專利名稱：直流保護(hù)和直流控制系統(tǒng)之間的通訊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及在直流換流站中保護(hù)設(shè)備與控制設(shè)備之間的信號(hào)交互和通訊裝 置以及與此相關(guān)的控制保護(hù)設(shè)備。
技術(shù)背景 高壓直流輸電由于其特有的優(yōu)點(diǎn)，如長(zhǎng)距離、大功率、異步聯(lián)網(wǎng)、功率快速調(diào) 節(jié)性、潮流可控性、輸電經(jīng)濟(jì)性等，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。由于高壓直流輸電系統(tǒng)輸 電功率大，直流部分分成控制和保護(hù)兩個(gè)部分，分別完成換流變直流部分的控制和保護(hù) 功能。[0003]在直流換流站中，保護(hù)設(shè)備(PPR) —般與直流控制系統(tǒng)(PCP)進(jìn)行雙向的信號(hào) 交換，保護(hù)設(shè)備發(fā)給控制系統(tǒng)的信號(hào)主要包括閉鎖、極平衡命令、功率回降命令和線路 重啟命令等，控制系統(tǒng)發(fā)給保護(hù)設(shè)備的信號(hào)主要包括直流極的運(yùn)行狀態(tài)等信號(hào)，具體的 信號(hào)交換示意圖如附圖1所示。在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的直流換流站中，保護(hù)設(shè)備與控制系統(tǒng)之間或采用基于繼電器的電 氣通訊方式，這種傳統(tǒng)的通訊方式通過(guò)繼電器接點(diǎn)的分合來(lái)傳遞開(kāi)關(guān)量信號(hào)；或采用低 速總線的通訊方式，比如CAN總線等。采用基于繼電器的通訊裝置，傳遞的信號(hào)數(shù)量與繼電器的個(gè)數(shù)成正比，傳遞的 信號(hào)數(shù)量越多所需要配置的繼電器數(shù)量越多，設(shè)備之間的接線復(fù)雜度也相應(yīng)增加，因此 這種通訊裝置的可擴(kuò)充性和靈活性較差。在這種通訊結(jié)構(gòu)下，信號(hào)的傳遞需要依靠繼電器接點(diǎn)的分合來(lái)完成，而繼電器 接點(diǎn)為機(jī)械結(jié)構(gòu)，其分合時(shí)間一般為十幾至幾十毫秒，因此這種方式下的信號(hào)傳輸速度 較慢。在直流換流站內(nèi)，由于進(jìn)行交流、直流轉(zhuǎn)換的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，是一 個(gè)強(qiáng)電磁干擾環(huán)境，繼電器可能會(huì)受到電磁干擾的影響，因此這種通訊結(jié)構(gòu)的抗干擾能 力較差。采用低速總線的通訊方式，克服了可擴(kuò)充性和靈活性差、抗干擾能力弱的缺 點(diǎn)，可靠性也得到了較大提高，但是低速總線還是電氣信號(hào)，抗干擾能力還是較差，而 且還是存在傳輸速度慢的缺點(diǎn)。為了提高保護(hù)設(shè)備與控制設(shè)備之間信號(hào)交換的靈活性和可靠性，需要提供一種 更為簡(jiǎn)便、可靠的通訊方式和裝置，保證信號(hào)交換的正確性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供基于光纖通訊的直流換流站內(nèi)保護(hù)設(shè)備和控制設(shè)備 間的通訊裝置，避免電氣和機(jī)械的通訊方式，保證信號(hào)交換的靈活、高速和可靠。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是高壓直流換流站的保護(hù)設(shè)備和控制設(shè)備之間的通訊 裝置每極設(shè)有二路直流極控系統(tǒng)其中一路為值班系統(tǒng)，另一路為備用系統(tǒng)；[0012]采用兩套或者三套保護(hù)設(shè)備通過(guò)雙向光纖同時(shí)連接兩路直流控制設(shè)備，直流控 制設(shè)備采用冗余切換的裝置；每套直流控制與直流保護(hù)設(shè)備之間設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的聯(lián)系通 道。
其中，每極的直流控制設(shè)備的值班機(jī)在收到任意一套、兩套或者三套保護(hù)設(shè)備 發(fā)送的命令處理后進(jìn)行命令的執(zhí)行；同時(shí)每極的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)也由每極的控制值班設(shè)備 同時(shí)發(fā)送至兩套保護(hù)設(shè)備。當(dāng)三套保護(hù)設(shè)備中一套保護(hù)設(shè)備與極控兩套系統(tǒng)之間的光纖通訊同時(shí)出現(xiàn)故障 時(shí)，極控值班和備用系統(tǒng)檢測(cè)到該光纖故障，每極的直流控制系統(tǒng)的值班機(jī)在收到剩余 兩套直流保護(hù)設(shè)備任一套發(fā)送的命令后即進(jìn)行命令的執(zhí)行，或同時(shí)收到剩余兩套直流保 護(hù)設(shè)備發(fā)送的命令進(jìn)行命令的執(zhí)行。當(dāng)三套保護(hù)設(shè)備中兩套保護(hù)設(shè)備或兩套保護(hù)設(shè)備中一套保護(hù)設(shè)備與極控兩套系 統(tǒng)之間的光纖通訊同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)，極控值班和備用系統(tǒng)檢測(cè)到該光纖故障，每極的直 流控制系統(tǒng)的值班機(jī)在收到剩余一套直流保護(hù)設(shè)備發(fā)送的命令后即進(jìn)行命令的執(zhí)行。