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MACH2控制保护系统冗余性研究及其可用性分析 　　【摘要】本文全面分析了换流站的控制保护系统的冗余性结构，并以三常直流所采用的MACH2系统为例，详细介绍了该系统控制保护的冗余结构及其冗余特性的具体实现，最后通过建立合理的控制保护设备故障数学模型，计算出了冗余系统的可靠性远远高于非冗余的控制保护系统。 　　【关键词】MACH2；冗余；故障 　　1.引言 　　MACH2(Modular advanced control HVDCSVC 2nd edition)系统称为超高压直流以及输电以及静态无功补偿第二代模块化高级控制系统，是ABB公司开发的用于输电工程的一种控制保护系统。MACH2系统是一种基于软件和硬件的开发平台，也是一种适用于直流输电的控制保护系统。MACH2系统采用基于PC的技术方案，其硬件系统以多处理器的工业PC作为主计算机，通过PCI总线扩展高性能外围设备控制模板构成。该方案具有处理速度高、功能强大和PC系列标准设备易于功能扩展，以及可以得到第三方丰富的资源支持等特点。控制保护系统与现场设备的接口采用光纤介质的CAN、TDM和HDLC等高性能现场总线，使系统具有可靠性高、组态灵活，整个系统表现为基于网络的分布式结构。软件采用图形化编程和调试工具，界面友好、程序可读性高，修改、调试和维护方便，效率高[1]。系统采用完全冗余配置并具有完备的自检功能，极大地提高了系统的可靠性和可用率。 　　本文以三常直流为例详细介绍三常直流的控制保护系统的分层结构，并以ABB公司的MACH2直流控制保护系统为例，来对直流控制保护系统的冗余性做深入分析，并通过计算得出了这种分层设计的冗余控制保护系统可以显著的提高直流控制保护系统的可靠性。 　　2.MACH2 系统冗余性分析 　　MACH2系统包括冗余的ACP，AFP和PCP主机。对于用CAN和TDM总线相互连接的主机，分布式I/O和子系统，总线均采用冗余配置。下面将分别对这些MACH2系统的冗余特性展开深入探讨。 　　2.1 分布式I/O系统的冗余 　　冗余的ACP，AFP，或PCP系统的接口是安放在独立的屏柜内的远方或分布式I/O系统，这些屏柜按距离和设计要求或靠近相关的主回路设备或在中央控制室里。为了避免任何可能的干扰，设备的不同层场总线连接采用光缆[2]。 　　分布式I/O系统包括交流场(ACP和AFT)I/O、直流场(DFT)I/O、交流滤波器保护(AFP)I/O、换流变压器(TFT)I/O、平波电抗器(SRCI)I/O。分布式I/O系统完全冗余，且通过两个双重化现场总线连接到上一级层。不同于ACP、AFP或PCP系统，双重分布式I/O系统总处于运行状态，即双通道运行。对I/O系统，所有主回路的测量传感器这样连接，即每个I/O系统从独立的互感器线圈引入测量量。如果只有一个线圈，应将它连接到两个系统中，确保运行时一个I/O系统的输入回路出现问题时，不影响其他I/O系统的工作。 　　I/O的测量通道一直处于被监测中。如果检测到异常将发出报警，可能的话切换到另一系统(是否切换由故障严重程度决定)。 　　类似于测量通道，对分布式I/O系统，所有进、出开关场的开关量均被联接到两个冗余系统中。从主设备出来，两个I/O系统始终处于运行状态。例如，到断路器的跳闸信号，正常时会被两个系统同时执行。 　　2.2 分布式子系统的冗余 　　分布式子系统与分布式I/O系统使用相同的硬件，唯一不同的是子系统有自己的控制或保护功能。控制保护功能被下放到子系统中，就意味着在A、B子系统间必须有自己的切换逻辑和交叉的通讯通道。在这系统层进行切换不会影响其它系统，如PCP系统。 　　分布式子系统通讯接口原理图如图1所示。 　　由于系统间的距离很短，系统间交叉连接的现场总线采用电气连接（CAN4）。CAN4是独立的，并且不出柜体。它与I/O机箱背板的CAN1(和CAN2)电气隔离。桥的功能在PS832板中用软件实现。 　　2.3 CAN总线的冗余 　　在冗余的PCP，ACP 和AFP系统中，CAN总线被用作I/O控制总线。这些总线彼此间完全隔离。PCP系统总线数据被冗余配置的双CAN总线处理，见图2。这种配置中，分布式I/O系统被联接到各自控制柜[3]。这样可以实现任何保护动作的双重跳闸通道。因此，在完成保护启动的切换后，双跳闸通道总是有效。切换只在主计算机层产生，分布式I/O系统总处于运行状态。 　　在CAN网络系统中，任何一个应用程序（CAN网络节点的软件功能）都能方便地与另一应用程序通讯，只要简单使用信号发送和接受软件功能块。 　　现场总线的运行情况也受故障监测系统的监视，通过连续的读写系统中单独的节点来发现故障。发现故障时，产生报警并切换到备用系统。 　　2.4 TDM总线的冗余 　　MACH2系