CN117833149A - 一种用于可控换相换流阀的阀基监视装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压直流输电技术领域，公开了一种用于可控换相换流阀的阀基监视装置及方法，装置包括：上位机以及下位机，下位机包括：互为冗余备用的第一录波单元和第二录波单元以及互为冗余备用的第一通信管理单元和第二通信管理单元；任一通信管理单元与多个触发监测模块以及上位机连接，用于采集换流阀以及阀基控制设备的多种运行信息，根据多种运行信息生成事件记录，任一录波单元与多个触发监测模块以及上位机连接，用于采集换流阀以及阀基控制设备的多种运行信息，生成多种运行信息对应的录波文件，上位机用于接收多种运行信息、事件记录、录波文件并对可控换相换流阀进行状态监视。解决了现有设备难以满足可控换相换流阀监视需求的问题。

Description

一种用于可控换相换流阀的阀基监视装置及方法

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，具体涉及一种用于可控换相换流阀的阀基监视装置及方法。

背景技术

目前，基于晶闸管和IGBT(Insulate-Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)器件混联的可控换相换流器已成功实现工程应用，该换流器中每个桥臂均由主支路和辅助支路并联组成，两条支路均由晶闸管阀和IGBT阀串联组成，通过对主支路和辅助支路中半导体器件的合理控制，在换流阀换相开始后导通辅助支路，关断主支路低压IGBT阀，将电流转移至辅助支路，促使主支路晶闸管阀承受反压；待主支路晶闸管阀完成恢复后，关断辅助支路IGBT阀，电流转移至IGBT阀避雷器，增强换相电压，成功完成桥臂间换相，避免换相失败发生。

由于可控换相换流阀拓扑结构特殊，换流阀各桥臂单元触发回报信号、相关耦合的电气参数复杂，需要监视及处理的故障和状态信息更为多样化，目前常规高压直流输电系统阀基监视设备、柔性直流输电系统阀基控制设备无法满足可控换相换流阀的监视需求，因此，现有技术中存在现有监视设备难以满足可控换相换流阀监视需求的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于可控换相换流阀的阀基监视装置及方法，以解决现有监视设备难以满足可控换相换流阀监视需求的问题。

第一方面，本发明提供了一种用于可控换相换流阀的阀基监视装置，该装置应用于可控换相换流阀，可控换相换流阀包括阀基控制设备以及换流阀，阀基控制设备包括多个触发监测模块，多个触发监测模块与换流阀连接，该装置包括：上位机以及下位机，下位机包括：互为冗余备用的第一录波单元和第二录波单元以及互为冗余备用的第一通信管理单元和第二通信管理单元；任一通信管理单元与多个触发监测模块以及上位机连接，用于采集换流阀以及阀基控制设备的多种运行信息，根据多种运行信息生成事件记录，任一录波单元与多个触发监测模块以及上位机连接，用于采集换流阀以及阀基控制设备的多种运行信息，生成多种运行信息对应的录波文件，上位机用于接收多种运行信息、事件记录、录波文件并对可控换相换流阀进行状态监视。

在本发明实施例中，利用互为冗余备用的两个通信管理单元和两个录波单元连接可控换相换流阀和上位机，实现了对换流阀及阀基控制设备的多种运行信息进行采集的目的，通信管理单元生成事件记录、录波单元生成录波文件，实现了对大规模信息量的收集处理，最后由上位机接收多种运行信息、事件记录以及录波文件，达到了对可控换相换流阀进行高效、可靠监视的效果，从而解决了现有监视设备难以满足可控换相换流阀监视需求的问题。

在一种可选的实施方式中，上位机包括：工作站、互为冗余备用的第一服务器和第二服务器以及互为冗余备用的第一交换机和第二交换机；工作站、第一服务器、第二服务器、任一录波单元以及任一通信管理单元分别与互为冗余备用的第一交换机和第二交换机连接，任一服务器用于通过互为冗余备用的第一交换机和第二交换机接收任一录波单元以及任一通信管理单元上送的事件记录以及录波文件，对事件记录以及录波文件进行存储，基于事件记录以及录波文件对可控换相换流阀进行监测、管理、故障分析以及对换流阀和阀基控制设备进行控制指令下发，工作站用于为第一服务器和第二服务器提供显示操作界面。

在本发明实施例中，通过对上位机包括的服务器和交换机进行冗余设计，并通过工作站为可控换相换流阀状态监视提供显示操作界面，达到了进一步提高阀基监视装置可靠性和便捷性的效果。

在一种可选的实施方式中，可控换相换流阀还包括极控制保护系统，换流阀包括多条支路、避雷器以及漏水检测计，任一条支路包括晶闸管阀和IGBT阀，多种运行信息包括：阀基控制设备信息、换流阀电压电流信息、避雷器动作信息、漏水检测计信息、极控制保护系统与阀基控制设备通信接口信号、晶闸管阀和IGBT阀对应的触发信息、运行状态信息以及故障状态信息。

在本发明实施例中，根据可控换相换流阀的拓扑结构，采集可控换相换流阀的阀基控制设备、换流阀支路、避雷器以及漏水检测计对应的多种运行信息，实现了对录波文件多样化、定制化监控的目的。

在一种可选的实施方式中，任一录波单元以及任一通信管理单元分别接入GPS网络获取录波时刻以及时标，任一录波单元还用于根据多种运行信息以及录波时刻生成录波文件，任一通信管理单元还用于获取阀基控制设备的状态变位信息，基于GPS网络为状态变位信息打入时标生成事件记录。

