一种模块化多电平换流器子模块的程序在线升级方法技术

本发明专利技术公开一种模块化多电平换流器子模块的程序在线升级方法。子模块控制器（SMC）的主要功能由FPGA实现，可以通过光纤从远端的阀基控制装置（VBC）接收新的FPGA程序，并传送给负责管理程序的MCU。MCU将程序存入FLASH，并重新加载FPGA，实现程序的在线升级。在升级过程中，MCU将自动保存当前的FPGA程序，并在升级失败的情况下恢复当前程序，具有较高的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
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， 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。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供。 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，本专利技术的解决方案是： -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FPGAl和FPGA2两个存储区，其中FPGAl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FPGAl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FPGAl区域；如果不是的话，可以将新程序直接写 入FPGAl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。采用本专利技术后，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是本专利技术的原理示意图； 图3是本专利技术中FLASH存储空间的示意图； 图4是本专利技术中子模块在线升级的过程示意图； 图5是本专利技术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，对本专利技术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。这种拓扑结构是本专利技术能够得以 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。 如图2所示，子模块控制器（SMC)的逻辑功能主要由FPGA、MCU、FLASH三种器件来 实现。其中FPGA负责实现正常运行时的所有功能；MCU负责在上电或在线升级时给FPGA加 载程序；FLASH则用于存储当前的FPGA程序和新的FPGA程序。这种硬件结构是比较常见 且较容易实现的。图2中各种接口的详细描述见表1。 表1SMC内部接口说明 初次运行时，子模块的FPGA程序已经预先存储在FLASH的FPGAl区域，如图3所 示。子模块上电后，MCU会先加载FLASH中的FPGAl，加载成功后用内部变量LastBoot记录 FPGAl的程序版本号；如果不成功再试着加载FPGA2,加载成功后用LastBoot记录FPGA2的 程序版本号；如果都不成功，则LastBoot为空。该子模块工作状态异常，将会被VBC装置检 测到。 子模块在线升级的过程可分为如下步骤： I. VBC装置通过光纤向所有SMC子模块广播在线升级的指令，指令中包含新程序 的版本号。 2. SMC子模块收到广播的信息后，核对程序版本号，如果新程序和正在运行的程序 的版本号不一致，做好升级准备。 3. VBC以广播的形式向所有SMC子模块发送新程序。 4. SMC子模块接收完新程序并校验成功后，在本地进行程序升级。 5. SMC升级成功后，重新与VBC建立通信连接，上传当前的程序版本号。 6. VBC在固定的时间内接收各个子模块上传的版本号，如果没有收到某个子模块 上传的信息，或上传的程序版本号与之前广播的不一致，则记录该SMC子模块升级失败。 上述在线升级过程如图4所示。图4中是以单个SMC为例，实际系统中多个SMC 子模块独立连接至VBC装置，各自执行在线升级操作。 上述步骤4中SMC在本地进行程序升级，主要由SMC子模块上的MCU来执行，具体 操作如下： 1.检测LastBoot，如果最近一次成功加载的程序是FPGAl，则需要将FPGAl搬移到 FPGA2,以备升级失败时恢复当前程序。 2.将新的程序写入FPGAl。 3.用新程序加载FPGA，成功后用LastBoot记录FPGAl的程序版本号，升级完成。 4.如果步骤3升级失败，则用FPGA2来恢复原状。恢复成功后用LastBoot记录 FPGA2的程序版本号。本次升级失败，将会被VBC装置检测到。 5.如果步骤4恢复失败，则将LastBoot清空。该子模块工作状态异常，将会被VBC 装置检测到。 上述内容如图5所示。 在线升级过程中，MCU会通过0UT_EN信号闭锁IGBT控制信号，防止IGBT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。 综上，本专利技术，具有如下特 占· 第一，大大节约了升级子模块程序所需的时间成本和人力成本。操作人员不需要 现场逐个作业，可以在后台或者VBC装置上，通过光纤批量在线升级子模块程序。这在大容 量柔性直流工程中是很有意义的。 第二，安全性高。升级前自动备份前版本程序，在升级失败时可以将子模块恢复原 状。在升级过程中闭锁子模块的输出，防止误动作。 以上仅为说明本专利技术的技术思想，不能以此限定本专利技术的保护范围，凡是按照本 专利技术提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本专利技术保护范本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化多电平换流器子模块的程序在线升级方法，其特征在于：子模块控制器（SMC）的主要功能由FPGA实现，所述FPGA通过光纤从远端的阀基控制装置（VBC）接收新的FPGA程序，并传送给负责管理程序的MCU；MCU将程序存入FLASH，并重新加载FPGA，实现程序的在线升级。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李汉杰，冯亚东，陈勇，汪涛，陈永奎，张茂强，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32