一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，包括晶闸管状态监测单元、传输通道和上层控制单元；晶闸管状态监测单元实时监测晶闸管的运行参数，并将其通过传输通道发送至上层控制单元；上层控制单元依据换流阀中同一个单阀的晶闸管状态监测单元传输的晶闸管的运行参数生成所述单阀的换相失败信息，并将其发送至直流控制保护系统。与现有技术相比，本实用新型提供的一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，能够在1.5ms内快速判断换流阀的换相失败，增强了换流阀抵御换相失败的能力。
【专利说明】
一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置。
【背景技术】
[0002]直流输电系统中换流器和逆变器发生换相失败故障时，会引起换流变压器直流偏磁、换流阀过热、过电压等问题，同时继发性的换相失败故障还可能引起直流输电系统闭锁，冲击电网的稳定性。
[0003]换流器和逆变器发生换相失败故障的主要原因是换流器或者逆变器的两个换流阀进行换相时，在换相过程未能完毕或者预计关断的换流阀关断后的反向电压期间未能恢复阻断能力，若换流阀中晶闸管两端施加的反向电压时间太短，晶闸管一旦承受正向电压，不需要触发脉冲也会重新导通。换流阀中晶闸管正常换相后可以承受正向电压，晶闸管换相失败后依然导通，其两端电压接近于零。因此，可以在晶闸管换相一段时间后，连续测量晶闸管两端的电压，如果所述两端电压接近于零则换相失败，如果晶闸管两端承受正向电压则换相成功。
【实用新型内容】
[0004]为了满足现有技术的需要，本实用新型提供了一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置。
[0005]本实用新型的技术方案是:
[0006]所述防御装置包括晶闸管状态监测单元、传输通道和上层控制单元；
[0007]所述晶闸管状态监测单元实时监测晶闸管的运行参数，并将其通过所述传输通道发送至所述上层控制单元；
[0008]所述上层控制单元依据所述换流阀中同一个单阀的晶闸管状态监测单元传输的晶闸管的运行参数生成所述单阀的换相失败信息，并将其发送至直流控制保护系统。
[0009]本实用新型进一步提供的优选技术方案为:所述单阀中配置所述晶闸管状态监测单元的数量至少为一，至多为所述单阀中晶闸管级的数量;每个所述晶闸管状态监测单元分别监测一个所述晶闸管级中晶闸管的运行参数。
[0010]本实用新型进一步提供的优选技术方案为:所述晶闸管状态监测单元包括第一逻辑处理子单元，所述第一逻辑处理子单元比较所述运行参数和预设值；
[0011 ]所述晶闸管的运行参数包括晶闸管的电压、电流、电压变化率、电流变化率和功率。
[0012]本实用新型进一步提供的优选技术方案为:所述上层控制单元包括第二逻辑处理子单元，所述第二逻辑处理子单元比较所述单阀中发生正常关断失败的晶闸管级的数量及其预置值。
[0013]本实用新型进一步提供的优选技术方案为:所述晶闸管状态监测单元包括取能/储能电路，用于向所述晶闸管状态监测单元供电；所述取能/储能电路包括第一取能/储能模块和/或第二取能/储能模块。
[0014]本实用新型进一步提供的优选技术方案为:所述第一取能/储能模块，采集并存储所述单阀中晶闸管级回路的电能后向所述晶闸管状态监测单元供电。
[0015]本实用新型进一步提供的优选技术方案为:所述第二取能/储能模块，接收外部激光电源输出的能量，并将其转换为电能向所述晶闸管状态监测单元供电。
[0016]本实用新型进一步提供的优选技术方案为:所述防御装置包括晶闸管触发单元；所述晶闸管状态监测单元与所述晶闸管触发单元与彼此独立；
[0017]所述晶闸管触发单元，接收所述上层控制单元下发的换流阀触发信号，并将其发送至换流阀的晶闸管门极电路。
[0018]本实用新型进一步提供的优选技术方案为:所述晶闸管状态监测单元包括触发模块，所述触发模块接收所述上层控制单元下发的换流阀触发信号，并将其发送至换流阀的晶闸管门极电路。
[0019]与最接近的现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0020]1、本实用新型提供的一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，依据晶闸管的运行参数判断该晶闸管是否发生正常关断失败故障，可以快速监测到晶闸管是否发生正常关断失败，为及时限制故障进一步发展提供了保障；
