专利名称：一种基于可编程逻辑技术的晶闸管阀电子触发单元的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种监测触发单元，具体涉一种基于可编程逻辑技术的高压大容
量晶闸管阀触发单元。
技术背景 高压大容量晶闸管阀作为一种重要的电力电子设备，由于其体积小、重量轻，易于 实现对设备的自动控制，随着高压/超高压灵活交流输电、直流输电等技术的发展和应用， 在电力系统中得到了越来越广泛的使用。但现有的晶闸管阀在电力系统的运用中还存在诸 多问题，例如不同的应用环境中晶闸管阀的工作不稳定，与不同的阀监控系统接口的适配 性差，都会导致整个电力系统工作不稳定，可靠性低，灵活性差，功耗高等问题的出现，上述 问题都增加了阀电子触发单元研发、设计、生产的难度和费用
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种灵活性好、可靠性高、功耗低、可适应多种不同的阀
监控系统接口的基于可编程逻辑技术高压大容量晶闸管阀电子触发单元。 为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于可编程逻辑技术的晶闸管阀电子触
发单元，所述触发单元设有晶闸管一次侧接入端口 、监控通讯接口 、触发脉冲输出端口 ，其
改进在于所述触发单元包括核心逻辑模块、取能和电源管理模块、阀端电压检测模块、保
护性触发模块、触发模块和光通讯接口模块，所述核心逻辑模块分别与取能和电源管理模
块、阀端电压检测模块、保护性触发模块、触发模块和光通讯接口模块相连接，所述取能和
电源管理取能模块、阀端电压监测模块和保护性触发模块均与晶闸管一次侧接入端口相连
接，所述保护性触发模块和触发模块均与触发脉冲输出端口相连接，所述光通讯接口模块
与监控通讯接口相连接。 本实用新型的优选技术方案为所述一种基于可编程逻辑技术的晶闸管阀电子触 发单元的核心逻辑模块包括CPLD芯片、电平转换芯片、信号抗干扰电路、与门芯片，所述电 平转换芯片经信号抗干扰电路与CPLD芯片连接，所述电平转换芯片与门芯片连接，所述电 平转换芯片分别与取能和电源管理模块、阀端电压检测模块、保护性触发模块、触发模块及 光通讯接口模块相连接，且其与电源管理取能模块的电压闭锁信号输出线通过与门芯片并 接，所述与门芯片的输出端分别连接光通信接口模块和触发模块，所述CPLD芯片直连接取 能和电源管理模块，并由取能和电源管理模块提供工作电压和接收取能和电源管理模块传 来的电源检测信号。 本实用新型另一优选技术方案为所述一种基于可编程逻辑技术的晶闸管阀电子 触发单元的取能和电源管理模块内设有10V电压转换和监视回路、3. 3V电压转换和监视回 路、65V电压监视回路和混合取能回路，所述混合取能回路与晶闸管一次侧接入端口连接， 所述10V电压转换和监视回路、3. 3V电压转换和监视回路和65V电压监视回路的输出端均 与核 逻辑模块相连接。[0007] 本实用新型另一优选技术方案为所述一种基于可编程逻辑技术的晶闸管阀电
子触发单元的光通讯接口模块包括接收部分和发送部分，所述接收部分主要由光接收器组
成，所述光接收器将接收到的通讯光纤信号发送给核心逻辑模块，所述发送部分主要由光
发射器和驱动芯片组成，所述光发射器和驱动芯片串联，将从核心逻辑模块接收的信号经
驱动芯片后由光发射器发送出去。
