化函数、启动 函数、清缓冲区函数、复位函数、传输函数和接收函数的封装。
其中，所述应用程序功能层通过应用通信接口层实现及底层通信驱动层实现和高压SM模块控制保护单元的通信，控制保护单元将高压SM、VBC监控信息通过按照通 信规约的约定将信息上传，应用程序功能层复制解释、显示以及记录保存监控信息；监 控信息的数据信息管理模块负责实现试验系统的模块监测信息、SOE事件、操作信息的 保存、查询和存档；人机交互功能模块负责将显示高压子模块试验装置的监控信息，同 时将用户的操作转换成相关的控制指令下发给控制保护单元，用于高压子模块试验的监 控系统控制器和界面风格与操作。
其中，所述控制器通过光纤通信完成和阀基控制器之间的物理通道连 接，其中光纤头为HFBR-1414，采用FPGA芯片进行数据处理，通信协议采用 HDLC (IEC60044-8),通信速率为14J8M ； FPGA处理完成数据之后放入片内内存，由 DSP-BH读取数据并作处理。DSP-PWM芯片负责产生PWM调制，定时写入双口 RAM 中，DSP-BH定时读取信息，然后写入FPGA芯片中，由FPGA将信息通过HFBR-M12 发送给阀基控制器。
其中，上位机通过CAN2.0B通信协议和控制器完成通信，其中通信协议为自定 义协议，通信内容包括巡检信息、SOE信息、控制操作和参数设置操作；信息监视将通 过CAN2.0B接收的信息通过图形界面显示出来，同时为试验人员提供操作界面，将操作 信息转换成控制命令通过CAN2.0B通信方式下发给控制器；操作控制功能包括遥控和参 数设置功能；信息管理功能包括操作人员管理、操作信息管理和试验运行信息的记录查 询功能。
本发明的有益效果是本发明的高压子模块试验监控系统可满足MMC方式柔 性直流输电系统的高压子模块试验的操作控制和监视功能，并正在实际的高压子模块试 验中使用。控制器实现了高压子模块试验的控制保护逻辑和PWM调制波形的产生。人 机界面管理模块通过通讯完成和控制器的通信，实现各种信息的上传和操作设置信息的 下发。通过人机交互界面实现监视信息的现实、试验设备和信息的现实以及试验操作的 下发。并实现了设置信息的存储及操作信息的存储。本发明的高压子模块试验监控系 统可有效满足MMC方式的柔性直流输电系统的高压子模块试验的试验控制操作和监视功 能。
图1是监控系统的控制器硬件结构示意图2是高压子模块试验的监控系统人机界面管理模块的结构示意图3高压子模块试验平台总体结构示意图4示出了人机界面管理软件的通信接口部分的层次结构示意图5示出了系统的主接线示意图。
图6示出了系统的设备状态示意图。
下面结合附图对本发明进一步说明。
具体实施方式
(1)高压控制器结构说明
控制器由一块核心控制板和接口板实现，其中控制器的硬件资源主要由一片ALTERA公司的型号为EP2C20的FPGA芯片、两片TI公司的型号为TMS320F^335的 DSPP 芯片(分别为 DSP-BH 和 DSP-PWM)、一片型号为 IDT70V24S35PF 的 DP-RAM芯片组成，控制器和阀基控制单元之间的通信通过HFBR-2412/HFBR-1414光收发器实 现，控制器和人机界面管理软件之间的通信通过核心板的DSP-BH芯片的ECAN资源实 现。控制器的还包括一块接口板实现IO信号的接收IO信号，并提供和人机界面管理软 件CAN之间的通信接口。监控系统的控制器硬件结构示意图如图1所示。
(2)人机界面管理模块结构说明
人机界面管理软件通过分层分级的设计思想，将软件设计为底层通信驱动层、 应用通信接口层和应用程序功能层。其中底层通信驱动层采用的是周立功公司的PCI板 卡中的CAN2.0驱动，该驱动由厂家提供，本软件通过应用通信接口层对CAN2.0驱动进 行接口封装，成为本程序软件的通用通信接口，负责实现和试验控制平台其他设备单元 的通信。应用程序功能层包括前置通信规约模块、试验操作功能实现、数据库信息管理 和人机交互界面四大功能模块。高压子模块试验的监控系统人机界面管理模块的结构， 如图2所示。下面对该监控系统的各个模块和功能进行详细的例举性描述。
1.高压子模块试验监控系统的控制器功能
高压子模块试验监控系统的控制器的功能分别由DSP-PWM、DSP-BH和FPGA 芯片实现。整个控制器功能进行如下设计
