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1、MACH2直流控制保护硬件分层结构,中国电力科学研究院,引言_控制的基本原理HVDC基本控制原理数字计算机控制系统基本结构MACH2系统介绍,一 引言_控制的基本原理,控制理论研究如何改进动态系统的性能以达到所需的目标，是一门涉及范围十分广泛的学科，它不但包含比较丰富的科学技术知识，而且力图揭示各种被控对象、被控过程内在运动的基本规律和系统分析、设计的普遍原理，使人们掌握研究复杂控制问题的一般方法和手段。它的许多成果在理论和应用上都有重要的科学技术和工程实际意义。,一 引言_控制的基本原理,自动控制理论分为经典控制理论和现代控制理论两部分：经典控制理论主要以传递函数描述为基础，以根轨迹法和频率
2、法为研究手段；而现代控制理论由于被控对象的复杂化和多样化的演变，以及计算机迅速发展的推动而建立起来的以状态空间描述为基础，以状态空间法为研究手段的多变量控制理论，并能实现一定意义下的最优控制。,一 引言_控制的基本原理,自动控制领域中有两个不同的但是有相互联系的主题。第一个主题反馈的概念。精髓是可以得到的各种输出和他们的各个所需值的实时比较的度量，再由此来减少误差，这样形成一个因果链，构成一个包含原动态系统在内的新的动态闭环系统,一 引言_控制的基本原理,第二个主题最优控制的概念。控制的目标是使以数字量表示的显示在一段时间上所需性能和系统实际性能间的差异的性能指标为最小,一 引言_控制的基本原
3、理,一 引言_控制系统完成的功能,监视判断操作反馈,一 引言_控制系统完成的功能,SCADA（监视）主控计算机包括极控、站控、保护（判断）VBE、断路器等（操作）反馈,二 HVDC基本控制原理,二 HVDC基本控制原理,二 HVDC基本控制原理,二 HVDC基本控制原理,二 HVDC基本控制原理,二 HVDC基本控制原理,二 HVDC基本控制原理,一个换流器和一个极的基本控制功能是一个闭环的直流电流控制系统，它包括：电流控制放大器（CCA）换流器触发控制单元（CFC），它产生控制脉冲，含有确定最小最大触发角限制的功能。环外系统：电流指令限制器，包括低电压定电流限制器（VDCOL）,二 HVDC
4、基本控制原理,两个站都有主控制器（用于产生电流指令）参数设定装置（用于手动设定功率和输入各种功率调制信号Po（f）。当直流输电系统运行时，只有一端的主控器起作用，另一端不起作用。控制器工作的一端称为主控站，另一端就是非主控站，主控站产生的电流指令通过通讯系统传到对站。,二 HVDC基本控制原理,VDCOL单元是一个可以降低直流电流的功能模块。每个站的VDCOL独立工作，与通讯系统无关。直流电压作为共用的输入信号，两个站的都可以输入。上图所示的控制功能块一个接一个处理后，启动换流器触发控制器，换流器触发控制器可以认为是整个控制系统的控制中心。,三 数字计算机控制系统基本结构MACH2系统介绍,M
5、ACH2系统是一个高压直流及无功补偿的模块化控制系统，以功能强大,结构灵活的功能块为基础,功能块由工业计算机,微控制器,数字信号处理器构成,并采用性能良好的工业标准总线和光纤通讯设备联接各功能块。,三 数字计算机控制系统基本结构MACH2系统介绍,三 数字计算机控制系统基本结构MACH2系统介绍,二 数字计算机控制系统基本结构MACH2系统介绍,二 数字计算机控制系统基本结构MACH2系统介绍,二 数字计算机控制系统基本结构MACH2系统介绍,二 数字计算机控制系统基本结构MACH2系统,三 数字计算机控制系统基本结构MACH2系统介绍,两个基本设计原则分层和冗余,四 MACH2系统分层,控制
6、和保护系统是由若干个作为设备物理或逻辑单元按逻辑布置所组成。这些单元有最大程度的自立功能。也就是说在控制和保护设备的某部分时,不同单元之间交换信息很少。在多数情况下,某一个单元故障不会影响设备其他部分的正常工作。一般每个控制区域作为一个单元。同一区域所有设备的全部功能和信息交换指令在站控层完成。1）站控级2）设备级下面这幅图表示每一层设备基本布置,四 MACH2系统分层,四 MACH2系统分层,站控制级站控制级相关功能为:1）SCADA系统2）站控局域网3）站ASI（站内辅助系统接口）,四 MACH2系统分层,站控制级SCADA系统,四 MACH2系统分层,功能如下:1）HVDC操作控制 2）