兩種通訊裝置中的光纖通訊全部采用基于IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的IEC60044-8高速光纖 通訊協(xié)議。值班和備用的控制設(shè)備之間可以進(jìn)行系統(tǒng)切換，當(dāng)控制值班系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)， 它就退出值班，由另一套極控系統(tǒng)值班運(yùn)行，直流保護(hù)設(shè)備自動(dòng)選擇值班系統(tǒng)信號(hào)。直流保護(hù)和直流控制之間的通信也可以冗余配置，冗余的兩路均完好時(shí)時(shí)任意 選用其中一路，一路故障時(shí)選用完好的一路，兩路故障時(shí)才認(rèn)為通信故障。本實(shí)用新型的有益效果兩種通訊結(jié)構(gòu)都采用光纖作為穩(wěn)定控制設(shè)備和直流控 制保護(hù)系統(tǒng)之間信號(hào)交互的介質(zhì)，采用高速光纖通訊協(xié)議保證信號(hào)傳輸?shù)撵`活、高速和 可靠，可以同時(shí)支持模擬量和開(kāi)關(guān)量的交換，采用一路光纖即可完成大量信號(hào)的雙向交 換。

圖1為保護(hù)設(shè)備與控制設(shè)備信號(hào)交換示意圖；圖2為本實(shí)用新型中，保護(hù)設(shè)備和控制設(shè)備之間的通訊裝置(結(jié)構(gòu)一)；圖3為本實(shí)用新型中，保護(hù)設(shè)備和控制設(shè)備之間的通訊結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)二)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在本實(shí)用新型中，保護(hù)設(shè)備和控制設(shè)備之間的信號(hào)狀態(tài)交換全部采用光纖通訊 完成。在基于光纖的通訊方式下，信號(hào)傳輸?shù)乃俣认啾葌鹘y(tǒng)通訊方式有很大的提高， 信號(hào)在光纖中傳輸?shù)臅r(shí)間幾乎可以忽略，信號(hào)交換的速度由光纖兩端設(shè)備中的程序執(zhí)行 周期來(lái)決定，最快可以達(dá)到幾百微秒，信號(hào)傳輸速度的提高保證了設(shè)備可以更快的對(duì)命 令作出響應(yīng)，在緊急情況下可以最大限度的保證保護(hù)系統(tǒng)的快速動(dòng)作。在基于光纖的通訊方式下，信號(hào)交換由光信號(hào)的傳遞來(lái)完成，不會(huì)受到外部電 磁干擾的影響導(dǎo)致信號(hào)出錯(cuò)的發(fā)生，抗干擾能力相比傳統(tǒng)的通訊結(jié)構(gòu)大大提高。[0027]在光纖通訊中采用了高速光纖通訊協(xié)議，其具有對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)校驗(yàn)功能，可以在接收信號(hào)的同時(shí)對(duì)每一幀收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)正確性的校驗(yàn)，將判別出的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn) 行剔除，保證了傳輸信號(hào)的正確性，有效防止因?yàn)槭盏藉e(cuò)誤的信號(hào)而導(dǎo)致的設(shè)備誤動(dòng) 作。另外，光纖兩端的設(shè)備可以同時(shí)對(duì)光纖的雙向通訊狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，一旦某一根光纖 出現(xiàn)故障，可以及時(shí)通過(guò)故障報(bào)警通知直流換流站監(jiān)護(hù)人員，及時(shí)進(jìn)行故障處理，保證 系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在采用光纖作為通訊介質(zhì)后，需要一套合理、可靠的通訊結(jié)構(gòu)來(lái)保證保護(hù)設(shè)備 與控制設(shè)備間的正常通訊。按照本實(shí)用新型中的方法，以下以雙極直流輸電系統(tǒng)中的單極為例對(duì)直流換流 站內(nèi)的保護(hù)設(shè)備與控制設(shè)備的光纖通訊結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行說(shuō)明保護(hù)設(shè)備(PPR)與控制設(shè)備(PCP)采用如圖2所示的光纖通訊結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)一) 進(jìn)行連接，共有兩套保護(hù)設(shè)備(PPRA、PPRB)和兩套控制設(shè)備(PCPA、PCPB)?；蛘弑?護(hù)設(shè)備(PPR)與控制設(shè)備(PCP)采用如圖3所示的光纖通訊結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)二)進(jìn)行連接， 共有三套保護(hù)設(shè)備(PPRA、PPRB、PPRC)和兩套控制設(shè)備(PCPA、PCPB)。PPRA、PPRB (和PPRC)通過(guò)雙向光纖同時(shí)連接PCPA和PCPB，任意一套PPR 都可以向所有PCP發(fā)送命令，任意一套PCP都可以向所有PPR發(fā)送命令。