[0021]2、本实用新型提供的一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，晶闸管状态监测单元11包括两种实施方案，一是晶闸管状态监测单元11与晶闸管触发单元4彼此独立，二是晶闸管状态监测单元11同时具备状态监测和触发功能，两种实施方案均可以适用于在运和在建高压直流输电工程的换流阀技术升级；
[0022]3、本实用新型提供的一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，上层控制单元13依据晶闸管换相状态信息判断换流阀是否发生正常关断失败故障，省去了直流控制保护系统2对晶闸管运行状态检测和判断的过程，可以在下一个单阀未触发前就确认换相失败状况，并可在下一个单阀触发前及时调整触发角，有利于避免连续换相失败的产生和限制换相失败进一步发展；
[0023]4、本实用新型提供的一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，相比于现有技术中直流控制保护系统采用间接测量方法判断换流阀换相失败响应时间需要20ms，本实用新型能够在1.5ms内准确判断出换流阀换相失败并传输至直流控制保护系统，响应速度大大加快。
【附图说明】
[0024]图1:本发明实施例中一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置示意图；
[0025]图2:本发明实施例中一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置连接示意图；
[0026]图3:本发明实施例中另一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置连接示意图；
[0027]图4:本发明实施例中基于晶闸管端电压的换相失败监测波形示意图；
[0028]图5:本发明实施例中基于晶闸管主回路电流的换相失败监测波形示意图；
[0029]图6:本发明实施例中晶闸管状态监测单元中光发射器示意图；
[0030]图7:本发明实施例中晶闸管状态监测单元中光接收器示意图；
[0031]图8:本发明实施例中晶闸管状态监测单元中第一取能/储能模块工作示意图；
[0032]图9:本发明实施例中晶闸管状态监测单元中第二取能/储能模块工作示意图；
[0033]图10:本发明实施例中上层控制单元结构示意图；
[0034]其中，11:晶闸管状态监测单元；111:晶闸管状态采集单元；112:第一逻辑处理单元；1131:第一取能/储能模块；1132:第二取能/储能模块；114:光发射子单元；12:传输通道；13:上层控制单元；131:光收发器；132:第二逻辑处理单元；133:电源模块;2;直流控制保护系统;3:晶闸管;4:晶闸管触发单元;5:激光电源;6:换流站电源。
【具体实施方式】
[0035]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0036]下面分别结合附图，对本实用新型实施例提供的一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置进行说明。
[0037]图1为本实用新型实施例中一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置示意图，如图所示，本实施例中防御装置包括晶闸管状态监测单元11、传输通道12和上层控制单元13。其中，
[0038]晶闸管状态监测单元11实时监测晶闸管的运行参数，并将其通过传输通道12发送至所述上层控制单元13，晶闸管状态监测单元11依据所述运行参数判断单阀中晶闸管是否正常关断。
[0039]上层控制单元13，依据换流阀中同一个单阀的晶闸管状态监测单元11传输的晶闸管的运行参数生成所述单阀的换相失败信息，即上层控制单元13依据晶闸管的关断状态判断所述换流阀是否发生换相失败。直流控制保护系统依据换相失败信息执行相应控制逻辑。
[0040]下面分别对晶闸管状态监测单元11、上层控制单元13和传输通道12进行具体说明。
[0041]1、晶闸管状态监测单元11
[0042]本实用新型中换流阀的每个单阀中配置晶闸管状态监测单元11的数量至少为一，至多为单阀中晶闸管级的数量;每个晶闸管状态监测单元11分别监测一个晶闸管级中晶闸管的运行参数。即一个单阀中的晶闸管级可以在部分晶闸管配置晶闸管状态监测单元11，也可以全部配置晶闸管状态监测单元11。
[0043]本实用新型中晶闸管的运行参数可以包括但不限于晶闸管的电压、电流、电压变化率、电流变化率和功率，晶闸管状态监测单元11依据上述运行参数判断单阀中晶闸管是否正常关断包括下述五种实施方案:
[0044](D第一实施方案
