一种用于大功率整流器的双通道热备用控制装置的制作方法

本发明涉及数字整流技术领域，特别是一种应用于大功率整流器的控制装置。

背景技术：

随着氯碱和有色金属冶炼行业的飞速发展，对大功率整流器的需求与日俱增，并且整流器输出的直流电流达到数万甚至数十万安培，因此对直流供电的可靠性提出了非常高的要求。

为了解决此问题，目前国内大多采用以下两种方案：一是在采用多台整流机组并联输出的直流供电方案时，增加一台或多台备用的整流机组；二是在采用单台整流机组的直流供电方案时，为降低投资成本，并且考虑到整流机组的故障主要发生在整流器的控制装置，一般采用双通道热备用控制装置。

目前的双通道热备用控制装置主要采用一主一备的运行方式，主控通道处于运行状态，产生的触发脉冲输出到整流主电路的脉冲分配单元，同时检测自身的硬件，一旦检测到硬件发生故障，马上通过继电器或通讯方式切换到备用通道投入运行。如果主控通道的故障自诊断模块发生故障，会导致备用通道无法进行切换，降低了运行的可靠性。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种用于大功率整流器的双通道热备用控制装置，以整流器控制系统工作的稳定性和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种用于大功率整流器的双通道热备用控制装置，包括两个控制大功率整流器晶闸管触发控制角的数字调节触发控制器和用于控制两个数字调节触发控制器工作状态的热备用控制器；所述数字调节触发控制器包括相互通信的第一控制模块和第二控制模块，第一控制模块的输入端分别连接开关量信号和交直流反馈信号，第一控制模块的输出端依次连接有脉冲功放电路和脉冲切除电路，脉冲切除电路的输出端连接大功率整流器的脉冲分配单元；所述第二控制模块分别与脉冲功放电路和热备用控制器连接。

上述一种用于大功率整流器的双通道热备用控制装置，所述第一控制模块包括智能调节主控制器、锁相环数字触发器、开关量输入/输出电路以及AD转换器；所述AD转换器的输入端连接大功率整流器的直流反馈信号端和交流反馈信号端，AD转换器的输出端连接智能调节主控制器的输入端；开关量输入/输出电路的输入端连接开关量信号端，开关量输入/输出电路的输出端连接智能调节主控制器的输入端；智能调节主控制器的输出端连接锁相环数字触发器的输入端，锁相环数字触发器的输出端连接脉冲功放电路的输入端。

上述一种用于大功率整流器的双通道热备用控制装置，所述锁相环数字触发器采用软件锁相环。

上述一种用于大功率整流器的双通道热备用控制装置，所述第一控制单元还包括用于接入电网三相同步信号的智能同步模块，智能同步模块的输出端连接锁相环数字触发器的输入端。

上述一种用于大功率整流器的双通道热备用控制装置，所述第二控制单元包括故障自诊断电路和通信接口，故障自诊断电路的输入端与脉冲功放电路连接，故障自诊断电路的输出端连接智能调节主控制器的输入端；通信接口用于连接热备用控制器和智能调节主控制器。

上述一种用于大功率整流器的双通道热备用控制装置，所述热备用控制器包括通道故障检测电路、通道切除电路、以太网通信接口以及分别与两个数字调节触发控制器连接的两个RS485通信接口，所述通道故障检测电路分别与通道切除电路和两个RS485通信接口连接，通道切除电路的输出端分别连接两个数字调节触发控制器的受控端；所述通道故障检测电路经以太网通信接口计算机监控系统相互通讯。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明应用于大功率整流器中，由两个数字调节触发控制器和一个热备用控制器组成，两个数字调节触发控制器均能独立完成所有的控制功能，采用一主一备的运行方式；热备用控制器对两个数字调节触发控制器的硬件进行实时检测，一旦主控通道的数字调节触发控制器发生故障，立即自动将备用通道的数字调节触发控制器无扰动地切换为主控通道，并将发生故障的原主控通道的数字调节触发控制器切除，避免发生停车事故，大大提高了故障检测的可靠性，进一步保证整个整流器工作的稳定性。本发明的备用通道还能够实时跟踪主控通道的控制变量，在进行通道切换时，主控通道和备用通道的控制变量大小一致，确保通道切换时无扰动。