在本发明实施例中，通过生成事件记录以及录波文件，实现了对可控换相换流阀进行异常追溯以及故障分析的目的。

在一种可选的实施方式中，任一录波单元包括：核心板、第一电源板、第二电源板、多个接口板、背板以及背板差分信号总线，第一电源板以及第二电源板通过背板为核心板以及多个接口板供电，多个接口板用于采集多种运行信息，核心板通过背板差分信号总线与多个接口板进行通信，用于接收多种运行信息，生成多种运行信息对应的录波文件以及将录波文件上送至上位机。

在本发明实施例中，由于任一录波单元具有多个接口板，可采集可控换相换流阀的多种运行信息，实现了满足可控换相换流阀多样化监视需求以及提高阀基监视装置可拓展性的目的。

在一种可选的实施方式中，核心板包括：GPS接口、以太网接口、USB扩展接口以及Uart接口；GPS接口用于为任一录波单元提供时钟信号，任一录波单元通过以太网接口与上位机进行通信，USB扩展接口用于外接存储器，Uart接口用于与第三方装置进行通信互联以及调试信息的打印测试。

在本发明实施例中，任一录波单元的核心板包括多种接口，可用于实现通信、对时、存储、测试等多种功能，达到了进一步提高阀基监视装置可拓展性和实用性的目的。

第二方面，本发明提供了一种录波单元录波触发方法，应用于上述第一方面或其对应的任一实施方式的任一录波单元，该方法包括：根据阀基控制设备发送的第一信号启动外部录波；或者，根据阀基控制设备发送的第二信号启动接口信号故障录波；或者，根据上位机下发的第三信号启动手动录波。

在本发明实施例中，由于录波单元具有多种录波触发(启动)方法，达到了提高录波单元在不同场景下的适用性的目的。

在一种可选的实施方式中，根据阀基控制设备发送的第一信号启动外部录波，包括：接收阀基控制设备持续发送的第一信号；当第一信号为第一预设频率信号时，在预设录波触发条件下启动外部录波；当第一信号为第二预设频率信号时，在预设录波触发条件下不启动外部录波；当第一信号非第一预设频率信号或第二预设频率信号时，生成通道通信故障信息。

在本发明实施例中，通过接收阀基控制设备持续发送的第一信号，实现了启动外部录波以及检测通道通信故障的目的。

在一种可选的实施方式中，根据阀基控制设备发送的第二信号启动接口信号故障录波，包括：接收阀基控制设备发送的第二信号；根据第二信号的变位时刻或第二信号的预设组合逻辑条件启动接口信号故障录波。

在本发明实施例中，基于第二信号的变位时刻或预设组合逻辑条件启动接口信号故障录波，达到了提高接口信号故障录波启动灵活性的效果。

在一种可选的实施方式中，根据上位机下发的第三信号启动手动录波，包括：接收上位机下发的第三信号；获取第三信号的连判检测结果；根据连判检测结果启动手动录波。

在本发明实施例中，通过对第三信号进行连判检测，实现了提高手动录波启动可靠性的目的。

第三方面，本发明提供了一种录波信号采集方法，应用于上述第一方面或其对应的任一实施方式的任一录波单元，该方法包括：基于上述第二方面或其对应的任一实施方式的录波单元录波触发方法启动外部录波、接口信号故障录波或手动录波；以外部录波、接口信号故障录波或手动录波方式根据多种运行信息对应的录波信号类型以及预设录波时长对多种运行信息进行采样录波，生成录波文件。

在本发明实施例中，利用上述第二方面或其对应的任一实施方式的录波单元录波触发方法启动录波，并根据多种运行信息对应的录波信号类型以及预设录波时长进行采样录波，生成录波文件，实现了获取可控换相换流阀多种运行信息并生成可分析文件的目的。

在一种可选的实施方式中，多种运行信息对应的录波信号类型包括预设频率的采样信号，录波文件包括第一录波文件，以外部录波、接口信号故障录波或手动录波方式根据录波信号类型以及预设录波时长对多种运行信息进行采样录波，生成录波文件，包括：当录波信号类型为预设频率的采样信号时，以外部录波、接口信号故障录波或手动录波方式根据预设录波时长采用第一预设采样频率对多种运行信息进行采样，得到多种运行信息对应的第一频率信号，第一预设采样频率大于预设频率；将多种运行信息对应的第一频率信号转换为预设频率的频率信号，得到第一录波文件。

在本发明实施例中，利用高频信号采样波形、低频信号恢复波形，实现了获取更加精准的录波数据以及减小系统存储压力的目的。

在一种可选的实施方式中，多种运行信息对应的录波信号类型还包括曼彻斯特编码通信信号，录波文件还包括第二录波文件，以外部录波、接口信号故障录波或手动录波方式根据录波信号类型以及预设录波时长对多种运行信息进行采样录波，生成录波文件，包括：当录波信号类型为曼彻斯特编码通信信号时，获取多种运行信息对应的曼彻斯特编码通信的数据包；以外部录波、接口信号故障录波或手动录波方式根据预设录波时长以预设通讯频率从数据包中提取多种运行信息对应的遥信和遥测数据；根据多种运行信息对应的遥信和遥测数据生成第二录波文件。

在本发明实施例中，通过对通信数据包进行信息提取，实现了采集曼彻斯特编码通信类型的可控换相换流阀运行信息的目的。

在一种可选的实施方式中，在基于上述第二方面或其对应的任一实施方式的录波单元录波触发方法启动外部录波、接口信号故障录波或手动录波之后，方法还包括：接收录波指令以及录波指令对应的窗口期，录波指令包括外部录波指令、接口信号故障录波指令以及手动录波指令，在窗口期内，仅响应首次接收的录波指令。

在本发明实施例中，通过设置录波指令窗口期，实现了保证录波文件完整性的目的。

在一种可选的实施方式中，窗口期小于预设录波时长，预设录波时长根据录波指令的优先级确定，录波指令的优先级从高至低依次为：外部录波指令、接口信号故障录波指令、手动录波指令。