[0045]本实施例中晶闸管状态监测单元11依据晶闸管的端电压判断该晶闸管是否发生正常关断失败故障包括若晶闸管的端电压达到预设值，则晶闸管正常关断失败，否则正常关断成功。
[0046]图4为本实用新型实施例中基于晶闸管端电压的正常关断失败监测波形示意图，如图所示，晶闸管正常关断成功时其两端电压承受正向电压，正常关断失败时其两端电压为零。本实施例中依据晶闸管的端电压判断该晶闸管是否发生正常关断失败故障，可以快速监测到晶闸管是否发生正常关断失败，为及时限制故障进一步发展提供了保障。
[0047](2)第二实施方案
[0048]本实施例中晶闸管状态监测单元11依据晶闸管的主回路电流判断该晶闸管是否发生正常关断失败故障包括若晶闸管的主回路电流达到预设值，则晶闸管正常关断失败，否则正常关断成功。
[0049]图5为本实施例中基于晶闸管主回路电流的正常关断失败监测波形示意图，如图所示，晶闸管正常关断成功时其主回路电流只有微小的电流，该电流值接近阻尼回路和直流均压回路的电流之和；晶闸管正常关断失败时其主回路电流达到晶闸管导通时的电流值。本实施例中依据晶闸管的主回路电流判断该晶闸管是否发生正常关断失败故障，可以快速监测到晶闸管是否发生正常关断失败，为及时限制故障进一步发展提供了保障。
[0050](3)第三实施方案
[0051 ]本实施例中晶闸管状态监测单元11依据晶闸管的电压变化率判断单阀中晶闸管是否正常关断包括:若晶闸管的两端电压变化率达到预设值，则晶闸管正常关断失败，否则正常关断成功。
[0052]本实施例中依据晶闸管的两端电压变化率判断该晶闸管是否发生正常关断失败故障，可以快速监测到晶闸管是否发生正常关断失败，为及时限制故障进一步发展提供了保障。
[0053](4)第四实施方案
[0054]本实施例中晶闸管状态监测单元11依据晶闸管的电流变化率判断单阀中晶闸管是否正常关断包括:若晶闸管的两端电流变化率达到预设值，则晶闸管正常关断失败，否则正常关断成功。
[0055]本实施例中依据晶闸管的两端电流变化率判断该晶闸管是否发生正常关断失败故障，可以快速监测到晶闸管是否发生正常关断失败，为及时限制故障进一步发展提供了保障。
[0056](5)第五实施方案
[0057]本实施例中晶闸管状态监测单元11依据晶闸管的功率判断单阀中晶闸管是否正常关断包括:若晶闸管的功率达到预设值，则晶闸管正常关断失败，否则正常关断成功。
[0058]本实施例中依据晶闸管的功率判断该晶闸管是否发生正常关断失败故障，可以快速监测到晶闸管是否发生正常关断失败，为及时限制故障进一步发展提供了保障。
[0059]本实用新型中晶闸管状态监测单元11包括取能/储能电路，用于向晶闸管状态监测单元11供电。本实用新型中取能/储能电路包括第一取能/储能模块和/或第二取能/储能模块，下面分别对这两种取能/储能模块进行说明。
[0060](I)第一取能/储能模块
[0061]本实施例中第一取能/储能模块1131采集并存储换流阀中单阀的晶闸管级回路的电能，向晶闸管状态监测单元11中各个模块提供电能。
[0062]图8为本发明实施例中晶闸管状态监测单元中第一取能/储能模块工作示意图，如图所示，第一取能/储能模块1131采集晶闸管级回路的电能，分别向晶闸管状态采集子单元
111、第一逻辑处理单元112和光发射子单元114供电，本实施例中第一取能/储能模块1131能够向晶闸管状态监测单元11提供持续不间断的电能。其中，
[0063]晶闸管状态采集子单元111，用于采集晶闸管级的运行参数，并将采集到的运行参数进行编码转换成电信号传送给第一逻辑处理单元112。
[0064]第一逻辑处理单元112，接收晶闸管状态采集子单元采集到的晶闸管运行参数，进行逻辑计算，判断该晶闸管是否正常关断，并将判断信息和关断角传送给光发射子单元114。
[0065]光发射子单元114，将接收的晶闸管关断信息和关断角，通过光电转换，转换成光信号传送给上层控制单元13。
[0066](2)第二取能/储能模块
[0067]本实施例中第二取能/储能模块1132接收外部激光电源输出的能量，并将其转换为电能向晶闸管状态监测单元11供电。
[0068]图9为本发明实施例中晶闸管状态监测单元中第二取能/储能模块工作示意图，如图所示，本实施例中第二取能/储能模块1132接收激光电源5输出的能量转换为电能，分别向晶闸管状态采集子单元111、第一逻辑处理单元112和光发射子单元114供电，本实施例中第二取能/储能模块1132能够向晶闸管状态监测单元11提供持续不间断的电能。
[0069]本实用新型中晶闸管状态监测单元11对晶闸管进行状态监测和触发包括两种实方案，下面对这两种实施方案进行具体说明:
[0070](D第一实施方案