(I)DSP-PWM芯片负责产生PWM触发脉冲信息，DSP-PWM芯片利用使用定 时器产生一个周期为IOOus的定时器中断，定时器中断服务函数定时每Ims设定DSP芯 片上的EPWM定时器的比较寄存器，使DSP-PWM产生一对相位相反的正弦脉宽调制 (SPWM),中断函数每IOOus定时将这两个PWM调制波写入DP-RAM芯片，并启动另一端的中断信号。
(2)DSP-BH芯片采用外部中断1实现读取DP-RAM中的PWM信息，判断当 前试验系统的状态，形成控制保护逻辑，并写入FPGA芯片，其执行与DSP-PWM芯 片发出的中断信号同步，周期为IOOus ；实现和人机界面管理软件的通信，接收人机界 面管理软件的控制操作，同时将试验状态信息上传给人机界面管理软件，通信方式采用 DSP-BH芯片集成的ECAN控制器实现，用户协议采用自定义规约；采用外部中断2实 现读取FPGA接收的信息。
(3) FPGA芯片负责接收DSP-BH写入的控制保护信息和PWM信息，并通 过光纤通信将信息发送给阀基控制器，光纤发送器为HFBR-1414;负责接收阀基控 制器上送的试验信息，存入片内RAM，并向DSP-BH发出中断信号。光纤通信采用 HDLC (IEC60044-8)通信协议。
2.高压子模块试验监控系统的人机界面管理软件功能
高压子模块试验监控系统的人机界面管理软件给用户提供直观、及时的试验信 息，并给用户提供安全可靠的用户操作界面。人机界面管理软件模块在用户和整个系统 的互联中起着重要的交互作用。
人机界面管理软件模块是一整套关于高压子模块试验监控系统的人机交互的软 件集合，此套软件根据系统的需要应提供
(1)实时提供刀闸与断路器开、合状态。
(2)准确及时地接收、处理、显示高压子模块试验监控系统的工作状态和基本电量数值。
(3)对各类参数进行整定、查询。
(4)对系统的各类事件、报警及时记录并提供方便查询。
高压子模块试验监控系统的人机界面管理软件采用了标准的操作系统组件和通 讯协议，在人机界面管理软件和底层的保护、控制、采集以及远方调度系统之间建立稳 定、可靠、安全、高效的信息交换通路。通过当地人机界面管理软件用户可以实现与高 压子模块试验装置的保护、控制、采集等其他系统的图形互联。
高压子模块试验监控系统的人机界面管理软件主要由几个部分组成
(1)通信接口部分；
(2)前置通信部分；
(3) SCADA数据处理部分；
(4)权限管理部分；
(5)数据库管理部分；
(6)用户界面部分。
人机界面管理软件的各部分之间数据相互交换，以完成整个监视和控制功能， 下面将分别介绍几个功能部分的设计和实现。
2.1.通信接口部分
高压子模块试验监控系统的人机界面管理软件通信接口部分为软件提供CAN通 信通道，通信接口部分采用CAN2.0通信网络，所采用的硬件是广州致远电子有限公司提 供的型号PCI-9820的CAN双路接口卡。
广州致远电子有限公司的PCI-9820通信接口卡为PCI接口卡，按照该公司提供 的驱动程序按照好硬件设备，在此基础上人机界面管理软件通过调用该产品提供的接口 通信函数动态链接库ContralCAN.dll完成CAN卡的使用和管理。
图4示出了人机界面管理软件的通信接口部分的层次结构示意图，人机界面管 理软件采用VisualStadio.NET C#语言对ContralCAN.dll接口函数集进行了封装，使得用户 可以在C#中调用ContralCAN.dll的函数，以完成对CAN卡的使用。C#对ContralCAN. dll封装的接口函数列表如下
c#空间内封装接口类名CANLibNum函数封装CANLib类内的成员函数名功能1[DllImport( "ControICAN.dll", EntryPoint="VC[_OpenDevice", CharSet-CharSet.Auto )]public static extern int VCI OpenDevice( uint devType, uint devlndex,uint reserved);打开 CAN 设备2[DllImport( "ControlCAN.dll", EntryPoint-MVCI_CloseDeviceM, CharSet=CharSet.Auto )]public static extern int VCI CloseDevice( uint