一种MMC阀控测试方法以及系统与流程

一种mmc阀控测试方法以及系统
技术领域
1.本发明涉及柔性直流输电测试技术领域，具体涉及一种mmc阀控测试方法以及系统。


背景技术：

2.基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术(mmc-hvdc)已得到广泛应用，近年来实际工程应用的增加进一步证实了柔性直流输电在技术上的可行性和优越性。mmc模块的基本思想是采用多个子模块级联的方式，降低每一个子模块上的电压受力。由于其模块化、级联型、易扩展的特点，其得到了广泛应用。
3.柔性直流输电中的阀基控制器(valve base controller,vbc)是实现站级控制系统与底层子模块控制的中间接口，用于实现阀臂的控制、保护、监测及与站控系统以及换流阀的通信，同时实现子模块电容电压平衡功能以及环流控制功能。阀基控制器在投入运行前需要对其各项功能指标进行测试，以保证投入运行后不会出现问题。如果建立实际物理环境来测试阀基控制器，不但成本较高，而且具有一定的危险性。目前主流的方法是基于实时仿真平台的硬件在环测试方法(hardware in the loop)，在仿真环境中搭建柔性直流输电系统的换流阀模型，即将阀基控制器接入虚拟仿真环境开展相关的测试试验，以验证阀基控制器各项技术指标是否满足设计规范，并作为出厂验收依据。
4.然而，由于换流阀模型中的子模块采用的是等效方式，不能详细模拟子模块的物理结构，因此难以实现子模块故障工况的模拟，比如现有测试方法无法模拟子模块光纤通讯建立及故障过程或者控制板开关旁路拒动等多种故障，使得阀基控制器的功能不能得到完全测试，给实际投运带来一定风险。另外，阀控测试需大量的工况试验，这些工况需要在仿真环境里面人工搭建，包括仿真模型修改、编译、下载和启动，设置试验工况等，还要对试验中的数据进行录波、截图，编制报告等工作，这些过程不仅会增加人工成本，还可能由于人为失误导致试验失败，耽误进度，影响工期。


技术实现要素：

5.基于此，为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种在仿真环境中模拟多种子模块故障，对阀基控制器的控制和保护逻辑进行全面验证，并且系统运行测试用例实现测试过程的自动化，低成本和测试高效率的mmc阀控测试方法以及mmc阀控测试系统。
6.第一方面，从硬件架构来看，本实施例提供一种mmc阀控测试方法，包括以下步骤：
7.将被测阀基控制器连接mmc仿真模型以及故障模拟接口装置，该mmc仿真模型以及故障模拟接口装置与测试终端连接和通讯；
8.该测试终端控制该mmc仿真模型的加载和执行；
9.该测试终端向该故障模拟接口装置发送该mmc仿真模型子模块的故障模拟信息，该故障模拟接口装置启动对应故障模拟程序模拟故障；
10.该故障模拟接口装置接收该阀基控制器处理该模拟故障的故障状态信息并发送给该测试终端；
11.该测试终端根据对应子模块电压数据以及该故障状态信息确定和显示测试结果。
12.第二方面，从软件流程来看，本技术实施例提供一种mmc阀控测试方法，被测阀基控制器连接mmc仿真模型以及故障模拟接口装置，该mmc仿真模型以及故障模拟接口装置与测试终端连接和通讯；该测试终端的故障模拟测试步骤包括：
13.通过调用rt-lab仿真软件接口控制该mmc仿真模型的加载和执行；
14.通过调用该rt-lab仿真软件接口向该故障模拟接口装置发送该mmc仿真模型子模块的故障模拟信息，以使该故障模拟接口装置启动对应故障模拟程序模拟故障；
15.接收该故障模拟接口装置回传的该阀基控制器处理该模拟故障的故障状态信息；
16.根据对应子模块电压数据以及该故障状态信息确定测试结果，并生成测试报告。
17.第三方面，硬件架构来看，本技术实施例提供一种mmc阀控测试系统，包括测试终端、mmc仿真模型以及故障模拟接口装置，被测阀基控制器连接该mmc仿真模型以及该故障模拟接口装置，该mmc仿真模型以及故障模拟接口装置与测试终端连接和通讯；
18.其中，该测试终端先控制该mmc仿真模型的加载和执行；该测试终端再向该故障模拟接口装置发送该mmc仿真模型子模块的故障模拟信息；该故障模拟接口装置启动对应故障模拟程序模拟故障，接收被测阀基控制器处理该模拟故障的故障状态信息并发送给该测试终端；该测试终端根据对应子模块电压数据以及该故障状态信息确定和显示测试结果。
19.第四方面，从软件模块来看，本技术实施例提供一种mmc阀控测试系统，包括测试终端、mmc仿真模型以及故障模拟接口装置，被测阀基控制器连接该mmc仿真模型以及该故障模拟接口装置，该mmc仿真模型以及故障模拟接口装置与测试终端的测试系统软件通信；该测试终端的测试系统软件包括配置模块、测试用例模块以及rt-lab仿真软件；
