一种高压直流变换器系统及同步启停故障处理方法与流程-k8凯发

本发明属于高压直流变换器系统，尤其涉及一种高压直流变换器系统及同步启停故障处理方法。

背景技术：

1、目前，海洋资源有着巨大的开发潜力和研究价值，海洋资源开发是一种具有深远意义的新兴领域。海底观测网已成为21世纪海洋研究的重要途径之一，海底供电系统是海底观测网涉及的关键，而海底高压直流变换器作为海底观测网中的关键装置，能够将岸基高压电源通过数百公里的海缆传输数千伏以上的高压直流电降压变换为海底观测平台所需的数百伏中压直流电。目前海底供电高压高频变换器存在两种可行性实现方案，即多功率管串联（单级拓扑）和级联功率变换模块变换器（isop）。模块化变换器有着冗余操作能力，规范的模块化操作和功率拓展的灵活性等优点。考虑海底远距离输电海缆大的lrc寄生参数与大动态变化特性的负载影响，以及长期可靠运行，因此需提高模块电源化变换器的稳定性、实时响应速度及可靠性。

2、isop系统可以使得额定电压较低的开关管应用于高输入电压和低输出电压大电流场合。保证其输入侧均压和输出侧均流是其构成稳定工作系统最基本的运行要求。不仅是稳定运行需要保证所有模块输入侧均压，而且在启机、停机以及发生故障均需要所有模块间实现均压或者瞬间关机实现保护。

3、isop系统中模块间启机与停机不同步，会导致系统发生故障。1）模块间启动存在延时，则存在输入侧电压存在不均压，严重时导致多模块间均压环路发生振荡甚至超过器件安全工作区间，发生不可逆故障；2）模块间停机存在较大延时（模块封锁pwm信号实现停机），先停机的模块输入侧阻抗远远大于其他模块，则其输入电压分压远远大于其他模块，导致该模块中功率器件承受较大电压，甚至超过其安全工作区间，发生不可逆故障。

4、另外，isop系统中单模块发生输入侧或输出侧短路故障，导致模块发生不均压或不均流。若此时isop系统中单模块触发故障保护（封锁pwm信号或者输入旁路开关打开），保护信号不能及时发送给所有模块封锁pwm信号实现同步停机，则发生故障的模块输入电流迅速上升，超过器件安全工作阈值，严重时整个系统造成永久性的故障。

5、现有同步启停机或故障处理方法技术，一般采用通讯总线或多条并行启停机控制线。如can通讯总线可支持长距离传输（通信速度与距离成负相关性），且传输数据可靠性高。但can通信总线传输需按特殊协议进行传输，一对多传输速度不能达到快速ns级别的响应，因此不具备传输快速同步启停机的特性。另外多条并行控制线可实现快速启停机与故障保护的功能，但走线复杂（需配置与模块数量一致的控制线），考虑到高压直流变换器高隔离耐压，空间受限且强的电磁干扰环境，并行控制线的方法或技术难以应用在该领域。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种高压直流变换器系统，旨在解决现有技术中级联功率变换模块（isop输入串联输出并联型）高压直流变换器各模块在启停机及故障时保护同步性、实时性差及现有总线控制技术方法可靠性差，引起各模块输入不均压或出现过冲电流，导致模块内部功率mos管发生过压击穿，更严重甚至导致所有模块击穿，最后整个高压直流变换器系统崩溃等问题。

2、第一方面，本发明实施例提供一种高压直流变换器系统，包括：硬件同步总线、对外通讯总线、内部通讯总线、主控模块和若干个级联功率变换模块；各个功率变换模块采用输入串联输出并联的方式连接；

3、单个功率变换模块中包括第二处理器、第一通信电路、第二通信电路、硬件总线组件、功率处理组件和第二存储器；第二处理器分别与第一通信电路、第二通信电路、硬件总线组件、功率处理组件和第二存储器连接；第一通信电路与硬件同步总线连接；第二通信电路与内部通讯总线连接；

4、主控模块包括第一处理器、第三通信电路、第四通信电路、第一存储器及第五通信电路；第一处理器分别与第三通信电路、第四通信电路、第一存储器和第五通信电路连接；第三通信电路与硬件同步总线连接；第四通信电路与内部通讯总线连接；第五通信电路与对外通讯总线连接；

5、第一处理器用于：在高压输入电源电压建立后，通过第三通信电路向硬件同步总线发送总线复位信号，并做延时处理；通过第四通信电路向内部通讯总线发送启机指令；通过第三通信电路向硬件同步总线发送启动脉冲或停止信号；

6、各第二处理器用于：在通过第二通信电路接收到内部通讯总线的启机指令后，启动定时；在定时时间内，判断是否接收到第三通信电路向硬件同步总线发送的脉冲信号，且在脉冲信号下降沿时刻，控制对应的功率变换模块同步启机，输出中压电源；在接收到硬件同步总线发送的故障信号或停机信号时，控制正在工作的所有功率变换模块同步停机，以关闭中压电源。

7、进一步地，高压直流变换器系统还包括上位机终端；所述上位机终端通过所述对外通讯总线与所述主控模块连接，用于配置高压直流变换器系统工作模式与发送启停机控制命令，以及用于监控高压直流变换器系统运行状态；所述对外通讯总线用于将所述高压直流变换器系统内部数据与状态上传给上位机终端。

