本发明涉及一种直流输电工程中换流站不同控制保护系统与不同阀基电子设备之间各种信号的传输方法。该方法为，在包括两套控制保护系统A、B及其阀基电子设备VBE、VCU的系统中，其中控制保护系统A及其配套的阀基电子设备VBE所基于的技术与控制保护系统B及其配套的阀基电子设备VCU所基于的技术不同，将两控制保护系统与两阀基电子设备之间设置有一套信号转换与切换装置，利用该装置实现两个控制保护系统分时完成对换流站内两侧阀基电子设备的控制。
1.一种换流站两控制保护系统与两阀基电子设备间信号传输方法，其特征在于，该方法为，在包括两套控制保护系统A、B及其电阀基电子设备VBE、光阀基电子设备VCU的系统中，电阀基电子设备VBE通过第一信号切换开关分别与两套控制保护系统A、B相连接，以实现电阀基电子设备VBE同一时刻仅与其中一套控制保护系统进行信号传输，其中控制保护系统B与该信号切换开关之间设置有第一信号转换装置；光阀基电子设备VCU通过第二信号切换开关分别与两套控制保护系统A、B相连接，以实现光阀基电子设备VCU同一时刻仅与其中一套控制保护系统进行信号传输，其中控制保护系统A与信号切换开关之间设置有第二信号转换装置；利用第一、第二切换开关以及第一、第二转换装置实现两个控制保护系统分时完成对换流站内两侧阀基电子设备的控制。
2.根据权利要求1所述的传输方法，其特征在于，所述的信号转换与切换包括：完成两控制保护系统A、B分时控制电阀基电子设备VBE时的下行或上行并行信号及现场总线的切换；采集光阀基电子设备VCU系统的上行信号，进行必要的接口形式的转换，将光信号转换为电信号，并将信号的数据格式转换为换流站控制保护系统A要求的格式后，送到控制保护系统A；接收换流站控制保护系统A的下行信号，以光阀基电子设备VCU系统要求的数据格式以及相应的接口形式，把信号送到光阀基电子设备VCU；接口系统与电阀基电子设备VBE间的并行信号通过电缆形式进行，总线接口采用PROFIBUS总线技术，与光阀基电子设备VCU系统间的信号交换通过光缆形式进行，总线接口采用HDLC总线技术；对于两个控制保护系统之间的切换采用手动方式。
3.根据权利要求2所述的传输方法，其特征在于，该装置利用FPGA技术完成来自控制保护系统的对阀基电子设备的各种控制信号的信号数据格式，信号物理接口，信号电气特性的转换，保证信号的可靠传输及系统的可靠正常运行，实现对基于不同技术的阀基电子设备的控制。
4.根据权利要求3所述的传输方法，其特征在于，该装置采用PROFIBUS总线接口卡、HDLC接口模块及单片机联合设计技术，完成两种通讯规约数据格式的转换及物理接口之间的转换，实现与基于不同技术的阀基电子设备之间的通讯。
5.根据权利要求4所述的传输方法，其特征在于，该装置采用模块化设计，不同的功能块采用不同的印制板实现，完成信号转换及信号切换，该装置包括软件和硬件部分，其中硬件部分按功能划分为控制保护系统A及控制保护系统B到电阀基电子设备VBE系统的并行信号及串行信号的切换、控制保护系统A与光阀基电子设备VCU系统之间信号的切换以及控制保护系统A与光阀基电子设备VCU系统串行总线的协议转换三部分。
6.根据权利要求5所述的传输方法，其特征在于，对于并行信号及串行总线的切换部分，采用快速电平转换电路及逻辑开关实现，来自控制保护系统A的下行信号(signaln form sysA)和来自控制保护系统B的下行信号(signaln form sysB)通过使能信号(sysA active，sysB active)的控制完成两个控制保护系统之间信号的切换，保证同一时间只有一个控制保护系统对两侧阀基电子设备进行控制，来自阀基电子设备的上行信号的切换采用相反的方式完成。
7.根据权利要求5所述的传输方法，其特征在于，来自控制保护系统A的下行信号，主要包括12路120度宽的点火脉冲以及极控系统的状态信号，原始信号都是24V电平信号，采用快速光耦完成24V/5V电平转换，然后按照光阀基电子设备VCU系统的要求通过一个FPGA对信号进行相应的处理，信号处理完成后，要以光阀基电子设备VCU系统的要求进行转化，主要是物理特性的转化，包括5V/24V电平转化、电接口转化为光接口的接口形式的转化。