7、顺序事件记录 3）事件归档 4）利用列表窗口实现强大的报警管理 5）用户定义数据过滤 6）灵活的在线和历史趋势管理 7）在线帮助功能 8）暂态故障录波及分析 9）远方控制,四 MACH2系统分层,其他可扩展的功能：1）直接获取设备资料2）自动生成纪录3）谐波水平监测的显示4）即时进入基本应用,如:电子邮件,文档处理,报表及互联网等,四 MACH2系统分层,系统由三部分构成：运行人员工作站（OWS）,分布式处理接口（DPI）,服务器。这三部分通过局域网进行数据交换。,四 MACH2系统分层,四 MACH2系统分层,运行人员控制工作站的主窗口是控制和列表窗口。同时也支持提供给运行人员所有重要的在线
8、信息用以控制。图中包含大量的信息,可以根据运行人员的需要进行显示。,四 MACH2系统分层,站CAN对与站相关的CAN网,BCP作为光缆的星型接点。这意味着不同控制室或继电室中计算机间进行交换的信息应送到BCP中进行信号交换。在BCPA和BCPB柜中,系统为冗余设计。这些设备都放在控制室内。下面的模块图表明了站CAN网的基本功能。,四 MACH2系统分层,四 MACH2系统分层,设备级设备层的功能及划分。,四 MACH2系统分层,设备级500KV交流系统,四 MACH2系统分层,交流控制和保护(ACP)交流控制的主要功能由ACP柜完成。ACP柜采用冗余设计。一个ACP柜可以作为500KV交流场
9、一个完整串的接口。,四 MACH2系统分层,交流场接口终端(AFT)对于接入相同继电器室的其它串,接口采用分布式接口柜AFT。AFT也是冗余设计。AFT与较它们高一级的ACP相连。在同一继电室里,ACP与所有AFT相连。,四 MACH2系统分层,下图表示了500KV的ACP柜的功能柜的一般功能模块图以及和其它设备相连的接口。（注意该模块图只表示了两个系统中的一个）,四 MACH2系统分层,四 MACH2系统分层,交流滤波器的保护（AFP）每组交流滤波器组的控制和保护由放置在继电器室的 AFP来完成。AFP为冗余设计。一个AFP柜覆盖了一个交流滤波器大组和与它相关的包括小组滤波器在内开关场。50
10、0KV继电器室AFP柜的基本配置图与ACP类似。,四 MACH2系统分层,极设备每极由放置在两个独立控制室里的设备组成。双极层次的主回路设备用于两个极的控制和保护，这些设备的接口为双重化布置,安装在位于站控室的BFT柜中。,四 MACH2系统分层,极设备PCP极保护和控制,四 MACH2系统分层,冗余的极保护和控制系统按双重化系统设计为工作和热备用两种。任何时候两个系统中只有一个系统处于工作状态,控制换流器及相关设备。每个PCP柜包括高压直流输电单极和双极相关设备的所有控制和保护系统。双极功能被嵌放在单极层中。,四 MACH2系统分层,开关控制系统采用双重化串行CAN通讯总线系统，连接双重化的
11、分布式输入/输出接口系统。每个系统的测量使用其中一个输入输出系统；PCP A通过时分多路总线TDM从分布式接口系统A来进行测量。PCP B通过时分多路总线TDM从分布式接口系统B来进行测量。极控柜和阀控柜之间的信号交换通过光纤进行。,四 MACH2系统分层,极的控制和保护主计算机1含有以下功能:极控功能,如:换流器的触发控制,功率控制,换流变抽头控制,以及顺控和联锁和对站的通讯直流保护系统,第一套极与极间的通讯连接内部监视SCADA 接口与分布式输入输出接口的通讯连接与阀控的通讯连接,四 MACH2系统分层,极的控制和保护主计算机2含有以下功能:直流保护系统,第二套内部监视SCADA 接口与分
12、布式输入输出接口的通讯连接,四 MACH2系统分层,双极接口终端(BFT)BFT柜包含两极相同区域的主回路设备的输入输出接口。BFT柜由冗余的系统A和系统B构成,且两系统相互独立。BFT柜放置在控制楼的控制室内。为保证正确动作，每个极的接口是相互独立的,这意味着双极设备的接口是四个。,四 MACH2系统分层,BFT柜包括以下功能：开关接口(极1)开关接口(极2)测量接口(极1)测量接口(极2),四 MACH2系统分层,直流场终端(DFT)DFT是换流器直流侧主回路设备的分布式输入输出接口系统。它包括阀厅地刀和钥匙联锁的接口。DFT是冗余设计,由系统A 和系统B组成,且两者相互独立。DFT盘放置
