一种基于交叉冗余阀控架构的下行链路选择方法与流程

本发明涉及直流输电及电力电子，具体涉及一种基于交叉冗余阀控架构的下行链路选择方法。

背景技术：

1、随着远距离输电技术的不断发展，换流器控制保护系统对冗余度和可靠性的要求也随之不断提高。在换流器控制系统中，阀控系统承担着关键作用，其核心功能是将上层控制系统生成的调制波转换成实际的开关触发命令，同时对子模块保护发挥着重要作用。图1为本发明提供的一种换流器控制系统的基本结构示意图，如图1所示，该系统主要由主控、阀控以及子模块三部分组成。其中，从阀控到子模块的下行链路，主要用于将阀控主机单元计算得出的功率开关器件触发脉冲发送至各个子模块；从子模块到阀控的上行链路，主要用于将子模块的电容电压、旁路状态等关键运行信息反馈至阀控主机单元，为阀控系统的控制决策和保护动作提供依据。

2、目前，主流的换流器控制系统普遍采用双冗余配置，即设置a系统和b系统，两套系统互为备用，以此避免因控制系统单点故障导致换流器停运。图2为本发明提供的一种阀控为平行架构的换流器双冗余控制系统的示意图，其核心为阀控主机单元与阀控接口单元的平行连接架构，在这种架构中，阀控主机单元a系统、b系统分别与阀控接口单元中的一块核心板建立对应连接，形成主控单元到阀控接口单元核心板a/b（即核心板1和核心板2）系统的深度绑定关系。每个阀控接口单元由2块核心板和若干块接口板组成，在上述平行连接架构下，接口板自身无链路选择自主权，其链路选择完全依赖主用系统，只能被动选用主用系统对应的阀控接口单元核心板链路。该平行阀控架构存在致命缺陷：当单套系统从主控单元（主控单元a和主控单元b）到子模块上任一环节发生故障，将直接导致该阀控接口单元到子模块链路丢失，使得双冗余设计的可靠性优势无法充分发挥，增加换流器因链路故障停运的风险。

3、为解决上述平行阀控架构存在的缺陷，相关技术中提出了阀控主机单元与阀控接口单元核心板之间的交叉连接架构，如图3所示，即阀控主机单元a系统、b系统均与每一块阀控接口单元中的核心板建立独立通信连接。该交叉连接架构打破了平行连接架构的深度绑定限制，为接口板提供两条可用下行链路，也为接口板实现独立链路选择创造了基础条件。基于该交叉连接架构，如何实现接口板的独立判断与自主链路选择，在确保最终接收主用系统数据的前提下，自主决定下行链路的选择，提升链路利用率、冗余度及系统可靠性，成为当前亟待解决的关键需求。针对该需求，目前尚无有效解决方案，导致交叉连接架构的冗余潜力未能充分发挥，难以满足换流器阀控系统高可靠性、高稳定性的运行要求。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中基于交叉冗余阀控架构，如何实现接口板的独立判断与自主链路选择的问题，本发明提出了一种下行链路选择方法、系统、电子设备及介质。

2、本发明的第一方面，提供了一种基于交叉冗余阀控架构的下行链路选择方法，所述交叉冗余阀控架构包括：阀控接口单元，所述阀控接口单元连接外部换流器的子模块，所述下行链路选择方法包括：