8.根据权利要求5所述的传输方法，其特征在于，对来自阀基电子设备的上行状态信号的转换，通过12路点火脉冲回报信号的状态通过一个FPGA来产生控制保护系统需要的系统切换(CHANGE)、丢脉冲保护跳闸(TRIP)信号及表征阀基电子设备正常与否(VCU_OK)的信号，处理后的信号经过电平转换后，以控制保护系统A要求的24V电平信号的格式传输。
9.根据权利要求5、6、7、8任一条所述的传输方法，其特征在于，控制保护系统A的通讯接口采用PROFIBUS DP协议的电接口，而光阀基电子设备VCU系统则采用HDLC协议的光接口，该装置采用高速集成电路的组合设计完成了PROFIBUS DP与HDLC协议之间的转换，并通过电光及光电转换电路完成物理接口的转化。
换流站两控制保护系统与两阀基电子设备间信号传输方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种直流输电工程中换流站不同控制保护系统与不同阀基电子设备之间各种信号的传输方法。
背景技术
[0002] 目前，直流输电技术在国际上已经相当成熟，国内各直流输电线路基本都是引进国际先进的直流输电技术。在以前的直流输电工程中，一个换流站所有的包括控制保护系统及阀基电子设备基本上都是采用引进同一厂家技术。但是，在如今的国内直流输电背靠背工程中同样出现了同一个换流站采用不同控制保护系统及阀基电子设备的情况。这种换流站的具体配置如下：对于二次控制保护系统，拟采用两套基于不同技术的设备，每套控制保护设备都能够独立的完成对两侧阀基电子设备的控制。对于阀基电子设备则采用基于不同技术的电触发阀(VCU系统)和光触发阀(VBE系统)，从而构成一个完整的换流站系统。为了实现两套控制保护系统分时对两侧换流站阀的控制，必须保证来自不同控制保护系统与阀基电子设备之间接口的统一。
[0003] 由于彼此采用的是不同的技术，所以控制保护系统与阀基电子设备之间存在不同的接口。一方面是物理接口的不同，另一方面就是通讯协议及接口信号的不同。其中电触发阀(阀基电子设备VCU系统)与其相应的控制保护系统(简称控制保护系统B)的接口形式为光缆连接方式，接口信号包括下行的12个点火脉冲，2个极控系统有效信号，以及上行的12个点火脉冲回报信号；其次，该控制保护系统与VCU系统之间的通讯采用的是基于HDLC协议的通讯方式，以上所有信号的连接都是采用光缆连接方式。
[0004] 而对于光触发阀(阀基电子设备VBE系统)与其相应的控制保护系统(简称控制系统A)的接口形式则为电缆连接方式；接口信号的数量及类型有异于上一个系统，其接口信号包括下行的12个点火脉冲，6个来自控制系统的控制信号，2个来自保护系统的封脉冲信号，及上行的12个电流过零(EOC)信号、1个VBE正常信号、2个跳闸信号、2个VBE系统状态信号；其次，该控制保护系统与阀基电子设备之间的通讯采用的是基于PROFIBUS DP协议的通讯方式，所有的信号连接都是通过电缆连接。
[0005] 由上可见，为了实现两套控制保护系统的分时对两套阀基电子设备的可靠、准确控制，必须解决由于不同技术带来的接口形式，接口信号，及通讯协议不同所带来的接口连接问题。换流站如果按以上配置，则存在以下4种接口组合：
[0006] 1.换流站控制系统A与光触发阀(VBE系统)进行接口。
[0007] 2.换流站控制系统A与电触发阀(VCU系统)进行接口。
[0008] 3.换流站控制系统B与电触发阀(VCU系统)进行接口。
[0009] 4.换流站控制系统B与光触发阀(VBE系统)进行接口。