在本发明实施例中，通过设置录波指令优先级，实现了提高录波灵活性以及进一步保证录波文件完整性的目的。

在一种可选的实施方式中，方法还包括：利用GPS网络获取录波时刻；根据录波时刻为录波文件命名；利用以太网接口以预设通讯协议将命名后的录波时刻上传至上位机。

在本发明实施例中，利用录波时刻为录波文件命名并上送至上位机，实现了提高可控换相换流阀监视便捷性的目的。

第四方面，本发明提供了一种采用上述第一方面或其对应的任一实施方式的用于可控换相换流阀的阀基监视装置的用于可控换相换流阀的阀基监视方法，该方法包括：根据上述第二方面或其对应的任一实施方式的录波单元录波触发方法启动外部录波、接口信号故障录波或手动录波；获取多种运行信息以及由上述第三方面或其对应的任一实施方式的录波信号采集方法生成的录波文件；根据事件记录、多种运行信息以及录波文件对可控换相换流阀进行状态监视。

在本发明实施例中，利用事件记录、多种运行信息以及录波文件实现了对可控换相换流阀及阀基控制设备内外部多种运行信息的监视和管理，满足了可控换相换流阀的监视需求，解决了现有监视设备难以满足可控换相换流阀监视需求的问题。

在一种可选的实施方式中，避雷器动作信息包括避雷器动作次数及动作电压，漏水检测计信息包括漏水检测计的动作次数及进出阀水温，换流阀还包括水冷系统，阀基控制设备信息包括阀基控制设备运行信息、供电电源信息、散热信息以及屏柜内部温湿度信息，根据事件记录、多种运行信息以及录波文件对可控换相换流阀进行状态监视，包括：根据事件记录对可控换相换流阀进行状态监视；根据避雷器动作次数及动作电压对换流阀内部过电压状态进行监测与管理；根据漏水检测计的动作次数及进出阀水温对换流阀内部水冷系统状态进行监测与管理；根据阀基控制设备运行信息、供电电源信息、散热信息以及屏柜内部温湿度信息对阀基控制设备的状态进行监测与管理；根据录波文件对可控换相换流阀进行触发时序分析以及故障时序分析。

在本发明实施例中，根据事件记录、多种运行信息以及录波文件实现了方便快捷地对可控换相换流阀进行运行状态监视与故障定量分析的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的用于可控换相换流阀的阀基监视装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的另一用于可控换相换流阀的阀基监视装置的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的任一录波单元的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的录波单元核心板的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的用于可控换相换流阀的阀基监视装置的整体结构示意图；

图6是根据本发明实施例的录波信号采集方法的流程示意图；

图7是根据本发明实施例的用于可控换相换流阀的阀基监视方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，本领域技术人员在没有做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。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，若本发明中出现“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

高压直流输电作为电力领域的一项重要技术，非常适合大区域电网互联，是解决远距离大容量电能传输的重要手段，在解决我国幅员辽阔、资源分布不均的问题中发挥了关键作用。目前已建成投运30多条高压直流输电工程，常规高压直流输电技术固有的换相失败问题成为制约高压直流输电发展的重要因素。换相失败会带来有功和无功功率的剧烈波动，可引发送端新能源机组的大面积脱网，严重影响电网的安全稳定运行以及高压直流输电工程的实际输送功率。目前一种基于晶闸管和IGBT器件混联的可控换相换流器拓扑结构被提出并成功实现工程应用，该拓扑换流器中每个桥臂均由主支路和辅助支路并联组成，2条支路均由晶闸管阀和IGBT阀串联组成。通过对主支路和辅助支路中半导体器件的合理控制，在换流阀换相开始后导通辅助支路，关断主支路低压IGBT阀，将电流转移至辅助支路，促使主支路晶闸管阀承受反压；待主支路晶闸管阀完成恢复后，关断辅助支路IGBT阀，电流转移至IGBT阀避雷器，增强换相电压，达到了完成桥臂间换相，避免换相失败发生的目的。

但由于可控换相换流阀拓扑结构特殊，换流阀各桥臂单元触发回报信号、相关耦合的电气参数复杂，需要监视及处理的故障和状态信息多样化，目前常规高压直流输电系统阀基监视设备、柔性直流输电系统阀基控制设备均无法满足要求。因此需设计一套全新的阀基监视装置及监视方法，实现对可控换相换流阀运行状态和故障信息的实时监测、显示和记录，便于运维人员更好的进行日常运行检查和故障分析。

根据本发明实施例，提供了一种用于可控换相换流阀的阀基监视装置，该装置应用于可控换相换流阀，可控换相换流阀包括阀基控制设备以及换流阀，阀基控制设备包括多个触发监测模块，多个触发监测模块与换流阀连接，装置包括：上位机以及下位机，下位机包括：互为冗余备用的第一录波单元和第二录波单元以及互为冗余备用的第一通信管理单元和第二通信管理单元；任一通信管理单元与多个触发监测模块以及上位机连接，用于采集换流阀以及阀基控制设备的多种运行信息，根据多种运行信息生成事件记录，任一录波单元与多个触发监测模块以及上位机连接，用于采集换流阀以及阀基控制设备的多种运行信息，生成多种运行信息对应的录波文件，上位机用于接收多种运行信息、事件记录、录波文件并对可控换相换流阀进行状态监视。