3、基于所述阀控接口单元中第一fpga和第二fpga的故障等级，确定第一fpga和第二fpga的主从状态，所述第一fpga与所述第二fpga通信互连；

4、基于所述第一fpga和第二fpga的主从状态，生成选择信号的变位使能信号；

5、基于所述选择信号的变位使能信号，以及所述第一fpga和第二fpga的主从状态，生成所述选择信号；

6、基于所述选择信号，选择主状态对应的fpga链路信号，并将主状态对应的fpga链路信号下发至子模块。

7、可选地，所述基于所述阀控接口单元中第一fpga和第二fpga的故障等级，确定第一fpga和第二fpga的主从状态，包括：

8、在阀控接口单元中第一fpga的故障等级低于第二fpga的故障等级时，确定所述第一fpga为主状态，所述第二fpga为从状态；

9、在所述第一fpga的故障等级高于所述第二fpga的故障等级时，确定所述第一fpga为从状态，所述第二fpga为主状态；

10、在所述第一fpga的故障等级与所述第二fpga的故障等级相同时，保持所述第一fpga和所述第二fpga当前的主从状态不变。

11、可选地，所述基于所述第一fpga和第二fpga的主从状态，生成选择信号的变位使能信号，包括：

12、基于所述主从状态，分别生成所述第一fpga的状态信号和所述第二fpga的状态信号；

13、基于所述第一fpga的状态信号和所述第二fpga的状态信号，组合生成所述第一fpga的主从状态信号和所述第二fpga的主从状态信号；

14、在所述第一fpga和所述第二fpga的主从状态信号均变为目标信号时，将选择信号的变位使能信号置位为目标值，实现所述选择信号的变位。

15、可选地，所述基于所述第一fpga的状态信号和所述第二fpga的状态信号，组合生成所述第一fpga的主从状态信号和所述第二fpga的主从状态信号，包括：

16、按照所述第一fpga的状态信号和所述第二fpga的状态信号的顺序，组合生成所述第一fpga的主从状态信号；

17、按照所述第二fpga的状态信号和所述第一fpga的状态信号的顺序，组合生成所述第二fpga的主从状态信号。

18、可选地，所述基于所述选择信号的变位使能信号，以及所述第一fpga和第二fpga的主从状态，生成所述选择信号，包括：

19、在所述选择信号的变位使能信号为目标值时，基于所述第一fpga和第二fpga的主从状态，生成所述第一fpga的第一待用信号和所述第二fpga的第二待用信号；

20、在所述第一待用信号和所述第二待用信号相反时，生成所述第一fpga输出至2选1逻辑芯片的选择信号，或在所述第一待用信号和所述第二待用信号相同时，生成所述第一fpga输出至2选1逻辑芯片的选择信号。

21、可选地，所述基于所述第一fpga和第二fpga的主从状态，生成所述第一fpga的第一待用信号和所述第二fpga的第二待用信号，包括：

22、在所述第一fpga处于主状态，且所述第二fpga处于从状态时，生成相反的第一待用信号和第二待用信号；

23、若所述第一fpga处于从状态，且所述第二fpga处于主状态，生成相同的第一待用信号和第二待用信号。

24、可选地，在所述基于所述阀控接口单元中第一fpga和第二fpga的故障等级，确定第一fpga和第二fpga的主从状态之前，所述下行链路选择方法还包括：

25、基于所述阀控单元的核心板根据所述第一fpga和所述第二fpga的故障信息，利用预设fpga故障等级判断逻辑，获取第一fpga和第二fpga的故障等级；

26、其中，所述预设fpga故障等级判断逻辑包括：

27、在所述第一fpga，或所述第二fpga无通信物理接口异常时，将故障等级设置最低，在所述核心板自身存在故障时，将所述故障等级设置最高；

28、在所述第一fpga，或所述第二fpga存在通信物理接口异常时，将所述故障等级设置在最低等级与最高等级之间，并按照存在异常的通信物理接口数量，依次升高所述故障等级。

29、可选地，所述阀控接口单元包括：第一核心板、第二核心板和至少一个接口板；

30、每个所述接口板包括：所述第一fpga、所述第二fpga和多个2选1逻辑芯片，所述第一fpga、所述第二fpga分别与所述多个2选1逻辑芯片连接；

31、所述第一fpga通过4路通信物理接口与所述第一核心板连接，所述第二fpga通过4路通信物理接口与所述第二核心板连接，每个所述2选1逻辑芯片连接外部换流器的子模块。

32、可选地，所述交叉冗余阀控架构还包括：第一阀控主机单元和第二阀控主机单元；

33、所述第一阀控主机单元分别与所述第一核心板、所述第二核心板连接，所述第二阀控主机单元分别与所述第一核心板、所述第二核心板连接；

34、所述第一阀控主机单元、所述第二阀控主机单元分别连接外部的主控单元。

35、可选地，所述交叉冗余阀控架构还包括：备用阀控接口单元，所述备用阀控接口单元分别与所述第一阀控主机单元、所述第二阀控主机单元连接。

36、本发明的第二方面，还提供了一种基于交叉冗余阀控架构的下行链路选择系统，所述交叉冗余阀控架构包括：阀控接口单元，所述阀控接口单元连接外部换流器的子模块，所述下行链路选择系统包括：

37、主从状态确定单元，用于基于所述阀控接口单元中第一fpga和第二fpga的故障等级，确定第一fpga和第二fpga的主从状态，所述第一fpga与所述第二fpga通信互连；

38、变位使能信号生成单元，用于基于所述第一fpga和第二fpga的主从状态，生成选择信号的变位使能信号；

39、选择信号生成单元，用于基于所述选择信号的变位使能信号，以及所述第一fpga和第二fpga的主从状态，生成所述选择信号；

40、链路信号选择单元，用于基于所述选择信号，选择主状态对应的fpga链路信号，并将主状态对应的fpga链路信号下发至子模块。

41、可选地，所述主从状态确定单元，具体用于：

42、在阀控接口单元中第一fpga的故障等级低于第二fpga的故障等级时，确定所述第一fpga为主状态，所述第二fpga为从状态；

43、在所述第一fpga的故障等级高于所述第二fpga的故障等级时，确定所述第一fpga为从状态，所述第二fpga为主状态；

44、在所述第一fpga的故障等级与所述第二fpga的故障等级相同时，保持所述第一fpga和所述第二fpga当前的主从状态不变。

45、可选地，所述变位使能信号生成单元，包括：

46、状态信号生成模块，用于基于所述主从状态，分别生成所述第一fpga的状态信号和所述第二fpga的状态信号；

47、主从状态信号生成模块，用于基于所述第一fpga的状态信号和所述第二fpga的状态信号，组合生成所述第一fpga的主从状态信号和所述第二fpga的主从状态信号；