本实用新型有益效果 1、本实用新型晶闸管阀触发单元的核心逻辑的设计和实现采用可编程逻辑技术， 使其可广泛应用于不同种类的高压大容量晶闸管阀中； 2、核心逻辑设计采用模块化设计，整体逻辑可以由底层逻辑内核模块组合而成， 极大的縮短了研发周期、减少了一次性研发费用(NRE); 3、针对不同种类的晶闸管阀和不同的阀监控系统接口，设计了多种的标准底层逻 辑程序内核，可以灵活组合使用核心逻辑实现多种监测和触发逻辑，具备多种发监控系统 接口的能力； 4、应用电压等级高，应用范围广泛，该单元可以灵活应用于500kV以上电压等级 的可控串补装置(TCSC)、静态无功补偿装置(SVC)、可控并联电抗器(CSR)、短路电流限制 器(FCL)等大容量晶闸管阀； 5、本发明的技术方案采用了多项低功耗和抗干扰设计，极大地降低了功耗； 6、简单的电路设计，减少元件个数，提高了产品的可靠性。
图1、本实用新型晶闸管阀电子出发单元整体结构框图； 图2、本实用新型核心逻辑模块结构框图； 图3、本实用新型取能和电源管理模块结构框图； 图4、本实用新型光通讯接口模块结构框图； 图5、本实用新型阀端电压检测模块结构框图； 图6、本实用新型保护性触发模块结构框图； 图7、本实用新型的触发逻辑流程图； 图8、本实用新型的通讯逻辑流程图； 图9、本实用新型的控制通讯逻辑流程图。 1-核心逻辑模块、2_取能和电源管理模块、3_阀端电压检测模块、4_保护性触发 模块、5-触发模块、6-光通讯接口模块、11-0 0)芯片、12-电平转换芯片、13-信号抗干扰电 路、14-与门芯片、15-10V电压转换和监视回路、16-3. 3V电压转换和监视回路、17-65V电压 监视回路、18-混合取能回路、19-光接收器、20-光发射器、21-驱动芯片。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型基于可编程逻辑技术的晶闸管阀电子触发单元设有晶闸 管一次侧接入端口、监控通讯接口和触发脉冲输出端口，其还包括核心逻辑模块1、取能 和电源管理模块2、阀端电压检测模块3、保护性触发模块4、触发模块5和光通讯接口模块 6。核心逻辑模块1与其它模块相连接，取能和电源管理取能模块2、阀端电压监测模块3和
4保护性触发模块4还连接到所述晶闸管一次侧接入端口 ，保护性触发模块4和触发模块5 还连接到触发脉冲输出端口 ，光通讯接口模块6与监控通讯接口相连。 核心逻辑模块1协调其他各模块的工作，接收光通讯接口模块6接收到的阀监控 系统指令，根据阀端电压以及单元自身工作情况发出阀触发指令到触发模块5或者发送阀 状态相关应答给阀监控系统。取能和电源管理模块2从直接一次设备侧取得工作所需的电 源，对电源进行监控并将相关信息发送到核心逻辑模块l。阀端电压监测模块3实时监测阀 端电压并将相关状态信息发送到核心逻辑模块l，如图5所示，阀端电压检测模块3内还设 有触发器芯片，该触发器芯片可采用CD40106型触发器实现其功能要求。触发模块5接收 核心逻辑模块1的触发指令，并将触发指令转换为触发脉冲对晶闸管进行触发。保护性触 发模块4监控阀端电压，如果晶闸管阀两端出现过高的电压时，自动触发晶闸管阀，避免晶 闸管阀被过高的电压击穿，如图6所示，保护性触发模块4内设有多个电容和防电压击穿元 件，保护触发单元不被过高电压击穿。光通讯模块6是核心逻辑模块1和阀监控系统的光 纤通讯接口。 如图2所示，核心逻辑模块包括CPLD芯片11、电平转换芯片12、信号抗干扰电路 13和与门芯片14。电平转换芯片12经信号抗干扰电路13与CPLD芯片1连接，电平转换 芯片ll接收其他模块的信号，电平转换芯12片还连接与门芯片14，并与电源管理取能模块 2的电压闭锁信号输出线通过与门芯片14并接。与门芯片14的输出端分别连接光通信接 口模块6和触发模块5。 CPLD芯片1还直连接取能和电源管理模块2，由取能和电源管理模 块2提供工作电压并接收取能和电源管理模块2传来的电源检测信号。