13、在控制楼的极控制室内。DFT用于每个极的控制和保护系统。,四 MACH2系统分层,DFT柜包括以下功能:测量接口开关接口,四 MACH2系统分层,阀控(VC)阀控(VCA,VCB,VCC)也称阀基电子设备,可以看作通向换流器触发控制系统的远方的快速输入输出接口。设计中包括两个中央单元A和B,单个阀以及一定数量的独立于中央系统的光单元。,四 MACH2系统分层,冗余的换流器触发控制系统CFC不断的向中央单元发控制脉冲。中央单元相应的产生触发脉冲给阀,因此脉冲也是双重的。从工作系统中正确选择触发脉冲是由位于光单元板的IR二极管的驱动器中完成。,四 MACH2系统分层,阀控系统安装在3个柜中,每相一
14、个。阀控柜位于阀厅走廊上,这样放置的目的是为了减小阀控柜和可控硅之间的距离。极控柜和阀控之间的信号交换通过光纤进行。,四 MACH2系统分层,四 MACH2系统分层,换流变控制接口(TCI)在政平站,TCI作为换流变控制和保护的接口。从换流变到接口盘是用硬连线进行连接。TCI的测量信号以TDM向极控系统传输。TCI也收集从保护装置发出的报警和跳闸信号,执行换流变抽头控制命令,并通过CAN总线将信号送给PCP柜。TCI安装在换流变附近的户外室中。TCI是冗余设计,每个六脉冲组都有一套独立的TCI柜。TCI Y柜还收集换流变母线电压的测量信号,该信号用于换流器触发控制系统。下面的图表示了TCI柜的
15、结构：,四 MACH2系统分层,下面的方框图表示了TCI柜的基本功能(图只表示了Y组的接口,D组有自己的TCI柜,D组的连接原理与Y组的完全一样),四 MACH2系统分层,四 MACH2系统分层,电抗器控制接口(SRCI)在政平站SRCI作为平波电抗器控制和保护系统的接口,SRCI放置在平波电抗器附近的户外小屋里,它的主要任务是收集从保护装置发出的报警,跳闸信号,并通过CAN总线将信号送向PCP柜。这套系统是冗余设计,每个SRCI箱包括系统A和系统B。,四 MACH2系统分层,四 MACH2系统分层,冷却系统的控制和保护(CCP)CCP是可控硅阀水冷系统的控制系统,它是分布式的控制子系统,系统
16、包括维持可控硅阀安全运行的控制和保护以及与极控柜和SCADA系统相连的接口。传感器,电动机以及各种阀的控制接口就装在CCP柜中。,四 MACH2系统分层,CCP是冗余设计,包括系统A和系统B,且两者是相互独立的。CCP柜位于控制楼相应极的冷却房内。其中一个CCP柜配有与站内CAN总线相连的运行人员工作站OWS接口,这样可以在水冷房内对阀冷却系统进行就地控制和监视。通往SCADA系统的信道只限于和CCP系统相关的信息。,四 MACH2系统分层,四 MACH2系统分层,辅助系统接口(ASI)辅助系统接口ASI负责站用电和民用系统的报警。每个极有一个ASI,负责极内相关设备产生的报警信号。ASI安放
17、在每个极的蓄电池配电室里，ASI同时还具有每极的400V电源进线开关的自动投切功能。,四 MACH2系统分层,现场总线系统.控制局域网总线(CAN BUS)根据国际总线标准ISO11898,CAN是用于二进制输入输出接口装置间的通信。如：断路器和开关。CAN 总线是一种高速总线,具有高效的短信息结构和非常小的延时。总线间不存在主次之分，这意味着网络可以不依靠单个编码而正确动作。CAN具有有效的循环冗余检查和硬件特性，这样可以消除网络中的误码。,四 MACH2系统分层,通过网桥,CAN总线分成不同的部分,这样能有效的防止故障的传播,并允许不同区域内的设备由多冗余连接通道,而传统的现场总线通过光纤
18、扩展器是无法实现的。柜内通过屏蔽的双绞线连接,柜外或控制室间用光纤进行连接。当向柜外连接时,CAN总线先接入CAN/HDLC桥,这样可以使连接的距离更长一些。,四 MACH2系统分层,站控总线STATION CAN在最高级的站控层中提供站控总线。其主要目的是用来将低层的不同CAN网络中进行信号交换的主机相连。这种总线是冗余设计，在功能上与其它网络独立。,四 MACH2系统分层,交流控制和保护总线(ACP CAN)每个ACP中有一个单独的CAN总线，CAN总线包括主机和控制域的转换器。该总线是冗余设计，在功能上与其它网络完全独立。,四 MACH2系统分层,极控制和保护总线（PCP CAN）PCP