48、变位使能信号生成模块，用于在所述第一fpga和所述第二fpga的主从状态信号均变为目标信号时，将选择信号的变位使能信号置位为目标值，实现所述选择信号的变位。

49、可选地，所述主从状态信号生成模块，具体用于：

50、按照所述第一fpga的状态信号和所述第二fpga的状态信号的顺序，组合生成所述第一fpga的主从状态信号；

51、按照所述第二fpga的状态信号和所述第一fpga的状态信号的顺序，组合生成所述第二fpga的主从状态信号。

52、可选地，所述选择信号生成单元，包括：

53、待用信号生成模块，用于在所述选择信号的变位使能信号为目标值时，基于所述第一fpga和第二fpga的主从状态，生成所述第一fpga的第一待用信号和所述第二fpga的第二待用信号；

54、选择信号生成模块，用于在所述第一待用信号和所述第二待用信号相反时，生成所述第一fpga输出至2选1逻辑芯片的选择信号，或在所述第一待用信号和所述第二待用信号相同时，生成所述第一fpga输出至2选1逻辑芯片的选择信号。

55、可选地，所述待用信号生成模块，具体用于：

56、在所述第一fpga处于主状态，且所述第二fpga处于从状态时，生成相反的第一待用信号和第二待用信号；

57、若所述第一fpga处于从状态，且所述第二fpga处于主状态，生成相同的第一待用信号和第二待用信号。

58、可选地，所述下行链路选择系统还包括：

59、故障等级获取单元，用于基于所述阀控单元的核心板根据所述第一fpga和所述第二fpga的故障信息，利用预设fpga故障等级判断逻辑，获取第一fpga和第二fpga的故障等级；

60、其中，所述预设fpga故障等级判断逻辑包括：

61、在所述第一fpga，或所述第二fpga无通信物理接口异常时，将故障等级设置最低，在所述核心板自身存在故障时，将所述故障等级设置最高；

62、在所述第一fpga，或所述第二fpga存在通信物理接口异常时，将所述故障等级设置在最低等级与最高等级之间，并按照存在异常的通信物理接口数量，依次升高所述故障等级。

63、可选地，所述阀控接口单元包括：第一核心板、第二核心板和至少一个接口板；

64、每个所述接口板包括：所述第一fpga、所述第二fpga和多个2选1逻辑芯片，所述第一fpga、所述第二fpga分别与所述多个2选1逻辑芯片连接；

65、所述第一fpga通过4路通信物理接口与所述第一核心板连接，所述第二fpga通过4路通信物理接口与所述第二核心板连接，每个所述2选1逻辑芯片连接外部换流器的子模块。

66、可选地，所述交叉冗余阀控架构还包括：第一阀控主机单元和第二阀控主机单元；

67、所述第一阀控主机单元分别与所述第一核心板、所述第二核心板连接，所述第二阀控主机单元分别与所述第一核心板、所述第二核心板连接；

68、所述第一阀控主机单元、所述第二阀控主机单元分别连接外部的主控单元。

69、可选地，所述交叉冗余阀控架构还包括：备用阀控接口单元，所述备用阀控接口单元分别与所述第一阀控主机单元、所述第二阀控主机单元连接。

70、本发明的第三方面，还提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；

71、处理器，用于执行一个或多个程序；

72、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上述所述的一种下行链路选择方法。

73、本发明的第四方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上述所述的一种下行链路选择方法。

74、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

75、本发明提供了一种基于交叉冗余阀控架构的下行链路选择方法，该方法通过第一fpga和第二fpga的主从状态，生成选择信号的变位使能信号，基于选择信号的变位使能信号，第一fpga和第二fpga的主从状态，生成选择信号，从而使接口板可通过自身逻辑独立完成链路判断与选择，无需依赖主用系统指令，有效提高链路利用率，避免因主用系统切换造成不必要的冗余度损失，充分释放交叉连接架构的冗余潜力、提升系统冗余度与可靠性，有利于解决传统平行阀控架构中因单点故障导致整条冗余链路失效的缺陷，降低换流器因链路故障停运的风险，提升换流器控制保护系统的整体可靠性与运维灵活性，满足远距离输电技术发展对阀控系统高可靠性、高稳定性的运行要求。