一种高压直流输电系统中换流阀触发脉冲的诊断方法与流程

本发明涉及一种高压直流输电系统中换流阀触发脉冲的诊断方法。

背景技术：

换流阀是直流输电系统的关键设备，其主要功能就是实现交流到直流，直流到交流的变换。换流阀的运行情况与整个直流输电系统各方面的技术性能密切相关。因此换流阀的可靠控制是整个直流输电工程的核心技术，我们将这个可以控制可控硅阀导通的信号称为触发脉冲。本发明研究的就是如何诊断该触发脉冲的实际运行情况。

首先对控制换流阀导通的触发脉冲进行简要描述。直流输电工程中换流阀的接线方式很多，对于传统的12脉动阀，其中一种接线方式如图1所示，图中三相换流阀中的6个阀臂(以y桥为例)按正常开通的次序编号，为了分析方便和便于记忆，阀1(y1)，阀3(y3)，阀5(y5)依次构成上桥臂，阀4(y4)，阀6(y6)，阀2(y2)构成下桥臂。对于12脉动的换流阀，触发脉冲的点火间隔(工频50hz时)为30度，每个触发脉冲对应控制一个换流阀桥臂。12脉动换流阀的导通顺序如图2所示，根据该顺序图，直流输电控制系统产生相应的12路触发脉冲，触发脉冲波形图如图3所示。

实际工程中，直流输电控制系统产生的12个触发脉冲以硬接点的形式发送到阀控单元，每个触发脉冲都占用一个硬接点通道，12个脉冲就占用共计12个硬接点通道。正常运行时，12个触发脉冲之间必须为等间距出现，且要严格按照图2所示的顺序正确导通，该特性是直流输电可靠运行的一个关键指标，必须进行实时监测诊断。

鉴于触发脉冲的重要性，直流输电系统要求必须具备诊断该触发脉冲运行情况的功能。

技术实现要素：

本发明提供了一种高压直流输电系统中换流阀触发脉冲的诊断方法，旨在解决如何诊断该触发脉冲的实际运行情况的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的高压直流输电系统中换流阀触发脉冲的诊断方法包括：实时检测换流阀触发脉冲，根据触发脉冲的触发时刻、各个触发脉冲之间的关系以及触发脉冲和换流阀各桥臂的对应关系，控制外围模拟电路输出一路与实际工作中各换流阀桥臂导通顺序相同且与实际触发脉冲的相位和速度一致的脉冲信号，根据输出的脉冲信号判断换流阀触发脉冲的运行情况。

按照实际工作中各换流阀桥臂导通顺序，外围模拟电路输出的脉冲信号的幅值依次降低。

按照实际工作中各换流阀桥臂导通顺序，外围模拟电路依次间隔输出正向脉冲信号和负向脉冲信号。

该方法是采用fpga及外围模拟电路实现的。

本发明的有益效果是：本发明根据触发脉冲的输出特点，通过fpga+模拟量输出的方式，将12个数字量触发脉冲转换为单一路的模拟量信号输出，且输出的信号完全符合触发脉冲的特性，也就是速度以及相位特性完全和触发脉冲保持一致，这样才可以确保直流输电工程中，可以随时通过监测该信号来诊断触发脉冲的运行情况，进一步分析当前直流输电系统的运行工况及各种故障的诊断。本发明的方法可以作为实际工程中触发脉冲的诊断手段，对于工程中故障分析非常有用。

附图说明

图1为直流输电换流变接线图；

图2为换流阀各桥臂导通顺序图；

图3为触发脉冲波形图及对应的模拟输出脉冲信号；

图4为竖琴脉冲丢失录波图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细说明。

以图1所示的传统的12脉动换流阀为例，详细阐述本实施例的触发脉冲诊断方法：

根据12脉动换流阀触发脉冲的输出特点，通过fpga+模拟量输出的方式，将12个数字量触发脉冲转换为单一路的模拟量信号输出，且输出的信号完全符合触发脉冲的特性，也就是速度，相位以及相序特性完全和触发脉冲保持一致，这样才可以确保直流输电工程中，可以随时通过监测该信号来诊断触发脉冲的运行情况，进一步分析当前直流输电系统的运行工况及各种故障的诊断。