19、总线是每个极控柜的专用总线，与控制区域内的主机和分布式输入输出接口相连。这种总线是冗余设计，在功能上与其它网络完全独立。网络中包括有：DFT,CCP,ASI,SRCI,和TCI。,四 MACH2系统分层,每极的双重化现场总线是相互独立的，它对每极本身的所有设备建立联系。AFP和ACP柜还与站控总线相连，所有这些总线都是冗余布置的双重化CAN总线，通过这种布线，远方和分布式输入/输出系统连接到每个极控制柜上。这样使得在所有保护动作后，实现跳闸通道的双重化。,四 MACH2系统分层,交流滤波器保护总线(AFP)每个AFP柜有单独的CAN控制总线，总线与控制区域内的主机和转换器相连,四 MACH2系
20、统分层,分时多路总线（TDM）MACH2中的TDM总线是单向总线类型，适用于高速测量信号。和CAN总线一样，这种总线也是双重化，并按冗余布置进行连接。,四 MACH2系统分层,在控制和保护系统中，接收端接点不断的检测总线的运行状态。TDM总线具有传输数据量大，迟滞小，无误动等优点。这对高压直流输电控制的高带宽信号的测量是非常重要的，每条TDM总线每秒可传输300000/s个采样信号。（每3s一个采样）,五 MACH2系统冗余,冗余控制系统的设计标准是保证系统100%的可靠运行。ABB高压直流输电的控制和保护系统在各层都使用并行冗余技术。双重化的范围是从输入/输出回路到SCADA LAN系统中所
21、有部分。,五 MACH2系统冗余,双重化范围：ACP、AFP以及PCP双重化系统主要由下列元件组成：主机，接在双重化的SCADA局域网上。PCP系统有两个主机。两个计算机的配置相似。I/O接口系统，这些接口要么在同一个柜中，要么在不同的柜中，从功能上看这没有差别。用于就地控制的显示单元和键盘。,五 MACH2系统冗余,主机包括标准主板及其PCI板。I/O接口系统包括以下三种型式：分布式I/O 分布式子系统 光电流互感器的I/O为了连接主机，分布式I/O和子系统，CAN和TDM总线均采用冗余布置,五 MACH2系统冗余,冗余ACP、AFP或PCP系统的处理接口是远方或分布式I/O系统。考虑距离和
22、设计的要求，将这些I/O放置在主设备旁边或中控室的独立柜或箱中。不同层次的设备的现场总线的连接用光纤，以避免干扰。,五 MACH2系统冗余,分布式I/O系统构成如下：交流场I/O(ACP和AFT)直流场I/O(DFT和BFT)交流滤波器保护I/O(AFP)换流变压器I/O(TFT)平波电抗器I/O,五 MACH2系统冗余,每个分布式I/O系统完全双重化，并通过双重现场总线与下一层相连，而且通道双重化，正常时两个通道都在运行。,五 MACH2系统冗余,主回路中所有的传感器都接至I/O系统，传感器的一个线圈连到两个I/O系统的每个系统上。当主回路只有一个传感器时，这个传感器就与两个I/O系统相连，
23、连接方式能够实现在运行期间更换一个I/O系统的输入回路，不影响另一个I/O系统的运行。,五 MACH2系统冗余,分布式子系统与分布式I/O有相同的硬件特性。只有一点不同，就是子系统有它自己的控制功能，甚至是保护功能。实际上，控制功能就分布在各个子系统中。也就是说，对于A、B两系统，子系统有它自己的切换逻辑和通信通道。因此这一层切换到冗余系统不会引起PCP系统的切换，反之亦然。,五 MACH2系统冗余,与二进制I/O设备之间的通信用CAN总线，选择此总线是因为它有许多重要特性适合换流站。这是一种高速、有效短信息、低延时的总线。布置上无主次之分，也就是说网络不依靠任何单节点的功能也能正确工作。CA
24、N总线还有CRC功能和能够去除网络中的一个故障点硬件特性。理论上，使用CAN总线扩展器后，网络中最多允许1024个接点。,五 MACH2系统冗余,CAN总线有两种分层：PCP,ACP或AFP CAN“自身”的CAN总线站CAN网络每个PCP,ACP或者是AFP的主机系统有它们“自身”的CAN网，用于和I/O系统通讯。站CAN网互连站内所有的主机。CAN总线和“自身的CAN”区分开来（用不同的PS801板）。TDM总线没有分层，为了高速测量，TDM总线是点对点的连接。,五 MACH2系统冗余,主机中的CAN总线接口是PS801板，板上有两个CAN总线控制器接至486DX微处理器。,五 MACH2