20.该测试用例模块用于通过调用rt-lab仿真软件接口控制该mmc仿真模型的加载和执行，还用于通过调用该rt-lab仿真软件接口向该故障模拟接口装置发送该mmc仿真模型子模块的故障模拟信息；
21.该故障模拟接口装置启动对应故障模拟程序模拟故障，并接收该阀基控制器处理该模拟故障的故障状态信息；
22.该测试用例模块根据对应子模块电压数据以及该故障状态信息确定测试结果，并生成测试报告。
23.本技术实施例的mmc阀控测试方法以及系统，基于quikpower测试系统软件，通过编写测试用例实现mmc仿真模型加载、启动、工况设定和故障执行，阀基控制器测试结束后系统生成测试报告，节省了人工成本，提高了检测效率。
24.本技术实施例的mmc阀控测试方法以及系统，引入了故障模拟接口装置实现对mmc仿真模型的子模块故障的详细模拟，该故障包括光纤通讯故障、子模块过压/欠压故障、控制板故障以及过温故障。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，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。
26.其中：
27.图1为本实施例的mmc阀控测试系统的系统架构示意图；
28.图2为本实施例mmc阀控测试方法的主要流程示意图；
29.图3为本实施例mmc阀控测试方法的详细流程图；
30.图4为本实施例的mmc阀控测试系统的测试系统软件的模块示意图；
31.图5为本实施例的mmc阀控测试系统的顺控模块软件模块图；
32.图6为本实施例的mmc阀控测试系统的mmc-hvdc主电路拓扑图；
33.图7为本实施例的mmc阀控测试方法的测试实施例流程图；
34.图8为本实施例的mmc阀控测试系统的其中一故障模拟流程图。
具体实施方式
35.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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有作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。
36.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
37.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
38.请参考图1，本实施例的mmc阀控测试系统包括测试终端1、作为实时仿真目标机的mmc仿真模型4、故障模拟接口装置5、阀控接口屏6以及阀基控制器7。被测阀基控制器7连接该mmc仿真模型4以及该故障模拟接口装置5，该mmc仿真模型4以及故障模拟接口装置5通过网络交换机3与测试终端1连接和通讯。该阀基控制器7通过阀控接口屏6连接至故障模拟接口装置5。
39.从硬件架构角度来讲，该测试终端1先控制该mmc仿真模型的加载和执行，再向该故障模拟接口装置5发送该mmc仿真模型子模块的故障模拟信息。该故障模拟接口装置5接收该故障模拟信息并启动对应故障模拟程序模拟故障。被测阀基控制器根据其自身设置的保护逻辑排除该模拟故障或者未排除模拟故障。该故障模拟接口装置5接收被测阀基控制器处理该模拟故障的故障状态信息并发送给该测试终端1。该测试终端1根据模拟故障对应的子模块电压数据以及该故障状态信息确定和显示测试结果。
40.请一并参考图4以及图5，该测试终端1安装运行quikpower测试系统软件11以及rt-lab仿真软件12。
41.该测试系统软件11包括配置模块111以及测试用例模块112。
42.该测试用例模块112用来预先编辑试验测试流程。该配置模块111包括故障算例113以及数据信息监测界面114。
43.该测试用例模块112包括顺控模块115、故障模拟模块116以及故障分析模块117。
44.该故障模拟模块116包括故障编辑模块118和故障下发模块119。该故障分析模块117包括测试数据接收模块120以及报告生成模块121。
45.该故障模拟模块116用于模拟光纤通讯故障，子模块过压欠压故障、控制板igbt故障以及过温故障等。用户在该故障编辑摸块118预先编辑故障类型和故障测试参数。
46.该测试数据接收模块120接收子模块电容电压数据以及故障状态信息，该故障分析模块117确定测试结果，并由报告生成模块121生成测试报告。
47.该顺控模块115包括初始化模块122、电压数据采集模块123、第一顺控模块124、第二顺控模块125、第三顺控模块126以及第四顺控模块127。