[0010] 以上4种组合中，换流站控制系统B与电触发阀(VCU系统)采用相同的技术，换流阀控制系统A与光触发阀(VBE系统)采用相同的技术。所以，采用1，3方案时，换流站控制系统与换流阀系统不需做额外的接口工作，既可实现换流站控制系统与换流阀系统的可靠连接。当采用上述2，4方案时，因为换流站控制系统与换流阀系统引进不同厂家的技术，所以在接口形式、电气特性、物理特性方面不完全相同，因此均不能直接进行连接，需要由换流站控制系统或换流阀系统生产厂家做额外的接口工作，才能实现换流站控制系统与换流阀系统之间的连接。
发明内容
[0011] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种换流站两控制保护系统 与两阀基电子设备间信号传输方法，以完成各信号的切换与转换功能，从而实现两个系统间的可靠接口。
[0012] 为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种换流站两控制保护系统与两阀基电子设备间信号传输方法，该方法为，在包括两套控制保护系统A、B及其阀基电子设备VBE、VCU的系统中，其中控制保护系统A及其配套的阀基电子设备VBE所基于的技术与控制保护系统B及其配套的阀基电子设备VCU所基于的技术不同，将两控制保护系统与两阀基电子设备之间设置有一套信号转换与切换装置，利用该装置实现两个控制保护系统分时完成对换流站内两侧阀基电子设备的控制。
[0013] 完成两控制保护系统A、B分时控制阀基电子设备VBE时的下行或上行并行信号及现场总线的切换；采集阀基电子设备VCU系统的上行信号，进行必要的接口形式的转换，将光信号转换为电信号，并且将信号的数据格式转换为换流站控制系统A要求的格式后，送到控制系统A；接收换流站控制系统A的下行信号，以阀基电子设备VCU系统要求的数据格式以及相应的接口形式，把信号送到阀基电子设备VCU；接口系统与阀基电子设备VBE间的并行信号通过电缆形式进行，总线接口采用PROFIBUS总线技术，与阀基电子设备VCU系统间的信号交换通过光缆形式进行，总线接口采用HDLC总线技术；对于两个控制系统之间的切换采用手动方式。
[0014] 该装置利用FPGA技术完成来自控制保护系统的对阀基电子设备的各种控制信号的信号数据格式，信号物理接口，信号电气特性的转换，保证信号的可靠传输及系统的可靠正常运行，实现对基于不同技术的阀基电子设备的控制。
[0015] 该装置采用PROFIBUS总线接口卡、HDLC接口模块及单片机联合设计技术，完成两种通讯规约数据格式的转换及物理接口之间的转换，实现与基于不同技术的阀基电子设备之间的通讯。
[0016] 该装置采用模块化设计，不同的功能块采用不同的印制板实现，完成信号转换及信号切换，该装置包括软件和硬件部分，其中硬件部分按功能划分为控制系统A及控制系统B到VBE系统的并行信号及串行信号的切换、控制系统A与VCU系统之间信号的转换以及控制系统A与VCU系统串行总线的协议转换三部分。
[0017] 对于并行信号及串行总线的切换部分，采用快速电平转换电路及逻辑开关实现，来自控制系统A的下行信号signaln form sysA和来自控制系统B的下行信号signaln from sysB通过使能信号sysA active及sysB active信号的控制完成两个控制系统之间信号的切换，保证同一时间只有一个控制系统对两侧阀基电子设备进行控制，来自阀基电子设备的上行信号的切换采用相反的方式完成，在信号切换的过程中，换通道的电路采用纳秒级的集成电路。
[0018] 来自控制系统A的下行控制信号，主要包括12路120度宽的点火脉冲以及极控系统的状态信号，原始信号都是24V电平信号，采用快速光偶完成24V/5V电平转换，然后按照阀基电子设备VCU系统的要求通过一个FPGA对信号进行相应的处理，信号处理完后，要以阀基电子设备VCU系统的要求进行转化，主要是物理特性的转化，包括电平转化(5V/24V)、接口形式(电接口转化为光接口)的转化。