25、系统冗余,CAN总线通常作为冗余ACP、AFP、PCP系统的I/O控制总线。这些系统总线彼此完全独立，PCP系统的总线由双重CAN总线控制。在这种布置下分布式I/O系统接到每一个控制柜，这样所有保护功能都可以实现双重跳闸回路。因此，保护发出切换到冗余系统之后，双重跳闸回路都总是可用的。切换只发生在主计算机层次上。,五 MACH2系统冗余,五 MACH2系统冗余,PCP或AFP系统中保护动作去跳一个半断路器中的某个开关时，会采用单独的双重化CAN总线。这些开关的I/O接口位于相应的继电器室中的ACP柜。,五 MACH2系统冗余,五 MACH2系统冗余,站双重CAN网络互连系统中所有的ACP、AF
26、P、PCP。BCP系统作为站网络的集线器。一般每个ACP、AFP、PCP柜只有一个CAN节点通过一个PS801板与站CAN网络相连。该网络主要用于无功控制、必要的状态显示信息之间的慢速交换，比如交流线路开关的状态。,五 MACH2系统冗余,MACH2系统中的TDM总线是单向总线，并用于高速测量信号。两个串行端口的数字信号处理器以点对点方式布置(DSP到DSP连接)。与CAN总线一样，TDM总线也是双重化冗余布置的。,五 MACH2系统冗余,五 MACH2系统冗余,TDM总线具有输送数据容量大、延时小、无失真运行等特点。这在HVDC控制中，对于输送高带宽的测量信号是非常必要的。TDM总线的输送速
27、度大约是10MHz(时钟频率)。根据输送方式和每构架中的插槽数目，以抽样速度为每秒10100K传输。构架中TDM插槽最多为32个，其中有一个用于检和。TDM总线极可以是电气的(物理层用RS422)也可以是光纤。,五 MACH2系统冗余,每条TDM总线需要三条导线或光纤。三个信号是：帧同步指示一个新的TDM插槽的设置 时钟10MHz 时钟 数据包含TDM插槽,五 MACH2系统冗余,TFT柜中交流电流测量例：从分布式I/O中的PS860板，经过光缆连接板PS876到PS801板的DSP。PS860既可用底板上的TDM0也可以用TDM1。接收端的I/O接口能处理四回TDM进线通道。每个PS801板
28、能控制六回TDM通道。,五 MACH2系统冗余,五 MACH2系统冗余,当I/O系统处于同一个柜中的时候(例如AFP系统的接口)，两个PS876板之间不必用光纤连接。,五 MACH2系统冗余,五 MACH2系统冗余,监视系统,五 MACH2系统冗余,监视系统分层结构原则是每个主机系统（ACP、AFP和PCP）监视自己的PCI板、I/O系统，包括CAN和TDM总线。,五 MACH2系统冗余,监视系统的最高层是主机中的软件功能（SUP），它收集来自PCI板的DPM的OK信号。监视系统（PCI板和分布式I/O）中每一个微处理器都发出OK信号。,五 MACH2系统冗余,通常检测出故障就闭锁保护的输出，
29、同时控制系统切换至冗余系统。根据故障的严重程度把故障分为三个等级：轻微故障 严重故障 紧急故障,五 MACH2系统冗余,故障处理是主机SUP功能的一部分，由三个不同的控制功能组成：即轻微故障处理（MFH）、严重故障处理（SFH）、紧急故障处理（EFH）。,五 MACH2系统冗余,典型的小故障有：主机中温度报警或风扇故障 极对极通信故障 自动诊断系统报警,五 MACH2系统冗余,当某个运行系统发生小故障时，如果另一个系统可用而且没有任何小故障那么系统进行切换。而先前发生故障的运行系统则作为备用系统。发生一个小故障，在切换后停运备用系统，是为了当运行系统中发生更严重的故障时能够进行新的切换。,五
30、MACH2系统冗余,典型的严重故障有：TDM总线故障 CAN节点故障 冷却控制系统故障 电源单元故障,五 MACH2系统冗余,严重故障将推出备用，或者取决于系统的运行/备用的状态，进行系统切换。如果备用系统不可用，就发出警报，系统继续运行。,五 MACH2系统冗余,典型的紧急故障有：因TDM总线故障所引起的保护区域或设备的不足 486DX板故障引起CAN总线信息输送故障 特别重要的CAN节点的故障，例如是断路器接口板 换流器点火控制故障 阀控单元故障 主机死机,五 MACH2系统冗余,当发生紧急故障时，首先启动备用系统或者根据运行和备用系统的状态执行系统切换。如果另一个系统不能接管控制或存在相