8、进一步地，所述主控模块中的所述第三通信电路与所述功率变换模块中的所述第一通信电路通过所述硬件同步总线连接，用于将所述主控模块启停机信号与故障信号发送给多个级联功率变换模块；

9、所述主控模块中的所述第四通信电路与所述功率变换模块中的所述第二通信电路通过所述内部通讯总线连接，用于所述主控模块下发控制指令与查询级联功率变换模块内部运行状态与工作数据。

10、进一步地，所述第一通信电路用于将所述硬件同步总线的脉冲信号或电平信号输出给所述第二处理器，以发出启停机指令或故障保护信号；

11、所述第二通信电路用于上传所述功率变换模块运行状态与运行数据及所述第二存储器故障信息；

12、所述硬件总线组件用于使能或复位硬件同步总线信号；所述第二存储器用于存储所述功率变换模块内部参数与功率变换模块故障信息。

13、进一步地，所述第一存储器用于存储所述主控模块内部故障信息或配置参数。

14、第二方面，本发明实施例提供一种同步启停故障处理方法，所述同步启停故障处理方法应用于所述高压直流变换器系统，所述方法包括：

15、高压输入电源电压建立后，主控模块中第一处理器通过第三通信电路向硬件同步总线发送总线复位信号，并做延时处理；

16、主控模块中的第一处理器通过第四通信电路向内部通讯总线发送启机指令；

17、功率变换模块中的第二处理器通过第二通信电路接收到所述内部通讯总线的启机指令后，启动定时；

18、所有功率变换模块中的第二处理器在定时时间内，判断是否接收到所述主控模块通过所述第三通信电路向所述硬件同步总线发送的脉冲信号，且在脉冲信号下降延时刻，所有状态正常的功率变换模块同步启机，输出中压电源；

19、所有功率变换模块中的第二处理器接收到所述硬件同步总线故障或停机信号时，控制正在工作的所有功率变换模块同步停机，同时将故障信号存储在第二存储器中；

20、主控模块收到硬件同步总线故障或停机信号，将所述主控模块触发的故障信号存储在第一存储器中，并通过所述内部通讯总线读取所有功率变换模块故障信息，将所有功率变换模块故障信息存储在第一存储器中。

21、进一步地，所述所有功率变换模块中的第二处理器在定时时间内，判断是否接收到所述主控模块通过所述第三通信电路向所述硬件同步总线发送的脉冲信号，且在脉冲信号下降延时刻，所有状态正常的功率变换模块同步启机，输出中压电源的步骤包括：

22、所有功率变换模块中的第二处理器判断接收所述硬件同步总线脉冲信号是否超过定时时间；

23、若否，主控模块中的第一处理器通过所述第三通信电路向所述硬件同步总线发送脉冲信号；

24、所有正在工作的所述功率变换模块中的所述第二处理器在接收到脉冲信号下降沿时刻，进行同步启机，输出中压电源。

25、进一步地，所述所有功率变换模块中的第二处理器接收到所述硬件同步总线故障或停机信号时，控制正在工作的所有功率变换模块同步停机，同时将故障信号存储在第二存储器中的步骤包括：

26、各个功率变换模块中的第二处理器判断是否接收到所述硬件同步总线故障或停机信号；

27、在接收到所述硬件同步总线故障或停机信号时，各个第二处理器判断各个所述功率变换模块是否均正常运行；

28、若否，则将正在工作的所有功率变换模块同步停机，并将故障信号存储在第二存储器中。

29、进一步地，所述方法，还包括：

30、所述主控模块将所述第一存储器与所述第二存储器中故障信息通过对外通讯总线上传至上位机终端；

31、上位机终端设置高压直流变换器系统工作模式为调试模式；

32、在高压直流变换器系统被配置为调试模式的情况下，所述上位机终端通过所述第五通信电路向所述主控模块发送启机命令；

33、在高压直流变换器系统被配置为非调试模式的情况下，所述上位机终端通过所述第五通信电路向所述主控模块发送停机命令。

34、本发明所达到的有益效果：本发明中采用一条总线实现分时传输脉冲与电平实现启停故障保护的方法，第一处理器用于：在高压输入电源电压建立后，通过第三通信电路向硬件同步总线发送总线复位信号，并做延时处理；通过第四通信电路向内部通讯总线发送启机指令；各第二处理器用于：在通过第二通信电路接收到内部通讯总线的启机指令后，启动定时；在定时时间内，判断是否接收到第三通信电路向硬件同步总线发送的脉冲信号，且在脉冲信号下降沿时刻，控制对应的功率变换模块同步启机，输出中压电源；在接收到硬件同步总线发送的故障信号或停机信号时，控制正在工作的所有功率变换模块同步停机；总线传输速度快，使得所有级联的功率变换模块同步性高；总线结构简单化，便于对总线进行隔离传输；还采用了硬件同步总线与内部通讯总线相结合的方式，利用硬件同步总线传输迅速的特性及内部通讯总线传输数据可靠的特性，实现快速与可靠的启停机及故障保护的效果，避免级联功率变换模块在瞬态启停机与故障保护过程中出现不均压的情况；还采用另外一条差分双绞线形式的总线，易于冗余应用，提高整机的可靠性。本发明不仅实现各级联功率变换模块同步启停与故障保护较高的实时性，以及对故障信息快速存储还原故障真实状态，同时满足高隔离耐压、高抗干扰性，高可靠性。