[发明专利]一种模块化多电平换流器子模块的程序在线升级方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模块化多电平换流器子模块的程序在线升级方法。

背景技术

随着环境污染和能源短缺日益严峻，发展可再生清洁能源，提升能源结构得到了大力推广。与此同时，直流输电技术也得到了大力发展，目前较为先进的是柔性直流输电技术。

模块化多电平换流器是柔性直流输电系统中非常重要的组成部分。通过子模块串联构成换流阀，模块化程度高，谐波畸变小，开关损耗低。各相各桥臂上的多个子模块都是相同的，主要由子模块控制器、电容器、功率半导体器件（常用绝缘栅双极型晶体管，简称IGBT）等组成。各个子模块均可以单独控制，他们合成的阶梯波形可以较好地模拟正弦波形。

一个较大柔性直流工程的多电平换流器可以有上千甚至几千个子模块，这些子模块的维护升级要消耗大量的人力物力。尤其是升级子模块程序的时候，需要操作人员使用调试线缆逐个升级，这往往要消耗几天的时间。

基于以上分析，需要设计一种模块化多电平换流器子模块的程序在线升级方法，以降低子模块升级消耗的时间成本和人力成本，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种模块化多电平换流器子模块的程序在线升级方法。现场操作人员可以通过光纤网络，在线批量升级多个换流器子模块，大大节约了装置维护所需的时间成本和人力成本。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种模块化多电平换流器子模块的程序在线升级方法。换流器子模块（SMC）通过光纤连接至远端的VBC装置。在VBC装置中存有待升级的程序，SMC通过光纤从VBC装置接收该程序。SMC的通信和接收程序的功能集成在FPGA中，FPGA接收完新程序后，将其发送至MCU，由MCU将新程序存入FLASH。然后MCU使用新程序重新加载FPGA，实现程序的在线升级。在升级的过程中，MCU将自动保存升级前的程序，并在升级失败的情况下使用升级前的程序加载FPGA，具有较高的安全性。

SMC子模块在上述新程序接收过程中，首先由FPGA通过光纤接收到新的程序，再使用CAN协议封装数据后通过CAN总线发送给MCU。然后MCU通过SPI接口将程序写入FLASH。

FLASH划分为FPGA1和FPGA2两个存储区，其中FPGA1是优先启动区。程序升级过程中，MCU首先检测当前工作的程序数据是否存储在FPGA1区域，如果是的话，将当前程序保存至FPGA2区域，然后将新程序写入FPGA1区域；如果不是的话，可以将新程序直接写入FPGA1区域。这样可以保证在FPGA2区域中存有升级前的程序，在升级失败的情况下可以从FPGA2区域恢复升级前的程序，具有较高的安全性。

接收并存储完成后，MCU通过PS模式用新程序重新加载FPGA，实现FPGA的在线升级。加载过程中，MCU闭锁IGBT的控制信号，防止在升级过程中IGBT出现误动作。当FPGA重新开始正常工作后，MCU解除对IGBT控制信号的闭锁。

采用上述方案，可以在不需要人工逐个现场操作的情况下，在线批量升级多个换流器子模块，特别适合在柔性直流工程中使用。柔直工程中子模块的数量较多且程序相同，一台VBC装置可以同时与数百个子模块进行通信。采用本发明后，操作人员可以通过VBC装置对这些子模块同时进行在线升级，大大节约了装置维护所需的时间成本和人力成本。

附图说明

图1是柔性直流工程换流器的拓扑结构示意图；

图2是本发明的原理示意图；

图3是本发明中FLASH存储空间的示意图；

图4是本发明中子模块在线升级的过程示意图；

图5是本发明中子模块程序升级的软件流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，在柔性直流工程中，各个桥臂上的换流器子模块（SM）是很多的。每个子模块中都有一个控制器（SMC），来实现通信和控制的功能。每个SMC通过光纤连接到一台VBC装置上。VBC装置再通过以太网络连接到后台上。这种拓扑结构是本发明能够得以实现的基础。操作人员可以在后台或者VBC装置上，通过光纤对多个子模块同时进行程序在线升级。下面将以一个子模块的升级过程为例，进行详细说明。