[0019] 对来自阀基电子设备的上行状态信号的转换，通过12路点火脉冲回报信号的状态通过一个FPGA来产生控制系统需要的系统切换CHANGE、丢脉冲保护跳闸TRIP信号及表征阀基电子设备正常与否VCUOK的信号，处理后的信号经过电平转换后，以控制系统A要求的24V电平信号的格式传输。
[0020] 控制系统A的通讯接口采用PROFIBUS DP协议的电接口，而阀基电子设备的VCU系统则采用HDLC协议的光接口，该装置采用高速集成电路的组合设计完成了PROFIBUS DP与HDLC协议之间的转换，并通过电光及 光电转换电路完成物理接口的转化。 [0021] 本方法将来自两个控制保护系统的点火脉冲及电流过零等信号通过切换逻辑电路分时送到阀基电子设备，将来自控制保护系统的点火脉冲，极控状态信号通过物理接口的转换、数据格式的转换后送到基于不同技术的阀基电子设备，同时采集阀基电子设备的点火脉冲回报信号，经过数据格式及物理接口的转换后送到基于不同技术背景的控制保护系统，实现了基于不同物理接口、不同通讯协议的控制保护系统与阀基电子设备之间的接口连接及通讯，从而构成一个完整的换流站系统。实现了两套控制保护系统分时对两侧换流站阀的控制，保证了来自不同控制保护系统与阀基电子设备之间接口的统一。 附图说明
[0022] 图1为换流站控制保护系统及阀基电子设备的系统配置图；
[0023] 图2为本发明的切换电路原理框图；
[0024] 图3为本发明的信号转换原理图；
[0025] 图4为本发明的串行总线转换原理图；
[0026] 图5为FPGA实现的控制系统A到阀基电子设备VCU系统的点火脉冲的处理部分功能程序框图；
[0027] 图6为FPGA实现的控制系统A状态显示信号的处理部分功能程序框图； [0028] 图7为FPGA实现对于来自阀基电子设备VCU系统的点火脉冲回报信号(FP)的处理部分功能的程序框图。
[0029] 具体实施方法
[0030] 本发明的主要功能具体可分为以下几项任务：完成控制系统A、B分时控制阀基电子设备(VBE系统)时的下行或上行并行信号及现场总线的切换；采集电触发阀(VCU系统)的上行信号，进行必要的接口形式的转 换(将光信号转换为电信号)，并且将信号的数据格式转换为换流站控制系统A要求的格式后，送到控制系统A；接收换流站控制系统A的下行信号，以电触发阀(VCU系统)要求的数据格式以及相应的接口形式(光信号)把信号送到阀基电子设备(VCU系统)；接口系统与VBE系统间的并行信号通过电缆形式进行，总线接口采用PROFIBUS总线技术，与VCU系统间的信号交换通过光缆形式进行，总线接口采用HDLC总线技术.对于两个控制系统之间的切换采用手动方式。
[0031] 针对以上几项任务，本发明(VBE接口装置)采用以下技术方案实现： [0032] 该VBE接口装置采用模块化设计，即不同的功能块采用不同的印制板实现，完成附图1中信号转换及信号切换部分的功能。该VBE接口装置包括软件和硬件部分，其中硬件部分按功能划分为控制系统A及控制系统B到VBE系统的并行信号及串行信号的切换、控制系统A与VCU系统之间信号的转换以及控制系统A与VCU系统串行总线的协议转换三部分功能。
[0033] 下面按功能对相应的硬件功能块做介绍。
[0034] a、信号切换
[0035] 对于并行信号及串行总线的切换部分，主要采用典型的快速电平转换电路及逻辑开关实现，原理框图见附图2。如图所示，来自控制系统A的下行信号(signaln form sysA)和来自控制系统B的下行信号(signalnfrom sysB)通过使能信号sysA active及sysB active信号的控制完成了两个控制系统之间信号的切换，保证同一时间只有一个控制系统对两侧阀基电子设备进行控制。来自阀基电子设备的上行信号的切换采用同样的原理完成，指示信号方向不同。在信号切换的过程中，因为所要切换的信号都是关键的点火脉冲及阀基电子设备的实时状态信号，系统要求这些信号在传输过程中要快速，所以切换通道的电路设计都采用纳秒级的集成电路完成，而且切换后各个通道的一致性良好。 [0036] b、并行信号转换