可选地，图1是根据本发明实施例的用于可控换相换流阀的阀基监视装置的结构示意图，如图1所示，用于可控换相换流阀的阀基监视装置101包括：上位机1011以及下位机1012，下位机1012包括互为冗余备用的第一录波单元和第二录波单元以及互为冗余备用的第一通信管理单元和第二通信管理单元，任一录波单元/通信管理单元均与上位机1011以及可控换相换流阀的多个触发监测模块(触发监测模块1至n)连接。其中，多个触发监测模块连接换流阀，任一录波单元/通信管理单元用于采集换流阀以及阀基控制设备的多种运行信息，如换流阀的触发状态、电压电流值、触发监测模块的通信状态以及关键信号量等信息。任一通信管理单元可根据上述多种运行信息生成事件记录，任一录波单元可根据上述多种运行信息生成录波文件，上位机接收多种运行信息、事件记录以及录波文件，从而实现对可控换相换流阀的状态监视、故障溯源、故障分析等目的。需要说明的是，由于可控换相换流阀一般为冗余设计，因此用于可控换相换流阀的阀基监视装置相应地也设置为冗余结构。

在本发明实施例中，利用互为冗余备用的两个通信管理单元和两个录波单元连接可控换相换流阀和上位机，实现了对换流阀及阀基控制设备的多种运行信息进行采集的目的，通信管理单元生成事件记录、录波单元生成录波文件，实现了对大规模信息量的收集处理，最后由上位机接收多种运行信息、事件记录以及录波文件，达到了对可控换相换流阀进行高效、可靠监视的效果，从而解决了现有监视设备难以满足可控换相换流阀监视需求的问题。

在一种可选的实施方式中，图2是根据本发明实施例的另一用于可控换相换流阀的阀基监视装置的结构示意图，如图2所示，上位机包括：工作站、互为冗余备用的第一服务器和第二服务器以及互为冗余备用的第一交换机和第二交换机；工作站、第一服务器、第二服务器、任一录波单元以及任一通信管理单元分别与互为冗余备用的第一交换机和第二交换机连接，任一服务器用于通过互为冗余备用的第一交换机和第二交换机接收任一录波单元以及任一通信管理单元上送的事件记录以及录波文件，对事件记录以及录波文件进行存储，基于事件记录以及录波文件对可控换相换流阀进行监测、管理、故障分析以及对换流阀和阀基控制设备进行控制指令下发，工作站用于为第一服务器和第二服务器提供显示操作界面。

可选地，用于可控换相换流阀的阀基监视装置101包括：上位机1011以及下位机1012。下位机1012详细请参见图1所示实施例的描述，在此不再赘述。上位机1011具体包括：工作站、互为冗余备用的第一服务器和第二服务器以及互为冗余备用的第一交换机和第二交换机，任一服务器均接收来自第一交换机和第二交换机的信息，即任一录波单元以及任一通信管理单元上送的多种运行信息、事件记录以及录波文件，第一服务器和/或第二服务器对上述信息进行存储、管理以及分析，还可利用工作站的显示操作界面对上述信息进行展示和操作，如通过工作站的显示操作界面对换流阀和阀基控制设备(阀控设备)进行控制指令下发，对多种运行信息进行状态监控、根据事件记录监测异常情况以及根据录波文件进行故障分析等，从而实现对可控换相换流阀进行监测、管理以及故障分析的目的。

在一种可选的实施方式中，可控换相换流阀还包括极控制保护系统，换流阀包括多条支路、避雷器以及漏水检测计，任一条支路包括晶闸管阀和IGBT阀，多种运行信息包括：阀基控制设备信息、换流阀电压电流信息、避雷器动作信息、漏水检测计信息、极控制保护系统与阀基控制设备通信接口信号、晶闸管阀和IGBT阀对应的触发信息、运行状态信息以及故障状态信息。可选地，本实施例实时监视可控换相换流阀的多种运行状态，以下是多种运行状态的典型监测信号量示例：

(1)晶闸管、IGBT阀(组件)的触发命令、实际触发状态、两端电压值、运行信息及故障状态信息；

(2)换流阀网侧电压、阀侧电流、直流侧电流以及各支路的电流；

(3)换流阀内部各个避雷器的动作次数、可用次数以及动作电压数值；

(4)换流阀各个位置漏水检测计的动作次数、漏水程度以及进出阀水温；

(5)极控制保护系统与阀基控制设备通信接口信号；

(6)阀控设备内部运行状态、通信状态、关键信号量以及各个板卡芯片的程序版本号；

(7)阀控设备关键处理器的运行温度信号；

(6)阀控设备供电电源及散热风扇的工作信号以及阀控屏柜内部的温湿度信号。

在一种可选的实施方式中，任一录波单元以及任一通信管理单元分别接入GPS网络获取录波时刻以及时标，任一录波单元还用于根据多种运行信息以及录波时刻生成录波文件，任一通信管理单元还用于获取阀基控制设备的状态变位信息，基于GPS网络为状态变位信息打入时标生成事件记录。可选地，任一录波单元/通信管理单元分别接入GPS网络用作对时信号时钟源，获取录波时刻以及时标(Time Scale)。任一录波单元还用于根据多种运行信息以及录波时刻生成录波文件，达到对多种运行信息进行时序分析的目的；任一通信管理单元还用于获取阀基控制设备的状态变位信息，为状态变位信息打入时标生成事件记录(Sequence Of Event，SOE)，达到记录故障发生的时间和事件类型的目的。