PCP采用冗 余切換的運(yùn)行方式，每極都有一套為值班系統(tǒng)，一套為備用系統(tǒng)，只有值班系統(tǒng)在收到 PPRA、PPRB(或PPRC)發(fā)送的命令后才進(jìn)行命令的執(zhí)行，同時(shí)每極的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)也 同時(shí)發(fā)送至PPRA、PPRB(和PPRC)。值班和備用的極控系統(tǒng)之間可以進(jìn)行系統(tǒng)切換， 當(dāng)極控值班系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，它就退出值班，由另一套極控系統(tǒng)值班運(yùn)行，這樣能始終 保證沒(méi)有故障的極控系統(tǒng)在值班運(yùn)行。當(dāng)一套或兩套保護(hù)設(shè)備與極控值班系統(tǒng)之間的光纖通訊出現(xiàn)故障時(shí)，極控值班 系統(tǒng)檢測(cè)到該光纖故障，隨后進(jìn)行極控系統(tǒng)切換、退出值班，由與保護(hù)設(shè)備光纖通訊沒(méi) 有故障的另外一套極控系統(tǒng)進(jìn)入值班運(yùn)行。由于與保護(hù)設(shè)備光纖通訊有故障的極控系統(tǒng) 已經(jīng)退出值班，換流站檢修人員就可以對(duì)光纖故障進(jìn)行檢查和排除，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行 產(chǎn)生任何影響。通過(guò)上述信號(hào)交換方式，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)設(shè)備和控制設(shè)備的信號(hào)交換。在本實(shí)用新型中，光纖通訊全部采用基于IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的IEC60044-8高速光纖 通訊協(xié)議進(jìn)行信號(hào)交換，傳輸?shù)男盘?hào)可以進(jìn)行靈活的定義，只需修改相應(yīng)的軟件即可完 成信號(hào)的擴(kuò)充，不需要額外增加設(shè)備的配置。每套直流控制與直流保護(hù)之間設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)信 號(hào)的聯(lián)系通道。在本實(shí)用新型的技術(shù)方案中，不論采用通訊結(jié)構(gòu)一還是結(jié)構(gòu)二，最終保護(hù)設(shè)備 和控制設(shè)備之間的信號(hào)交換都由光纖完成，中間不再需要任何繼電器接點(diǎn)和電氣接線， 充分保證了信號(hào)交換的靈活、高速和可靠。另外，由于采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的光纖通訊協(xié)議， 即使保護(hù)設(shè)備和控制設(shè)備是由不同的廠家生產(chǎn)，只要其都支持IEC60044-8標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，就 可以采用光纖通訊進(jìn)行相互間的信號(hào)交換，這樣也很好的保證了通用性和兼容度。
權(quán)利要求1.直流保護(hù)系統(tǒng)和直流控制系統(tǒng)之間的通訊裝置，其特征是每極設(shè)有二路直流極控 制系統(tǒng)其中一路為值班控制系統(tǒng)，另一路為備用控制系統(tǒng)；采用兩路或者三路直流保 護(hù)設(shè)備通過(guò)雙向光纖同時(shí)連接兩路直流極控制系統(tǒng)，所述二路直流控制系統(tǒng)為冗余切換 的結(jié)構(gòu)。
2.由權(quán)利要求1所述的直流保護(hù)設(shè)備和直流控制系統(tǒng)之間的通訊裝置，其特征是光纖 通訊全部采用基于IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的IEC60044-8高速光纖通訊協(xié)議。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了直流保護(hù)系統(tǒng)和直流控制系統(tǒng)之間的通訊裝置，用于高壓直流換流站每極設(shè)有二路直流控制系統(tǒng)，其中一路為值班系統(tǒng)，另一路為備用系統(tǒng)；采用兩路或者三路直流保護(hù)設(shè)備通過(guò)雙向光纖同時(shí)連接兩路直流極控系統(tǒng)，二路直流控制系統(tǒng)為冗余切換的結(jié)構(gòu)。每極設(shè)有二路或者三路直流保護(hù)系統(tǒng)，正常情況均為運(yùn)行系統(tǒng)。采用本實(shí)用新型的，可以保證通訊信號(hào)傳輸靈活、高速和可靠，可以同時(shí)支持模擬量和開(kāi)關(guān)量的交換，采用一路光纖即可完成大量信號(hào)的雙向交換。為了可靠，可以采用冗余的雙路光纖完成大量信號(hào)的可靠雙向交換。
文檔編號(hào)H04B10/08GK201805421SQ20102028211
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者周全, 周競(jìng)宇, 張建鋒, 徐斌, 楊帆 申請(qǐng)人:中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心, 南京南瑞繼保電氣有限公司