48.该测试系统软件11通过调用rt-lab仿真软件的api接口来控制mmc仿真模型4的加载和执行。
49.该测试系统软件11和rt-lab仿真软件12在同一台电脑上运行，quikpower测试系统软件11采集rt-lab仿真软件12接口的数据，该数据参与到测试流程并在数据信息监测界面114进行显示。
50.该rt-lab仿真软件12配合搭建mmc仿真模型4，之后会由测试系统软件11调用，并按照测试用例模块的程序执行测试流程，测试结果回传给该测试系统软件11。
51.rt-lab仿真软件12与作为实时仿真目标机的mmc仿真模型5通过udp/ip协议通信，该mmc仿真模型通过rt-lab仿真软件12上的加载功能下载到本地运行。
52.被测阀基控制器7通过阀控接口屏6连接至故障模拟接口装置5。该mmc仿真模型4进行模型实时解算，通过光纤与该故障模拟接口装置5互联并采用aurora协议进行通信，该mmc仿真模型4将解算的子模块电压和桥臂电流信息传送给该故障模拟接口装置5，该故障模拟接口装置5将经过转换的子模块电压和桥臂电流信号基于阀控协议通过该阀控接口屏6传送给该阀基控制器7参与测试。
53.该故障模拟接口装置5内嵌fpga芯片。所有故障模拟算法是基于fpga程序开发，该程序能够实现光纤通讯故障，子模块过压欠压故障、控制板igbt故障以及过温故障等故障的模拟。故障试验在测试用例模块112中预先编制，并根据测试步骤决定何时下发故障指令，故障状态通过udp/ip协议回传给测试系统软件11在数据信息监测界面114上进行显示，供测试人员观测分析。
54.阀控接口屏6接收来自mmc仿真模型4的数据信息，比如子模块电压和桥臂电流。并将该数据信息发送给阀基控制器7。同时将阀基控制器的控制指令回传给实时仿真目标机中的mmc仿真模型4。
55.请参考图2以及图3，所示为本实施例mmc阀控测试方法的主要流程图。
56.步骤105：通过调用rt-lab仿真软件接口控制该mmc仿真模型的加载和执行；
57.步骤106：通过调用该rt-lab仿真软件接口向该故障模拟接口装置发送该mmc仿真模型子模块的故障模拟信息，以使该故障模拟接口装置启动对应故障模拟程序模拟故障；
58.步骤107：接收该故障模拟接口装置回传的该阀基控制器排除该模拟故障的故障状态信息；
59.步骤108：根据对应子模块电压数据以及该故障状态信息确定测试结果，并生成测试报告。
60.以上步骤从测试系统软件的工作流程加以描述，也可以基于硬件架构加以描述为：
61.将被测阀基控制器连接mmc仿真模型以及故障模拟接口装置，该mmc仿真模型以及故障模拟接口装置与测试终端连接和通讯；
62.该测试终端控制该mmc仿真模型的加载和执行；
63.该测试终端向该故障模拟接口装置发送该mmc仿真模型子模块的故障模拟信息，该故障模拟接口装置启动对应故障模拟程序模拟故障；
64.该故障模拟接口装置接收该阀基控制器排除该模拟故障的故障状态信息并发送给该测试终端；
65.该测试终端根据对应子模块电压数据以及该故障状态信息确定和显示测试结果。
66.如图3所示，该mmc阀控测试方法在故障测试开始之前还包括该mmc仿真模型的顺控步骤，完成该顺控步骤后再进行该故障模拟测试步骤。
67.该顺控步骤包括：
68.步骤100：对该mmc仿真模型进行初始化，采集所有桥臂子模块平均电压；
69.步骤101：当子模块平均电压值小于第一阈值时，发送交流开关合闸指令，主电路开始充电；
70.步骤102：当子模块平均电压值稳定在第一设定区间时，下发旁路开关合闸指令，进行二次充电；
71.步骤103：当子模块平均电压值稳定在第二设定区间时，完成该二次充电，下发该阀基控制器的解锁使能信号；
72.步骤104：当子模块平均电压值稳定在第三设定区间时，系统解锁成功，下发设定功率点的功率信号。
73.如图7所示，完整的测试流程可以描述为执行测试用例模块程序。按照脚本程序调用rt-lab仿真软件api接口，对mmc仿真模型4加载和执行。测试系统软件11实时采集rt-lab仿真软件中的功率子模块电压数据，根据数据信息判断mmc仿真模型4运行状态。并按照该运行状态执行顺控步骤，实现mmc仿真模型4从不控充电、解锁到设定功率点下稳态运行。此时执行故障模拟测试步骤，启动故障模拟程序，下发故障指令，故障模拟接口装置5接收到指令并模拟相应故障场景。故障生效后触发被测阀基控制器启动保护逻辑，下发控制指令，切除故障子模块完成保护动作，测试流程结束。
74.该测试系统软件11的故障编辑模块118中预先编制了报告模板，测试流程结束后，在数据信息监测界面114上选择相应的试验数据生成测试报告，供测试人员分析。