在一种可选的实施方式中，图3是根据本发明实施例的任一录波单元的结构示意图，如图3所示，任一录波单元包括：核心板、第一电源板、第二电源板、多个接口板(接口板1至n)、背板以及背板差分信号总线，第一电源板以及第二电源板通过背板为核心板以及多个接口板供电，多个接口板用于采集多种运行信息，核心板通过背板差分信号总线与多个接口板进行通信，用于接收多种运行信息，生成多种运行信息对应的录波文件以及将录波文件上送至上位机。可选地，任一录波单元包括一个核心板，核心板通过背板差分信号总线与其他板卡即多个接口板建立通信，核心板可用于接收录波启动信号、对多种运行状态进行收集和存储、对录波信号进行采集以及通过以太网与上位机进行通信，实现数据的上传和显示。接口板用于实现核心板的接口拓展功能，负责采集晶闸管或IGBT阀触发监测机箱的接口信号，实现数据的采集与存储，接口板采集的接口信号包括频率信号和通信协议信号，并将信号处理后发送至核心板。接口板设计若干电信号接口，可以通过模式设置为接口原始信号实时测试、中间变量实时测试等，可根据采用通道数量确定接口板数量。

在一种可选的实施方式中，图4是根据本发明实施例的录波单元核心板的结构示意图，如图4所示，核心板包括：GPS接口、以太网接口、USB扩展接口以及Uart接口；GPS接口用于为任一录波单元提供时钟信号，任一录波单元通过以太网接口与上位机进行通信，USB扩展接口用于外接存储器，实现录波文件的大容量本地存储，Uart接口用于与第三方装置进行通信互联以及调试信息的打印测试。可选地，核心板还包括：光信号收发接口以及低压差分信号接口，分别用于接收和发送光信号以及低压差分信号，如触发脉冲信号以及由两个信号之间的差值构成的信号。需要说明的是，本实施例不对核心板的接口进行限制，可根据具体需求进行扩展。

在一种可选的实施方式中，图5是根据本发明实施例的用于可控换相换流阀的阀基监视装置的整体结构示意图，如图5所示，阀基监视设备包括上位机和下位机两部分，其中，上位机包括两台服务器(服务器1即第一服务器和服务器2即第二服务器)、两台交换机(交换机A即第一交换机和交换机B即第二交换机)和一台本地工作站即工作站。两台服务器互为冗余备用，两台交换机互为冗余备用，工作站用于运维人员监视及操作。下位机包括两套通信管理单元和录波单元，即通信管理单元A(第一通信管理单元)、录波单元A(第一录波单元)、通信管理单元B(第二通信管理单元)、录波单元B(第二录波单元)，两套通信管理单元互为冗余备用，两套录波单元互为冗余备用，拓扑结构如图5所示。两台服务器负责实现下位机上送信息的存储和控保室内操作界面显示，每台服务器均接收来自交换机A和交换机B的信息，同时可利用本地工作站操作界面显示由服务器实现对换流阀和阀控设备的控制指令下发。

每个通信管理单元对上分别连接至交换机A和交换机B，分别接入GPS网络用作对时信号时钟源，对下分别连接至阀基控制设备多个触发监测模块的AB两套主控板(主控板1A、主控板1B…主控板nA、主控板nB)，即触发监测模块包括对应的出发检测板以及冗余的两套主控板。通信管理单元负责实现换流阀及阀基控制设备的状态信息(多种运行信息)采集，并根据阀基控制设备的状态变位信息，打入时标生成SOE事件上送至上位机。每个通信管理单元实时检测换流阀内各个避雷器的运行状态、漏水检测设备的工作状态、机柜供电电压的工作状态、机柜散热风扇的工作状态以及机柜内部温湿度等信息。每个录波单元对上分别连接至交换机A和交换机B，分别接入GPS网络用作对时信号时钟源，对下分别连接至阀基控制设备的AB两套主控板。用于接收触发指令，进行录波信号采集以及生成录波文件。录波单元结构请参见图3及图4所示实施例，在此不再赘述。可选地，PCPA和PCPB为与录播单元A和录播单元B对应的互为冗余的极控制保护系统(pole control and protection，PCP)，录播单元A或录播单元B可接收对应的PCPA或PCPB下发的指令，根据该指令触发录波。

由于可控换相换流阀新型拓扑结构复杂，需要监控的信息数量庞大，本实施例通过两个冗余的录波机箱可满足较大规模录波量的收集处理，并上送至上位机供运行人员查看；通过两个冗余的通信管理机箱，实现了换流阀及阀控设备状态信息和SOE事件的生成，并上送至上位机供运行人员查看。

根据本发明实施例，提供了一种录波单元录波触发方法实施例，应用于上述第一方面或其对应的任一实施方式的任一录波单元，需要说明的是，在某些情况下，该方法可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。具体地，该流程包括如下步骤：

步骤a，根据阀基控制设备发送的第一信号启动外部录波。具体地，步骤a包括：

步骤a1，接收阀基控制设备持续发送的第一信号。

步骤a2，当第一信号为第一预设频率信号时，在预设录波触发条件下启动外部录波。

步骤a3，当第一信号为第二预设频率信号时，在预设录波触发条件下不启动外部录波。

步骤a4，当第一信号非第一预设频率信号或第二预设频率信号时，生成通道通信故障信息。

示例性地，第一预设频率信号和第二预设频率信号为预先设定的两个不同频率的信号，当极控设备即极控制保护系统(pole control and protection，PCP)需要触发录波时，会发送启动自动触发录波信号即第一信号至换流阀阀控设备，录波单元根据该第一信号启动外部录波。具体地，当录波单元接收的第一信号为第一预设频率信号时，此时录波单元在预设录波触发条件下启动录波功能，预设录波触发条件包括：换流阀充电状态发生、换流阀解锁状态发生、换流阀跳闸状态发生、阀控异常状态发生、系统交流故障状态发生以及典型的通信故障状态发生。