本发明能够实现任何一个部件发生故障时，不会造成停车事故，并且可以在整流器不停机的情况下，更换发生故障的部件，大大地提高了运行可靠性。

本发明数字调节触发控制器的第一控制单元具有同步缺相保护、电网晃电保护、故障自以及直流/交流反馈热备用功能，可任意选择直流反馈信号或交流反馈信号参与稳流控制，另一路反馈信号则为备用状态。当参与稳流控制的反馈信号发生故障时，自动切换到另一路反馈信号参与稳流控制，避免发生停车事故，提高了大功率整流器运行的可靠性。数字调节触发控制器中设置的脉冲切除电路能够在控制通道的脉冲功放管发生短路故障时完全切除故障通道，不会影响另一个通道的正常工作。

本发明的数字调节触发控制器可通过自身的故障自诊断模块对自身的硬件进行检测，并将故障信息发送给热备用控制器，同时热备用控制器还可对主控通道和备用通道的数字调节触发控制器进行检测，可以大大提高故障检测的可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明所述数字调节触发控制器的结构框图；

图3为本发明所述热备用控制器的结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

一种用于大功率整流器的双通道热备用控制装置，其结构如图1所示，包括一个热备用控制器和两个数字调节触发控制器，数字调节触发控制器用于控制大功率整流器晶闸管的触发控制角，热备用控制器用于控制两个数字调节触发控制器的工作状态。

数字调节触发控制器的结构框图如图2所示，包括相互通信的第一控制模块和第二控制模块，第一控制模块的输入端分别连接开关量信号和交直流反馈信号，第一控制模块的输出端依次连接有脉冲功放电路和脉冲切除电路，脉冲切除电路的输出端连接大功率整流器的脉冲分配单元；所述第二控制模块分别与脉冲功放电路和热备用控制器连接。

第一控制模块负责同步信号的监视和测量、模数转换、闭环调节运算、参数设置、锁相环运算、移相控制、晶闸管触发脉冲的形成优化和智能调节；具体包括智能调节主控制器、锁相环数字触发器、开关量输入/输出电路以及AD转换器；其中，AD转换器的输入端连接大功率整流器的直流反馈信号端和交流反馈信号端，AD转换器的输出端连接智能调节主控制器的输入端；开关量输入/输出电路的输入端连接开关量信号端，开关量输入/输出电路的输出端连接智能调节主控制器的输入端；智能调节主控制器的输出端连接锁相环数字触发器的输入端，锁相环数字触发器的输出端连接脉冲功放电路的输入端。

智能调节主控制器用于对整流器输出的直流电流进行稳流控制，具有稳流精度高、响应速度快、超调量小的特点，同时采用了直流/交流反馈的冗余控制，提高了运行可靠性。

锁相环数字触发器，用于对智能调节主控制器输出的脉冲触发控制角信号进行锁定，产生的脉冲对称度高，并可确保在电网发生晃电造成同步信号暂时缺失时，仍然能输出正常的脉冲。本发明中，锁相环数字触发器采用软件锁相环实现。

第二控制单元负责通信网络控制、相关电路的监视和故障自诊断；具体包括故障自诊断电路和通信接口。其中，故障自诊断电路的输入端与脉冲功放电路连接，故障自诊断电路的输出端连接智能调节主控制器的输入端；通信接口用于连接热备用控制器，用于实现智能调节主控制器与热备用控制器之间的数据传输。

故障自诊断电路用于对数字调节触发控制器的各个部件进行不断检测、数据采集以及诊断，当某一部件出现不正常现象或故障时，热备用控制器将备用通道切换为主控方式，同时将发生故障的原主控通道切除。