devType, uint devlndex);关闭 CAN 设备3[DllImport( "ControlCAN.dll", EntryPoint-MVCIJnitCAN", CharSet=CharSet-Auto )]public static extern int VCI lnitCan( uint devType, uint devlndex, uint canlndex,[ln, Out] InitConfig initConfig);初始化 CAN 设备4[DlIImport( "ControlCAN.dll", EntryPoint="VCI—StartC AN’’， CharSet-CharSetAuto )]public static extern int VCI_StartCAN(uint devType, uint devlndex, uint canlndex );启动 CAN 设备5[DllImport( "ControlCAN.dll", EntryPoint="VCl GetReceiveNum*',public static extern ulong VCI_GetReceiveNum( uint devType, uint devlndex, uint canlndex);获取
CharSet=CharSet-Auto )]CAN 接收信 息数量6[DIlImport( "ControlCAN.dll", EntiyPoint-"VCI_ClearBuffer", CharSet=CharSet-Auto )]public static extern int VCI_ClearBuffer( uint devType, uint devlndex, uint canlndex );清除 CAN 缓冲区7[DllImport( "ControlCAN.dll", EntryPoint=nVCIResetCAN", CharSet=CharSet.Auto )]public static extern int VCI_ResetCAN( uint devType, uint devlndex, uint canlndex );重置 CAN 设备8[DllImport( "ControlCAN.dll", EntryPoint="VCI_Transmit", CharSet=CharSet-Auto )]public static extern uint VCI_Transmit( uint devType, uint devlndex, uint canlndex, [In, Out] CanObj CanObjjUlong Ien);通过 CAN 发送 数据9[DllImport( "ControlCAN.dll'*, EntiyPoint-"VCI_Receive", CharSet=CharSetAuto )]public static extern uint VCI Receive( uint devType, uint devlndex, uint canlndex, [In, Out] CanObj canObj,ulong Ien，int waitTime);通过 CAN 接收 数据10[DlUmport( "ControlCAN.dll", EntryPoint-"VCI_ReadErrInfo", CharSet=CharSetAuto )]public static extern int VCI_ReadErrInfo( uint devType, uint devlndex, uint canlndex, [In, Out] ErrInfo errlnfo);读取 CAN 错误 fn息
2.2.前置通信部分
人机界面管理软件的前置通信部分主要负责实现软件的通信协议，本软件所使用的用户通信协议为公司内部使用的通信规约。人机界面管理软件和试验控制器组成的 监控系统通过CAN网络形成通信网络，实现试验信息的交换。
在CAN网络中，包括人机界面管理软件和控制器两个节点。两个CAN节点信 息分别为
权利要求