31、同的故障，则采取下列措施：闭锁换流器。跳交流开关,五 MACH2系统冗余,主机硬件的监视功能由PS820板中的8051和486DX处理器执行。辅助电源 风扇 温度以上三项由8051处理器监视，它依次向486DX处理器输送数据。因此使用了一个特殊的HiDraw模块。,五 MACH2系统冗余,五 MACH2系统冗余,486DX处理器监视主CPU死机。当主CPU死机时，并且没有备用的情况下，监视系统通过一个CAN4网桥发出紧急跳闸信号去跳回路开关。,五 MACH2系统冗余,五 MACH2系统冗余,PCI板上的每个处理器（PS8xx或SG1xx）均发出自身状态OK信号。这些信号是主处理器（PS8xx时
32、是486DX）及DPM与主CPU监视系统之间通信的信号。根据处理器运行功能的不同把故障分为三个不同的等级：即轻微故障、严重故障、紧急故障。,五 MACH2系统冗余,I/O板内有板上处理器和自身监视系统。如果监视系统检测到板内故障，一般认为是处理器故障。状态信息的通讯由CAN总线监视处理。,五 MACH2系统冗余,CAN总线通过监视网络中所有节点来监视CAN总线。原则上CAN总线监视功能有三种不同的结构：ACP、AFP或PCP 系统“自身”CAN总线监视 CCP或ETCS等分布式子系统中的CAN总线监视 站CAN总线监视，此总线连接站中所有的ACP、AFP或PCP系统,五 MACH2系统冗余,一
33、般ACP、PCP或AFP系统自身的CAN总线由PS801板上的486DX微处理器来监视。A、B两系统的监视系统是相互独立的，也就是A系统只监视A系统接口，B系统只监视B系统接口。,五 MACH2系统冗余,五 MACH2系统冗余,每隔连续的四秒，每个节点发出一个广播存在信息。此时，这个广播存在信息由节点监视器接收。这个节点监视器也就是位于PS801板上的486DX，486DX依次输送数据给DPM。这一点对于主机的应用是非常有效的。如果在一定的时间内没有接收到节点的广播存在信息，就认为该节点故障。通常发生节点故障就切换至冗余系统。CAN节点监视功能用一个特殊的HiDraw模块回路。,五 MACH2
34、系统冗余,五 MACH2系统冗余,通常分布式子系统的CAN总线是较高层CAN网络的一部分，比如PCP系统自身的CAN 网络。因为子系统有自己的切换逻辑和独立的运行/备用的状态，所以它必须监视自己的CAN节点。监视功能由PS830板控制，方法与上面的PS801板类似。原则见下图15：,五 MACH2系统冗余,五 MACH2系统冗余,与以上的CAN监视的原则不同，站CAN总线的监视由网络中的每个节点执行。这意味着站CAN网络中两个节点之间传输信号的正确性由接收端检查，方法是检查发送节点使用之前的OK状态信息。,五 MACH2系统冗余,TDM总线的运行状态在接收端和发送端都监视。TDM总线的监视原则
35、根据输送方式不同而相异。通常有两种输送方式：一种是正常（同步），一种是自动（非同步）。,五 MACH2系统冗余,正常TDM总线监视：由下列信号监视串行输送状况：有效指示 检和误差（仅仅是接收端）,五 MACH2系统冗余,自动TDM监视：由下列信号监视串联输送状况：有效指示 检和误差（仅仅是接收器）,五 MACH2系统冗余,切换原则主要应用于PCP系统。切换的原则是：不管发生任何内部故障，都必须能够进行安全、快速的切换从而保证输电系统安全的运行。ACP、AFP系统的切换原则与PCP相同。这样便于控制断路器和其它其刀闸。,五 MACH2系统冗余,冗余PCP系统设计成双重化，一个系统运行，另一个热备
36、用。任何时候只有一个系统运行并控制换流器及其相关设备。另一个系统也就是备用系统也在运行但输出被闭锁。如果运行系统检测出故障，将切换到备用系统，使之成为新的运行系统。这时先检查故障系统（开始的运行系统），然后把它恢复成新的备用系统。,五 MACH2系统冗余,系统切换指令可以手动发出也可以自动发出。在运行系统中按下一个手动按钮即可发出手动指令。而自动指令由子系统内部监视功能或保护发出（见下面）。切换指令总是由正在运行的系统发出。在这种切换逻辑下，备用系统故障或试验都不会产生切换。所以不可能发生手动切换到故障系统。,五 MACH2系统冗余,切换指令可以由监视系统发出也可以由直流保护发出。这个特点提高
37、了双重化系统的可靠性。,五 MACH2系统冗余,使用保护发出切换指令的目的是为了使保护可以检测到HVDC系统中发生的任何不正常运行条件。如果不正常条件是由控制系统故障或直流侧的测量设备故障所引起的，那么通过切换可以恢复正常运行条件。尽管直流监视的测量设备比较复杂，但通过保护切换可以增加安全性。,五 MACH2系统冗余,如果系统切换失败，发出切换指令的保护下一步将发出跳闸和闭锁指令。保护发出的切换指令以及跳闸及闭锁指令之间的选择通过降低切换指令的等级、切换指令的延迟时间稍短来实现。这样，系统能够在保护发出切换指令后恢复。注意在这种布置下，直流保护回路没有附加的时间延迟。,五 MACH2系统冗余,