本发明中的第一控制单元还包括用于接入电网三相同步信号的智能同步模块，智能同步模块的输出端连接锁相环数字触发器的输入端。本发明通过向智能同步模块提供电网三相电压，当电网波动、瞬间掉电、瞬间断相等现象发生时，智能同步模块会向锁相环数字触发器发出信号，锁相环数字触发器根据三相同步信号的线性相关性用程序模拟产生丢失的同步信号输出给智能调节主控制器，智能调节主控制器经过数字滤波、相序检测、缺相检测、相位数字合成处理后，自动调整移相控制量到锁相环数字触发器，锁相环数字触发器锁定输出的晶闸管触发脉冲，使晶闸管触发控制角恒定处于优化状态。即使发生缺失一相同步信号的故障，仍可正常运行。

热备用控制器用于实时监测两个是否数字调节触发控制器工作是否正常，当检测到一个数字调节触发控制器工作状况发生故障或工作状况不及另一个数字调节触发控制器的工作状况好时，经综合分析、判断后发出指令，自动将好的数字调节触发控制器切换为工作状态。

热备用控制器的结构如图3所示，具体包括：通道故障检测电路、通道切除电路、以太网通信接口、RS485通信接口1和RS485通信接口2；其中，RS485通信接口1连接在数字调节触发控制器A与通道故障检测电路之间，RS485通信接口2连接在数字调节触发控制器B与通道故障检测电路之间，通道切除电路的受控端连接通道故障检测电路的输出端，通道切除电路的输出端分别与数字调节触发控制器A和数字调节触发控制器B的受控端连接；通道故障检测电路经以太网通信接口连接计算机监控系统，可以实现对整流设备进行远程遥测和遥控。

通道故障检测电路实时监测数字调节触发控制器A和数字调节触发控制器B，一旦其中一个数字调节触发控制器发生故障，立即发出通道切换和故障通道切除指令。通道切除电路能够实现在某一数字调节触发控制器发生故障时，确保完全切除故障数字调节触发控制器，不会影响另一个数字调节触发控制器的正常工作。

本发明中，可设定其中一个数字调节触发控制器为主控通道，另一数字调节触发控制器则为备用通道，主控通道和备用通道的硬件和软件完全相同，所有的外部信号同时送至主控通道和备用通道，主控通道和备用通道均能独立完成所有的控制功能。主控通道和备用通道的脉冲输出端直接并联后，再送至大功率整流器的脉冲分配单元，只有主控通道产生的脉冲输出到脉冲分配单元，而备用通道产生的脉冲处于封锁状态。

实际运行时，热备用控制器通过通信接口与主控通道和备用通道进行数据传输，备用通道实时跟踪主控通道的运行变量；在进行通道切换时，主控通道和备用通道的控制变量大小一致，确保通道切换时无扰动。同时，故障的数字调节触发控制器中的脉冲切除电路，可在脉冲功放管发生短路故障，可以确保完全切除故障数字调节触发控制器，不会影响另一个数字调节触发控制器的正常工作。

本发明的具体运行方式具体如下所述。

方式一：主控通道和备用通道均无故障，可以通过手动控制热备用控制器发出指令，将主控通道和备用通道进行无扰动切换。

方式二：如果主控通道发生故障，热备用控制器立即发出指令，将备用通道无扰动切换为主控通道，并将发生故障的原主控通道切除，避免发生停车事故，保证了在整流器不停机的情况下，更换发生故障的通道。

方式三：如果备用通道发生故障，热备用控制器可以确保不进行通道的切换，并立即发出通道切除指令，将发生故障的备用通道切除，避免发生停车事故。

方式四：如果热备用控制器丧失了通道切换功能，不会造成停车事故，可以在整流器不停机的情况下，更换发生故障的热备用控制器。