1.一种应用于电力电子装置高压子模块试验的监控系统，其特征在于包括一次设 备、阀基控制器和人机界面管理模块；所述一次设备包括直流电源、两个高压子模块和电感；所述阀基控制器负责和高压 模块之间的通信，同时实现和监控系统的之间的通信；所述监控系统负责完成和阀基控 制器之间的通信，并负责完成与高压子模块试验系统的监测和控制；所述监控系统由控 制器和上位机组成；所述控制器的功能包括通信、控制和保护逻辑功能；所述控制器的通信功能包括负责实现和阀基控制器之间的通信，同时完成和上位 机之间的通信；所述监控系统还具有人机界面管理模块，包括通信、信息监视、操作控制功能和信 息管理功能；人机界面管理模块通过分层分级的设计，设计为底层通信驱动层、应用通信接口层 和应用程序功能层；所述应用程序功能层包括通信规约模块、试验操作功能实现、数据 信息管理和人机交互界面四大功能模块。
2.依据权利要求1所述的监控系统，其特征在于所述控制器采用ALTERA公司的EP2C20实现光纤通信数据的处理，其中光纤连接采 用型号为HFBR-2412/HFBR-1414的光线收发器实现光纤通道连接，通信协议采用的是 HDLC (IEC60044-8)；采用两片TI公司的TMS320F28335芯片实现控制保护逻辑和PWM 调制，其中DSP-BH负责控制保护逻辑的实现，同时实现和上位机的CAN通信功能， DSP-PWM负责实现PWM调制。
3.依据权利要求1所述的监控系统，其特征在于所述上位机具有的应用通信接口层通过设计接口文件将CAN2.0驱动文件封装成通信 接口文件，监控系统通过调用通信接口文件实现对CAN2.0通信资源的使用；通信接口文 件实现了对驱动程序中CAN接口的打开函数、关闭函数、初始化函数、启动函数、清缓 冲区函数、复位函数、传输函数和接收函数的封装。
4.依据权利要求2或3所述的监控系统，其特征在于所述应用程序功能层通过应用通信接口层实现及底层通信驱动层实现和高压SM模块 控制保护单元的通信，控制保护单元将高压SM、VBC监控信息通过按照通信规约的约 定将信息上传，应用程序功能层复制解释、显示以及记录保存监控信息；监控信息的数 据信息管理模块负责实现试验系统的模块监测信息、SOE事件、操作信息的保存、查询 和存档；人机交互功能模块负责将显示高压子模块试验装置的监控信息，同时将用户的 操作转换成相关的控制指令下发给控制保护单元，用于高压子模块试验的监控系统控制 器和界面风格与操作。
5.依据权利要求2或3所述的监控系统，其特征在于所述控制器通过光纤通信完成和阀基控制器之间的物理通道连接，其中光纤头为 HFBR-1414,采用FPGA芯片进行数据处理，通信协议采用HDLC，IEC60044-8,通信 速率为14.28M ； FPGA处理完成数据之后放入片内内存，由DSP-BH读取数据并作处 理，DSP-PWM芯片负责产生PWM调制，定时写入双口 RAM中，DSP-BH定时读取信 息，然后写入FPGA芯片中，由FPGA将信息通过HFBR-2412发送给阀基控制器。
6.依据权利要求2或3所述的监控系统，其特征在于上位机通过CAN2.0B通信协议和控制器完成通信，其中通信协议为自定义协议，通 信内容包括巡检信息、SOE信息、控制操作和参数设置操作；信息监视将通过CAN2.0B 接收的信息通过图形界面显示出来，同时为试验人员提供操作界面，将操作信息转换成 控制命令通过CAN2.0B通信方式下发给控制器；操作控制功能包括遥控和参数设置功 能；信息管理功能包括操作人员管理、操作信息管理和试验运行信息的记录查询功能。
全文摘要
本发明属于电力系统控制技术领域，具体涉及一种应用于电力电子装置高压子模块试验的监控系统。包括一次设备、阀基控制器和人机界面管理模块；其中，一次设备包括直流电源、两个高压子模块和电感；所述阀基控制器负责和高压模块之间的通信，同时实现和监控系统的之间的通信；所述监控系统负责完成和阀基控制器之间的通信，并负责完成与高压子模块试验系统的监测和控制；所述监控系统由控制器和上位机组成。本发明的监控系统可有效满足MMC方式的柔性直流输电系统的高压子模块试验的试验控制操作和监视功能。
文档编号H04L12/26GK102023627SQ20101055721
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者俞国勤, 刘隽, 张宇, 易荣, 汤广福, 谢敏华, 赵彩萍 申请人:上海市电力公司, 中国电力科学研究院