38、切换指令能够实现两个冗余系统之间的完全隔离，从而保证备用系统故障不会干扰运行系统。有了这种隔离措施，就可以在某一个系统运行时检修另一个系统。,五 MACH2系统冗余,切换逻辑（SQL）由三部分组成，SQL应用在主CPU中，与之相关的应用在PS820板内的486处理器中。486处理器控制HDLC的通信。PS820板还以相似的方法控制站内的远程通信和极对极通信。最终SQL应用在DSP处理器中。这个DSP处理器控制与另一个系统间的TDM通信。通过两系统间的HDLC和TDM通道，能够实现冗余的系统对系统的通信方式。通信原则见下图19：,五 MACH2系统冗余,五 MACH2系统冗余,主CPU中的SQL
39、应用包括下列功能：运行/备用控制器（ASH）备用监视（STM）双极有效逻辑（ABL）,二 数字计算机控制系统基本结构MACH2系统介绍,内部监视功能可以减少维护并对故障进行追踪。能监视系统中的每一个微处理器和通信总线，检测到偏差就报警，并且安全地切换至备用系统。此系统的内外部连接高度集成化。双重光纤通信总线的应用不但在很大程度上降低了扰动的风险，而且能够实现全站监视系统的完全分层。,二 数字计算机控制系统基本结构MACH2系统介绍,二 数字计算机控制系统基本结构MACH2系统介绍,二 数字计算机控制系统基本结构MACH2系统介绍,二 数字计算机控制系统基本结构MACH2系统,三 葛南控制保护系
40、统,改造后的直流控制保护系统按面向物理或逻辑对象的原则进行功能配置，不同对象的功能之间尽可能少的交换信息，某一对象异常不影响其他对象功能的正确运行。站控、阀控、直流极保护系统采用MACH2系统实现，它是一种分层、分散、分布的开放式系统。完全双重化设计，由主机、分布式I/O、标准现场总线及标准LAN网接口组成，软件采用Hidraw图形化编程工具实现。,三 葛南控制保护系统,换流变、直流滤波器、交流滤波器的保护采用南瑞继保自主开发的硬件平台及软件。人机界面采用基于高档微机的图形化人机界面。培训工作站采用独立工作站和相关设备实现，与站LAN网间通过隔离装置进行隔离，以保证系统运行的安全性。,三 葛南
41、控制保护系统,三 葛南控制保护系统SCADA支持平台,SQL Server数据库，用于事件信息存储及处理。Intouch搭建的人机界面，用于实时测量、显示，完成对交直流系统的控制与操作，同时显示实时报警、事件及历史事件、曲线等。控制方式转换LAN网，连接整个SCADA系统以及交直流保护系统。分布式处理接口，各系统通过处理接口向服务器发送事件信息，向控制系统发送测量信息，同时接受操作指令。,三 葛南控制保护系统SCADA功能,数据采集与监视控制事件与报警系统主时钟对时OHM与MIS系统接口与交直流保护及保护信息子站的接口与远方调度中心通讯运行人员培训系统与模拟屏的接口与电量计费的接口五防功能,三
42、 葛南控制保护系统 SCADA功能,运行人员工作站（OWS）,分布式处理接口（DPI）,服务器之间的数据交换如图所示。,三 葛南控制保护系统SCADA功能,三 葛南控制保护系统站控,改造后的站控系统分为交流站控和直流站控。交流站控系统主要完成：交流场、交流滤波器和电容器的监视和控制。直流站控系统主要完成：直流场的监视和控制，与水冷、TM 及其它系统的接口。直流站控和直流阀控共用控制主机（合称为极控主机），双极站控系统相互独立。,三 葛南控制保护系统站控,改造后的站控系统是一分层、分散、分布的开放式系统，主要包括：1）I/O：用于完成与交/直流一次设备、站用辅助系统及其它二次子系统间的接口(包括
43、直流系统保护、交流保护系统、远动通信设备、能量计费系统等)。2）现场总线：用于完成I/O 与站控主机之间的数据传输。总线采用标准CAN和TDM总线，通讯介质采用光纤。3）站控主机：用于完成对站内设备的控制和监视功能。收集站控系统范围内的“事件”并上传送入运行人员控制系统。,三 葛南控制保护系统站控,4）在线谐波监视主机（OHM，On-line Harmonic Monitoring）：用于完成对相关点谐波的测量、监视和分析，并将结果上传至运行人员控制系统。整个系统具有较强的开放式结构，网络通信规约采用标准的国际通用协议，可方便地与其它系统联接和数据传输，具有较强的伸缩性，扩充方便。,三 葛南控