具体实现过程中，fpga的主要功能是实时检测控制系统产生的换流阀触发脉冲，根据触发脉冲的触发时刻，触发脉冲之间的相位关系，以及触发脉冲和换流阀各桥臂的对应关系进行编码，根据编码情况快速的控制外围模拟电路，使其输出和触发脉冲相位一致，速度一致的类似竖琴的脉冲。

为了有效区分12个触发脉冲，输出的诊断脉冲可形成不同的幅值，其中第一个脉冲幅值最高，后续的脉冲相应的变低，经过这样处理的脉冲，形状类似一个竖琴，因此称之为竖琴脉冲。

如图3所示，当fpga检测到触发脉冲触发时刻，例如y1的上升沿到来时刻，会产生一个与其相对应的正向的窄脉冲r+；当检测到d1脉冲的上升沿到来时刻，会产生一个与其相对应的负向的窄脉冲r+；依次类推，直到完成一个周波12个触发脉冲的检测，后续每个脉冲都比上一个脉冲幅值低一点，目的是形成一个类似竖琴的脉冲波形，便于信号的分析。

本实施例产生的诊断触发脉冲的信号，如图3所示，该信号通过模拟通道输出，其正极性用于展示变压器星型连接桥臂的脉冲情况，负极用于展示变压器三角型连接桥臂的脉冲情况，其不同幅值的脉冲代表控制不同换流阀桥臂的触发脉冲。

在获得模拟触发脉冲的竖琴脉冲后，可以通过观察该脉冲的速度、相位以及相序关系来分析触发脉冲运行是否正常，进一步分析当前直流输电系统的运行工况及各种故障的诊断。

下面以直流输电系统换相失败的故障为例，来详细说明利用上述方法获得的竖琴脉冲如何诊断换相失败故障：

直流输电系统中最常发生的故障为逆变侧的换相失败，某个逆变站的换相失败可能会导致其他逆变站的换相失败，如果故障诊断和控制不正确，将会导致整个系统失稳。导致换相失败的原因之一就是换流阀的触发脉冲系统发生了脉冲延时，脉冲丢失，误触发事件。例如，某次工程试验中发生了换相失败，通过竖琴脉冲的诊断，发现发生换相失败的时刻，如图4所示，y1向y3换相的时候，由于y3脉冲丢失，换相失败，此时y1会在正向电压的作用下继续开通，当y4脉冲到来时，y2关断，此时会造成y1和y4同时导通的情况，如图1所示的系统接线图，如果y1，y4同时导通则会造成直流侧短路。本次故障通过竖琴脉冲的诊断很容易就定位到是触发脉冲单元发生了故障，对于问题的解决起到了重要作用。

上述实施例中优选采用fpga对检测到触发脉冲触发时刻，作为其他实施方式也可采用其他硬件平台来实现，如dsp等。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种高压直流输电系统中换流阀触发脉冲的诊断方法，该方法为：实时检测换流阀触发脉冲，根据触发脉冲的触发时刻、各个触发脉冲之间的关系以及触发脉冲和换流阀各桥臂的对应关系，控制外围模拟电路输出一路与实际工作中各换流阀桥臂导通顺序相同且与实际触发脉冲的相位和速度一致的脉冲信号，根据输出的脉冲信号判断换流阀触发脉冲的运行情况。本发明的方法可以作为实际工程中触发脉冲的诊断手段，对于工程中故障分析非常有用。

技术研发人员：杨敏;郭虎锋;陈大鹏
受保护的技术使用者：许继电气股份有限公司;许继集团有限公司;国家电网有限公司
技术研发日：2015.12.09
技术公布日：2019.02.05