[0037] 对于信号转换部分，原理框图见附图3。如图所示，来自控制系统A的下行控制信号，主要包括12路120度宽的点火脉冲以及极控系统的状态信号。原始信号都是24V电平信号，为了能够对其进行处理以及信号的隔离，采用快速光耦完成24V/5V电平转换，然后按照阀基电子设备VCU系统的要求对信号进行相应的处理。信号处理完后，要以阀基电子设备VCU系统的要求进行转化，主要是物理特性的转化，包括电平转化(5V/24V)、接口形式(电接口转化为光接口)的转化。
[0038] 附图3中还包括对来自阀基电子设备的上行状态信号的转换。这些信号主要是来自阀基电子设备的12路相对于点火脉冲的回报信号。信号的原始状态为经过调制的光信号，系统要求通过12路回报信号的状态产生控制系统需要的系统切换(CHANGE)、丢脉冲保护跳闸(TRIP)信号及表征阀基电子设备正常与否(VCUOK)的信号。处理后的信号经过电平转换后，以控制系统A要求的24V电平信号的格式传输。
[0039] 附图3中还包括来自控制系统A的表征极控状态的两个信号的处理。处理后的信号转换为阀基电子设备要求的光信号。
[0040] c、串行总线协议转换
[0041] 以上完成的是控制系统与阀基电子设备之间并行信号的切换及信号格式转换，对于系统之间现场总线的接口设计，具体原理框图参考附图4。由附图4可以得知，控制系统A的通讯接口采用PROFIBUS DP协议的电接口，而阀基电子设备的VCU系统则采用HDLC协议的光接口，为了保证控制系统A与阀基电子设备VCU系统之间的通讯，必须完成通讯协议的转换以及相应的物理接口的转化，该VBE接口装置采用高速集成电路的组合设计完成了PROFIBUS DP与HDLC协议之间的转换，并通过电光及光电转换电路完成物理接口的转化。 [0042] 该方法主要功能就是完成控制系统A和控制系统B对阀基电子设备系统的分时控制，同时完成控制系统A对阀基电子设备系统的控制信号的转换。信号切换部分用硬件电路直接实现，信号的转换部分涉及到信号的调制与解调过程，故选择可编程器件FPGA来实现。
[0043] 参考附图3，按类型可分为3个功能块：
[0044] 1.对于控制系统A到阀基电子设备VCU系统的点火脉冲的处理。 [0045] 系统要求：来自控制系统A的点火脉冲为12个120度脉宽的信号，要求送到阀基电子设备VCU系统的点火脉冲为经1MHz调制的120度宽脉冲。同时当收到来自控制保护系统A的封脉冲使能(ENBALE)信号后，闭锁所有的点火脉冲。
[0046] 图5为FPGA实现的该部分功能程序框图。图中，CP为来自控制系统A的其中一路点火脉冲，CLK1MHz为外部提供的1MHz的脉冲信号，OE为来自控制保护系统A的封脉冲使能信号，为了保证系统可靠运行，要求该信号延时2ms后有效。
[0047] 2.对于控制系统A状态显示信号的处理。
[0048] 系统要求：
[0049] 图6为FPGA实现的该部分功能程序框图
[0050] 图中：POLE_ACTIVE，POLE_OK为来自控制系统A的状态信号，CLK1为外部提供的时钟信号，经过内部分频电路产生1MHz和1OKHz两种频率的脉冲信号，OUT信号即为阀基电子设备需要的能表征极控状态的信号。
[0051] 3.对于来自阀基电子设备VCU系统的点火脉冲回报信号(FP)的处理。 [0052] 系统要求
[0053] 图7为FPGA实现该部分功能的程序框图。
[0054] 图中：TRIP，CHANGE两个信号只是模拟了单一通道，VCUOK信号为12通道综合后的信号输出。由图可知，功能模块MONO100US是一个100us的单稳触发器；功能模块risedelay10us完成信号上升沿10us的延时；功能模块backdelay80ms，backdelay100ms分别完成对信号后沿进行80ms，100ms的延时；功能模块fiter20us则完成了对fp信号的滤波，主要率去1MHz及20us的脉冲信号。