75.请参考图8，本实施例中故障描述基于上行光纤通讯故障为例，其他故障类型的实现方法与之类似。
76.mmc-hvdc主电路拓扑如图6所示，包括等效电源g、交流开关k1、变压器t、旁路开关k2、等效电阻以及mmc子模块。
77.启动测试系统软件11，调用rt-lab仿真软件api接口，执行测试用例模块112程序。流程如图8所示：
78.在测试系统软件11上调用rt-lab仿真软件api接口，执行测试用例模块程序，对mmc仿真模型4进行初始化，采集mmc仿真模型4桥臂的子模块平均电压，比如设置6个桥臂。当6个桥臂子模块的平均电压值小于第一阈值，比如平均电压值《0.1pu时，发送交流开关合闸指令，k1合闸，主电路开始充电。当6个桥臂的子模块平均电压值都稳定在第一设定区间时，比如区间[0.5pu,0.7pu]，且状态持续5秒后，判定为不控充电完成。此时下发旁路开关合闸指令，旁路开关k2合闸进行二次充电。
[0079]
当6个桥臂的子模块平均电压值都稳定在第二设定区间，比如区间[0.7pu,0.9pu]，且状态持续5秒后，判定为二次充电完成。此时测试用例模块112下发解锁使能信号，该解锁使能信号通过rt-lab仿真软件传递给mmc仿真模型4，mmc仿真模型4经过高速aurora协议将解锁使能信号发送给阀基控制器7。
[0080]
阀基控制器7收到信号后下发脉冲信号，控制图6所示子模块的上下管g1,g2互补导通，子模块在电路中交替投入和切除。当6个桥臂子模块平均电压稳定在第三区间时，比如区间[0.95pu,1.05pu]，且状态持续5秒，判定系统解锁成功。此时测试用例模块112下发功率指令，系统运行在设定的功率点。
[0081]
上述顺控步骤完成后，测试用例模块112执行故障模拟程序。本实施例中以上行光纤通讯故障为例，其他故障类型的实现方法与之类似。故障测试流程如图8所示，根据测试用例中设定的故障类型信息，自动选择相应功率通道，并发送上行光纤故障信号，该故障信号基于udp/ip协议发送给故障模拟接口装置5，故障模拟接口装置5收到故障信号后启动上行光纤通讯故障逻辑程序，将发送给阀控接口装置5的数据自动切换为0。被测阀基控制器7接收不到数据判断为上行光纤通讯故障，触发保护逻辑，阀基控制器7下发旁路脉冲，使得上管g1关断，下管g2导通，故障模块从电路中被切除，上行光纤通讯故障被排除。依照以上逻辑模拟所有故障类型，完成被测阀基控制器的故障测试，测试流程结束。
[0082]
测试完成后，在测试系统软件11中选择试验数据文件，报告生成模块121可以按照模板格式自动生成报告。
[0083]
在本发明的另一实施例中，提供一种mmc阀控测试系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现mmc阀控测试方法。
[0084]
所述mmc阀控测试装置/测试终端可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述通信信息保护装置/终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是通信信息保护装置/终端设备的示例，并不构成对通信信息保护装置/终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述通信信息保护装置/终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0085]
所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述通信信息保护装置/终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接
整个通信信息保护装置/终端设备的各个部分。
[0086]
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述通信信息保护装置/终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作装置、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0087]
其中，所述mmc阀控测试装置/测试终端集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
[0088]
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。