或者，步骤b，根据阀基控制设备发送的第二信号启动接口信号故障录波。

具体地，步骤b包括：

步骤b1，接收阀基控制设备发送的第二信号。

步骤b2，根据第二信号的变位时刻或第二信号的预设组合逻辑条件启动接口信号故障录波。

示例性地，录波单元接收阀基控制设备的特定信号即第二信号，录波单元通过检测特定信号的变位时刻，确定启动录波时刻，同时可设定特定信号的预设组合逻辑作为录波启动条件，该特定信号及预设组合逻辑均可由上位机设定。

或者，步骤c，根据上位机下发的第三信号启动手动录波。具体地，步骤c包括：

步骤c1，接收上位机下发的第三信号。

步骤c2，获取第三信号的连判检测结果。

步骤c3，根据连判检测结果启动手动录波。

示例性地，录波单元具备手动录波功能，上位机侧人机界面通过通信接口下发第三信号启动手动录波，为了避免其他信号的干扰，可令第三信号持续一段时间，连判检测即对第三信号进行连续性检测，若检测结果为连续性信号，则启动手动录波，从而提高了手动录波启动的可靠性。

根据本发明实施例，提供了一种录波信号采集方法实施例，应用于上述第一方面或其对应的任一实施方式的任一录波单元，需要说明的是，在某些情况下，该方法可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。图6是根据本发明实施例的录波信号采集方法的流程示意图，如图6所示，该流程包括如下步骤：

步骤S601，基于上述第二方面或其对应的任一实施方式的录波单元录波触发方法启动外部录波、接口信号故障录波或手动录波。

步骤S602，以外部录波、接口信号故障录波或手动录波方式根据多种运行信息对应的录波信号类型以及预设录波时长对多种运行信息进行采样录波，生成录波文件。可选地，录波信号类型包括预设频率的采样信号以及曼彻斯特编码通信信号，预设录波时长可预先设定，也可由上位机修改。

在一种可选的实施方式中，多种运行信息对应的录波信号类型包括预设频率的采样信号，录波文件包括第一录波文件，上述步骤S602包括：

步骤d1，当录波信号类型为预设频率的采样信号时，以外部录波、接口信号故障录波或手动录波方式根据预设录波时长采用第一预设采样频率对多种运行信息进行采样，得到多种运行信息对应的第一频率信号，第一预设采样频率大于预设频率。

步骤d2，将多种运行信息对应的第一频率信号转换为预设频率的频率信号，得到第一录波文件。

作为一种示例，当录波信号类型为预设频率的采样信号时，对换流阀触发信息比如是1MHz/10kHz接口频率的信号进行采样，先采用100MHz(或者其他远大于1MHz的采样率)的第一预设采样频率采样，得到第一频率信号，再将该第一频率信号还原为标准的频率信号，得到第一录波文件。这种高频信号采样波形、低频信号恢复波形的录波采集方法，可以提高录波数据的精确性，清晰地显示频率的变化时刻，减小录波文件大小，从而减小系统存储压力。可选地，对于预设频率的采样信号，可为录波单元设计模拟量测量端口，方便进行录波采样。

在一种可选的实施方式中，多种运行信息对应的录波信号类型还包括曼彻斯特编码通信信号，录波文件还包括第二录波文件，上述步骤S602包括：

步骤e1，当录波信号类型为曼彻斯特编码通信信号时，获取多种运行信息对应的曼彻斯特编码通信的数据包。

步骤e2，以外部录波、接口信号故障录波或手动录波方式根据预设录波时长以预设通讯频率从数据包中提取多种运行信息对应的遥信和遥测数据。

步骤e3，根据多种运行信息对应的遥信和遥测数据生成第二录波文件。

作为一种示例，假设曼彻斯特通讯信号通信周期为100us，数据传输速率为10Mbps，可将采样率确定为10kHz，录波时长确定为400ms，通过现有技术中通信数据包数据提取方法提取多种运行信息对应的遥信数据(如开关状态)和遥测数据(如电压电流等模拟量)，从而生成第二录波文件。

在一种可选的实施方式中，步骤e3之后，还包括：

步骤f1，利用GPS网络获取录波时刻。

步骤f2，根据录波时刻为录波文件命名。

步骤f3，利用以太网接口以预设通讯协议将命名后的录波时刻上传至上位机。

可选地，利用GPS网络获取的录波时刻对生成的录波文件进行命名，并通过通信接口(如LAN网通信接口、局域网接口)以预设通讯协议(如FTP通讯协议)上传至上位机。

在一种可选的实施方式中，步骤S601之后，还包括：

步骤g，接收录波指令以及录波指令对应的窗口期，录波指令包括外部录波指令、接口信号故障录波指令以及手动录波指令，在窗口期内，仅响应首次接收的录波指令。可选地，窗口期小于预设录波时长，预设录波时长根据录波指令的优先级确定，录波指令的优先级从高至低依次为：外部录波指令、接口信号故障录波指令、手动录波指令。具体地，每次启动录波后，设定特定时长的窗口期，在窗口期内若收到新的录波指令，不执行新的录波指令；窗口期结束后，正常响应录波指令。窗口期一般小于录波时长，可实现避免漏掉波形的目的。录波时长可根据预先设置的启动录波优先级自动调整，如令优先级越高的录波指令对应的录波时长也越长。其中，录波时长及触发时刻可预先设定，也可由上位机修改，每一种录波方式均在上位机界面上设有“启用/禁用”设置，并且具备接口信号状态监测功能。

根据本发明实施例，提供了一种采用上述第以方面或其对应的任一实施方式的用于可控换相换流阀的阀基监视装置的用于可控换相换流阀的阀基监视方法实施例，需要说明的是，在某些情况下，该方法可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。图7是根据本发明实施例的录波信号采集方法的流程示意图，如图7所示，该流程包括如下步骤：