44、制保护系统站控,两套交流站控主机控制分区划分如下：1)交流站控主机1 控置和监视区域为：BA10、BA20、BA12、BA22、BA32、BA14、BA24、线路、母差、交流滤波器和开关保护接口。2)交流站控主机2 控置和监视区域为：BA11、BA21、BA31、BA13、BA23、BA15、BA25、线路、母差、交流滤波器和开关保护接口。,三 葛南控制保护系统站控,控制功能：站控系统接收来自运行人员控制系统（OWS）或远动系统（GWS）的控制命令信号，主要完成下述控制和操作：,三 葛南控制保护系统站控,监视功能：几乎所有在运行人员控制系统（OWS）上所监视的信号，都是在站控系统内完成信号采集
45、、汇总和上传的工作，主要包括：所有这些上传到OWS 的被监视信号，均具有完整的时间标记，其最小分辨率为1毫秒。,三 葛南控制保护系统站控,数据采集：换流站站控系统通过数据采集（I/O）单元采集有关信息，检测出事件，故障，状态，变位信号及模拟量正常，越限信息等，进行包括对数据合理性校验在内的各种预处理，实时更新数据库，其范围包括模拟量，开关量和脉冲量等。另外，通过运行人员控制系统的站LAN 网，运行人员控制系统可对直流控制、直流系统保护、交流保护、能量计费的信息进行监视。,三 葛南控制保护系统站控,数据处理：为减少信号传输的时延及误差，站控系统采集的模拟量直接接入I/O，I/O 采集后通过TDM
46、 总线送入站控主机计算，站控主机将计算结果通过LAN 网再送到运行人员工作站显示，没有中间环节，测量可靠、精度高。站控系统I/O 采集开关量，采用CAN 总线方式送入站控主机。,三 葛南控制保护系统站控,信号内容：,三 葛南控制保护系统站控,顺序控制、联锁和同期顺序控制和连锁的目标是：&平稳地启动和停运直流输电&安全可靠地操作开关、隔离刀闸和接地刀闸&安全可靠的控制模式或运行方式转换 顺序控制和联锁的内容是：&顺序控制主要包含直流系统启动和停运过程中的顺序操作，各种控制模式和运行方式的切换。,三 葛南控制保护系统站控,顺序控制、联锁和同期基本的顺序控制有&换流变交流侧带电/断电&换流极的连接/
47、隔离&极/双极的起动与停运&运行接线方式的转换&直流滤波器投切&交流滤波器/并联无功补偿设备投切&线路开路试验&功率反转,三 葛南控制保护系统站控,顺序控制能由运行人员在运行人员工作站上通过站控系统或在站控主屏上手动启动，两者的优先级别为后者高于前者。在顺序控制执行过程中，如果由于某一设备原因造成顺序控制无法执行下去，顺序控制操作停止在该设备处，待运行人员手动操作该设备后，由运行人员决定该顺序操作是按自动执行或按步执行的方式来继续执行。在顺序控制执行过程中，运行人员能够中止或暂停该顺序控制的执行。在暂停状态下，能由运行人员决定该顺序操作是按自动执行或按步执行的方式来继续执行。,三 葛南控制保护
48、系统站控,联锁能在各个操作层次均能实现，包括远方调度中心、运行人员工作站、就地保护小室及设备就地。其优先级别依次为（从高到低）设备就地、就地保护小室、运行人员工作站、远方调度中心。,三 葛南控制保护系统极控保护,每极配置冗余的直流控制保护主机一套，控制、监视、保护每极所对应的阀厅和直流场区域（DFT）、换流变本体(TFT)、水冷（C&V）、TM、换流变和整流滤波器保护接口、故障录波器接口、紧急停运接口、故障定位仪接口。每套极控制保护采用独立的主机，共享I/O。每极从I/O到主机采用完全冗余配置，保护功能主要包括直流场保护、直流线路保护、接地极引线保护等。在每套系统上均配置了显示器和键盘，可完成就地的监视和就地控制功能。,三 葛南控制保护系统极控保护,MC1的主要功能极控制功能，如触发角控制、功率控制、分接头控制、顺序操作和联锁等系统监视与I/O通讯与阀控单元的通讯SCADA接口与另一极的通讯与对端站通讯,三 葛南控制保护系统极控保护,MC2的主要功能直流极保护系统监视SCADA接口与I/O通讯,三 葛南控制保护系统极控保护,其它的接口屏DFTTFTC&V,三 葛南控制保护系统其它保护,直流滤波器保护交流滤波器保护换流变保护交流保护,谢 谢！,