[0071]本实施例中防御装置包括晶闸管触发单元4，晶闸管触发单4与晶闸管状态监测单元11彼此独立。其中，晶闸管触发单元4，接收上层控制单元13下发的换流阀触发信号，并将其发送至换流阀的晶闸管门极电路。
[0072]图2为本实用新型实施例中一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置连接示意图，如图所示，防御装置包括晶闸管触发单元4，晶闸管触发单元4与晶闸管状态监测单元12彼此独立。本实施例中晶闸管触发单元4与晶闸管状态监测单元12彼此独立，可以适用于在运和在建高压直流输电工程的换流阀技术升级。
[0073](2)第二实施方案
[0074]本实施例中晶闸管状态监测单元11不仅包含上述晶闸管状态监测功能，还集成有换流阀原有的晶闸管触发单元的功能，即本实施例中晶闸管状态监测单元11包括触发模块，该触发模块用于接收上层控制单元13下发的换流阀触发信号，并将其发送至换流阀的晶闸管门极电路。
[0075]图3为本发明实施例中另一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置连接示意图，如图所示，晶闸管状态监测单元11将晶闸管状态监测和触发功能集成一体，可以适用于在运和在建高压直流输电工程的换流阀技术升级。
[0076]2、上层控制单元13
[0077]本实施例中上层控制单元13依据晶闸管的关断状态判断换流阀是否发生换相失败包括:
[0078]当单阀中发生正常关断失败的晶闸管级数量达到预置值时，则单阀发生换相失败，所述上层控制单元向直流控制保护系统发送所述单阀的换相失败信息。例如:
[0079]步骤S31:设定换流阀中相应的单阀发生换相失败故障时其包含的发生正常关断失败的晶闸管的数量N;
[0080]步骤S32:依据晶闸管关断状态信号确定换流阀发生正常关断失败的晶闸管的数量M;
[0081]若晶闸管的数量M多N，则换流阀中相应的单阀发生换相失败故障；若晶闸管的数量M〈N，则换流阀中相应的单阀换相成功。
[0082]进一步地，若本实施例中直流输电换流阀为12脉动换流阀，其每个单阀包含P个晶闸管，则12脉动换流阀共有P* 12个晶闸管。设定12脉动换流阀中单阀的P个晶闸管中N个晶闸管发生正常关断失败则该12脉动换流阀为换相失败。此时，若上层控制单元13检测到12脉动换流阀中单阀的P个晶闸管中M个晶闸管发生正常关断失败，若M多N，则12脉动换流阀发生换相失败故障;若M〈N，则12脉动换流阀换相成功。
[0083]本实施例中上层控制单元13依据晶闸管关断状态判断换流阀是否发生换相失败故障，省去了直流控制保护系统2对晶闸管运行状态检测和判断的过程，可以在下一个单阀未触发前就确认换相失败状况，并可在下一个单阀触发前及时调整触发角，有利于避免连续换相失败的产生和限制换相失败进一步发展。
[0084]下面结合附图对本发明中上层控制单元13结构进行具体说明:
[0085]图10为本发明实施例中上层控制单元13的结构示意图，如图所示，本实施例中上层控制单元包括光收发器131、第二逻辑处理单元132和电源模块133。其中，
[0086]光收发器131包括光接收子单元和光发射子单元:光接收子单元，接收发送来的光信号并进行解码转换，转换成电信号传送给第二逻辑处理单元132。光发射单元，接收来自第二逻辑处理单元132的电信号并转换成光信号，发送给直流控制保护系统2或是晶闸管状态监测单元12。
[0087]第二逻辑处理单元132，接收晶闸管状态监测单元11发送的晶闸管关断状态信号，并判断换流阀单阀是否发生换相失败，同时将直流控制保护系统2发送的触发信息转换成触发角下发给晶闸管门极电路对晶闸管触发进行控制。
[0088]电源模块133，引入换流站电源，为光收发器131和逻辑处理单元132供电。
[0089]本实用新型中直流控制保护系统依据所述换相失败信息执行相应控制逻辑包括:
[0090]依据换相失败信息调节晶闸管的触发角，并将包含有该调节后的触发角的换流阀触发信号通过上层控制单元13发送晶闸管状态监测单元11，晶闸管状态监测单元11强所述换流阀触发信号发送至换流阀的晶闸管门极电路，触发相应的晶闸管。
[0091]3、传输通道12
[0092]本实用新型中传输通道可以传输防御装置内部和外部的光信号、电信号或者电磁波信号等。图6和图7分别示出了晶闸管状态监测单元11采用光信号传输的示意图，如图所示，CP信号为包含晶闸管关断状态信号的电信号，CP’信号为包含晶闸管关断状态信号的光信号，TP信号为包含晶闸管触发信号的电信号，TP’信号为包含晶闸管触发信号的光信号。
[0093]本实用新型提供的防御装置可以适用于不同容量和结构的换流站，若换流阀为12脉动换流阀，则基于12脉动换流阀的换流站的防御装置配置方式可以包括:
[0094]1、包含两个12脉动换流阀的±5001^或者±6001^换流站，配置两套防御装置。
[0095]2、包含两个12脉动换流阀的±800kV或者± IlOOkV换流站，配置四套防御装置。
[0096]3、包含两个12脉动换流阀的背靠背换流站，在背靠背换流站的两侧分别配置两套防御装置。
[0097]本实用新型提供的一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，能够在1.5ms内准确判断出换流阀换相失败并传输至直流控制保护系统，响应速度大大加快，可以在下一个单阀未触发前就确认换相失败状况，并可在下一个单阀触发前及时调整触发角，有利于避免连续换相失败的产生和限制换相失败进一步发展。而现有技术中直流控制保护系统采用间接测量方法判断换流阀换相失败响应时间需要20ms，导致换流阀发生换相失败后，故障情况至少要维持一个运行周期后才能被发现，无法避免换相失败在单阀间的蔓延。
[0098]本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，鹽)等。
[0099]显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，其特征在于，所述防御装置包括晶闸管状态监测单元、传输通道和上层控制单元； 所述晶闸管状态监测单元实时监测晶闸管的运行参数，并将其通过所述传输通道发送至所述上层控制单元； 所述上层控制单元依据所述换流阀中同一个单阀的晶闸管状态监测单元传输的晶闸管的运行参数生成所述单阀的换相失败信息，并将其发送至直流控制保护系统。2.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，其特征在于，所述单阀中配置所述晶闸管状态监测单元的数量至少为一，至多为所述单阀中晶闸管级的数量;每个所述晶闸管状态监测单元分别监测一个所述晶闸管级中晶闸管的运行参数。3.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，其特征在于，所述晶闸管状态监测单元包括第一逻辑处理子单元，所述第一逻辑处理子单元比较所述运行参数和预设值， 所述晶闸管的运行参数包括晶闸管的电压、电流、电压变化率、电流变化率和功率。4.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，其特征在于，所述上层控制单元包括第二逻辑处理子单元，所述第二逻辑处理子单元比较所述单阀中发生正常关断失败的晶闸管级的数量及其预置值。5.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，其特征在于，所述晶闸管状态监测单元包括取能/储能电路，用于向所述晶闸管状态监测单元供电；所述取能/储能电路包括第一取能/储能模块和/或第二取能/储能模块。6.如权利要求5所述的一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，其特征在于，所述第一取能/储能模块，采集并存储所述单阀中晶闸管级回路的电能后向所述晶闸管状态监测单元供电。7.如权利要求5所述的一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，其特征在于，所述第二取能/储能模块，接收外部激光电源输出的能量，并将其转换为电能向所述晶闸管状态监测单元供电。8.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，其特征在于，所述防御装置包括晶闸管触发单元;所述晶闸管状态监测单元与所述晶闸管触发单元与彼此独立； 所述晶闸管触发单元，接收所述上层控制单元下发的换流阀触发信号，并将其发送至换流阀的晶闸管门极电路。9.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流阀换相失败防御装置，其特征在于，所述晶闸管状态监测单元包括触发模块，所述触发模块接收所述上层控制单元下发的换流阀触发信号，并将其发送至换流阀的晶闸管门极电路。
【文档编号】G01R31/00GK205720487SQ201620556921
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】郑林, 林志光, 郝长城, 张海峰, 杨树森, 王斌泽, 杨建伟, 吴文祥, 马浩宇, 刘近, 宋林伟, 张见, 王雅洁
【申请人】全球能源互联网研究院, 国家电网公司, 国网湖北省电力公司