步骤S701，根据上述第二方面或其对应的任一实施方式的录波单元录波触发方法启动外部录波、接口信号故障录波或手动录波。

步骤S702，获取多种运行信息以及由上述第三方面或其对应的任一实施方式的录波信号采集方法生成的录波文件。

步骤S703，根据事件记录、多种运行信息以及录波文件对可控换相换流阀进行状态监视。可选地，上述步骤S703包括：

步骤h1，根据事件记录对可控换相换流阀进行状态监视。可选地，事件记录记录了故障发生的时间和事件的类型，当电力设备发生遥信变位如开关变位时，通信管理单元自动记录下变位时间、变位原因、开关跳闸时相应的遥测量值(如相应的三相电流、有功功率等)，形成SOE记录，便于后续进行分析。

步骤h2，根据多种运行信息对可控换相换流阀进行状态监视。具体地，避雷器动作信息包括避雷器动作次数及动作电压，漏水检测计信息包括漏水检测计的动作次数及进出阀水温，换流阀还包括水冷系统，阀基控制设备信息包括阀基控制设备运行信息、供电电源信息、散热信息以及屏柜内部温湿度信息，步骤h2包括：

步骤h21，根据避雷器动作次数及动作电压对换流阀内部过电压状态进行监测与管理。

步骤h22，根据漏水检测计的动作次数及进出阀水温对换流阀内部水冷系统状态进行监测与管理。

步骤h23，根据阀基控制设备运行信息、供电电源信息、散热信息以及屏柜内部温湿度信息对阀基控制设备的状态进行监测与管理。

步骤h3，根据录波文件对可控换相换流阀进行触发时序分析以及故障时序分析。可选地，录波文件可以是换流阀网侧电压、阀侧电流、各支路电流、直流电流、晶闸管/IGBT的电压与触发信号等状态量的时序变化信息，利用上述录波文件可以实现对可控换相换流阀触发时序正确与否的分析。示例性地，获取交流单相故障、交流三相故障、晶闸管故障、IGBT故障、换流阀切入/切出可控换相运行模式等外部信号对应的录波文件后，利用相关技术中的故障时序分析方法可以方便快捷地对可控换相换流阀进行故障时序分析。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (18)

1.一种用于可控换相换流阀的阀基监视装置，其特征在于，所述装置应用于可控换相换流阀，所述可控换相换流阀包括阀基控制设备以及换流阀，所述阀基控制设备包括多个触发监测模块，所述多个触发监测模块与所述换流阀连接，所述装置包括：上位机以及下位机，所述下位机包括：互为冗余备用的第一录波单元和第二录波单元以及互为冗余备用的第一通信管理单元和第二通信管理单元；

任一通信管理单元与多个触发监测模块以及上位机连接，用于采集所述换流阀以及所述阀基控制设备的多种运行信息，根据所述多种运行信息生成事件记录，任一录波单元与多个触发监测模块以及上位机连接，用于采集所述换流阀以及所述阀基控制设备的多种运行信息，生成所述多种运行信息对应的录波文件，所述上位机用于接收所述多种运行信息、所述事件记录、所述录波文件并对所述可控换相换流阀进行状态监视。

2.根据权利要求1所述的用于可控换相换流阀的阀基监视装置，其特征在于，所述上位机包括：工作站、互为冗余备用的第一服务器和第二服务器以及互为冗余备用的第一交换机和第二交换机；

所述工作站、所述第一服务器、所述第二服务器、任一录波单元以及任一通信管理单元分别与互为冗余备用的第一交换机和第二交换机连接，任一服务器用于通过互为冗余备用的第一交换机和第二交换机接收任一录波单元以及任一通信管理单元上送的事件记录以及录波文件，对所述事件记录以及录波文件进行存储，基于所述事件记录以及录波文件对可控换相换流阀进行监测、管理、故障分析以及对换流阀和阀基控制设备进行控制指令下发，所述工作站用于为第一服务器和第二服务器提供显示操作界面。

3.根据权利要求1或2所述的用于可控换相换流阀的阀基监视装置，其特征在于，所述可控换相换流阀还包括极控制保护系统，所述换流阀包括多条支路、避雷器以及漏水检测计，任一条支路包括晶闸管阀和IGBT阀，多种运行信息包括：阀基控制设备信息、换流阀电压电流信息、避雷器动作信息、漏水检测计信息、极控制保护系统与阀基控制设备通信接口信号、晶闸管阀和IGBT阀对应的触发信息、运行状态信息以及故障状态信息。

4.根据权利要求1所述的用于可控换相换流阀的阀基监视装置，其特征在于，任一录波单元以及任一通信管理单元分别接入GPS网络获取录波时刻以及时标，任一录波单元还用于根据多种运行信息以及录波时刻生成录波文件，任一通信管理单元还用于获取阀基控制设备的状态变位信息，基于所述GPS网络为所述状态变位信息打入时标生成事件记录。

5.根据权利要求1所述的用于可控换相换流阀的阀基监视装置，其特征在于，任一录波单元包括：核心板、第一电源板、第二电源板、多个接口板、背板以及背板差分信号总线，第一电源板以及第二电源板通过背板为所述核心板以及所述多个接口板供电，多个接口板用于采集多种运行信息，所述核心板通过所述背板差分信号总线与所述多个接口板进行通信，用于接收多种运行信息，生成多种运行信息对应的录波文件以及将所述录波文件上送至上位机。

6.根据权利要求5所述的用于可控换相换流阀的阀基监视装置，其特征在于，所述核心板包括：GPS接口、以太网接口、USB扩展接口以及Uart接口；

所述GPS接口用于为任一录波单元提供时钟信号，任一录波单元通过所述以太网接口与上位机进行通信，所述USB扩展接口用于外接存储器，所述Uart接口用于与第三方装置进行通信互联以及调试信息的打印测试。

7.一种录波单元录波触发方法，其特征在于，应用于权利要求1至6任一项所述的任一录波单元，所述方法包括：

根据阀基控制设备发送的第一信号启动外部录波；

或者，根据阀基控制设备发送的第二信号启动接口信号故障录波；

或者，根据上位机下发的第三信号启动手动录波。

8.根据权利要求7所述的录波单元录波触发方法，其特征在于，所述根据阀基控制设备发送的第一信号启动外部录波，包括：

接收所述阀基控制设备持续发送的第一信号；

当第一信号为第一预设频率信号时，在预设录波触发条件下启动外部录波；

当第一信号为第二预设频率信号时，在预设录波触发条件下不启动外部录波；

当第一信号非第一预设频率信号或第二预设频率信号时，生成通道通信故障信息。

9.根据权利要求7所述的录波单元录波触发方法，其特征在于，所述根据阀基控制设备发送的第二信号启动接口信号故障录波，包括：

接收所述阀基控制设备发送的第二信号；

根据第二信号的变位时刻或第二信号的预设组合逻辑条件启动接口信号故障录波。

10.根据权利要求7所述的录波单元录波触发方法，其特征在于，所述根据上位机下发的第三信号启动手动录波，包括：

接收上位机下发的第三信号；

获取第三信号的连判检测结果；

根据连判检测结果启动手动录波。

11.一种录波信号采集方法，其特征在于，应用于权利要求1至6任一项所述的任一录波单元，所述方法包括：

基于权利要求7至10任一项所述的录波单元录波触发方法启动外部录波、接口信号故障录波或手动录波；

以外部录波、接口信号故障录波或手动录波方式根据多种运行信息对应的录波信号类型以及预设录波时长对多种运行信息进行采样录波，生成录波文件。

12.根据权利要求11所述的录波信号采集方法，其特征在于，所述多种运行信息对应的录波信号类型包括预设频率的采样信号，所述录波文件包括第一录波文件，所述以外部录波、接口信号故障录波或手动录波方式根据录波信号类型以及预设录波时长对多种运行信息进行采样录波，生成录波文件，包括：

当录波信号类型为预设频率的采样信号时，以外部录波、接口信号故障录波或手动录波方式根据预设录波时长采用第一预设采样频率对多种运行信息进行采样，得到多种运行信息对应的第一频率信号，所述第一预设采样频率大于预设频率；

将所述多种运行信息对应的第一频率信号转换为预设频率的频率信号，得到第一录波文件。

13.根据权利要求11所述的录波信号采集方法，其特征在于，所述多种运行信息对应的录波信号类型还包括曼彻斯特编码通信信号，所述录波文件还包括第二录波文件，所述以外部录波、接口信号故障录波或手动录波方式根据录波信号类型以及预设录波时长对多种运行信息进行采样录波，生成录波文件，包括：

当录波信号类型为曼彻斯特编码通信信号时，获取多种运行信息对应的曼彻斯特编码通信的数据包；

以外部录波、接口信号故障录波或手动录波方式根据预设录波时长以预设通讯频率从所述数据包中提取多种运行信息对应的遥信和遥测数据；

根据所述多种运行信息对应的遥信和遥测数据生成第二录波文件。

14.根据权利要求11所述的录波信号采集方法，其特征在于，在所述基于权利要求7至10任一项所述的录波单元录波触发方法启动外部录波、接口信号故障录波或手动录波之后，所述方法还包括：

接收录波指令以及录波指令对应的窗口期，所述录波指令包括外部录波指令、接口信号故障录波指令以及手动录波指令，在所述窗口期内，仅响应首次接收的录波指令。

15.根据权利要求14所述的录波信号采集方法，其特征在于，窗口期小于预设录波时长，预设录波时长根据录波指令的优先级确定，所述录波指令的优先级从高至低依次为：外部录波指令、接口信号故障录波指令、手动录波指令。

16.根据权利要求11所述的录波信号采集方法，其特征在于，所述方法还包括：

利用GPS网络获取录波时刻；

根据录波时刻为录波文件命名；

利用以太网接口以预设通讯协议将命名后的录波时刻上传至上位机。

17.一种采用权利要求1至6任一项所述的用于可控换相换流阀的阀基监视装置的用于可控换相换流阀的阀基监视方法，其特征在于，所述方法包括：

根据权利要求7至10任一项所述的录波单元录波触发方法启动外部录波、接口信号故障录波或手动录波；

获取多种运行信息以及由权利要求11至16任一项所述的录波信号采集方法生成的录波文件；

根据事件记录、多种运行信息以及录波文件对所述可控换相换流阀进行状态监视。

18.根据权利要求17所述的用于可控换相换流阀的阀基监视方法，其特征在于，避雷器动作信息包括避雷器动作次数及动作电压，漏水检测计信息包括漏水检测计的动作次数及进出阀水温，换流阀还包括水冷系统，阀基控制设备信息包括阀基控制设备运行信息、供电电源信息、散热信息以及屏柜内部温湿度信息，所述根据事件记录、多种运行信息以及录波文件对所述可控换相换流阀进行状态监视，包括：

根据事件记录对可控换相换流阀进行状态监视；

根据所述避雷器动作次数及动作电压对换流阀内部过电压状态进行监测与管理；

根据所述漏水检测计的动作次数及进出阀水温对换流阀内部水冷系统状态进行监测与管理；

根据所述阀基控制设备运行信息、供电电源信息、散热信息以及屏柜内部温湿度信息对阀基控制设备的状态进行监测与管理；

根据录波文件对所述可控换相换流阀进行触发时序分析以及故障时序分析。