核心逻辑模块1与 其他模块的信号通过电平转换芯片12与其他单元进行通讯。核心逻辑模块1基于可编程 逻辑芯片电路设计，在芯片选型上选用Xilinx的CoolRunner-II系列的CPLD可编程逻辑 芯片，以实现复杂的逻辑功能，同时电路具备相当高的可靠性和抗干扰性能，大幅度降低了 电路功耗及对取能和电源管理部分的需求。 如图3所示，取能和电源管理模块内2设有10V电压转换和监视回路15、3. 3V电 压转换和监视回路16、65V电压监视回路17和混合取能回路18。混合取能回路18与晶闸 管一次侧接入端口连接。10V电压转换和监视回路15、3. 3V电压转换和监视回路16、65V电 压监视回路17的输出端连接核心逻辑模块1。电源管理模块2将不同电压等级的电源监测 情况提交到核心逻辑部分。电源管理部分针对不同的电压等级也采取了不同的监测方式。 对于高电压，采用了专用的电压监测回路，对于低电压，采用了电源管理芯片。取能和电源 管理模块2采用多级电源设计，逻辑回路采用低电压等级并以低功耗设计辅助，功率驱动 回路采用高电压等级。 如图4所示，光通讯接口模块6包括接收部分和发送部分。接收部分主要由3. 3V 电压驱动的光接收器19组成，光接收器19将接收到的通讯光纤信号发送给核心逻辑模块 1。发送部分由光发射器20和驱动芯片21组成，光发射器20和驱动芯片21串联，将从核 心逻辑模块1接收的信号经驱动芯片21后由光发射器20发送出去。 本实用新型触发单元核心逻辑模块的核心逻辑采用模块化设计，整体逻辑可以由 底层逻辑内核组合而成；图7所示的是触发逻辑，该逻辑实现接受阀监控系统的命令并且 根据晶闸管的状态发出触发指令的流程。通过调用已经标准化的底层逻辑内核，模块化的 完成上述逻辑，而不用针对底层硬件和详细进行设计。图8所示的是通讯逻辑，上述触发逻辑和通讯逻辑可以以并行实现，也可以将触发和汇报在一个逻辑中实现，如图9所示，图中 的控制通讯内核可同时实现图7中控制内核和图8中通讯内核的功能。图9中所示的机构 是也是目前在工程应用最为广泛的设计结构。采用上述的设计方式，可以极大縮短研发周 期、减少一次性研发费用(NRE)。 针对不同种类的晶闸管阀和不同的阀监控系统接口，本实用新型核心逻辑模块还 设计了多种的标准底层逻辑程序内核，可以灵活组合使用。例如，按照不同的阀监控系统接 口协议设计了多种标准的控制通讯逻辑内核；针对不同的装置，设计几种标准的触发机制， 例如过电压触发保护以及自动重触发功能等，可以采用不同的标准内核实现不同的功能。 取能和电源管理部分的结构如图6所示。取能和电源管理部分采用多级电源设 计，逻辑回路采用低电压等级并以低功耗设计辅助，功率驱动回路采用高电压等级，电源管 理部分将不同电压等级的电源监测情况提交到核心逻辑部分。电源管理部分针对不同的电 压等级也采取了不同的监测方式。对于高电压，采用了专用的电压监测回路，对于低电压， 采用了电源管理芯片。
权利要求一种基于可编程逻辑技术的晶闸管阀电子触发单元，所述触发单元设有晶闸管一次侧接入端口、监控通讯接口、触发脉冲输出端口，其特征在于所述触发单元包括核心逻辑模块(1)、取能和电源管理模块(2)、阀端电压检测模块(3)、保护性触发模块(4)、触发模块(5)和光通讯接口模块(6)，所述核心逻辑模块(1)分别与取能和电源管理模块(2)、阀端电压检测模块(3)、保护性触发模块(4)、触发模块(5)和光通讯接口模块(6)相连接，所述取能和电源管理取能模块(2)、阀端电压监测模块(3)和保护性触发模块(4)均与晶闸管一次侧接入端口相连接，所述保护性触发模块(4)和触发模块(5)均与触发脉冲输出端口相连接，所述光通讯接口模块(6)与监控通讯接口相连接。
2. 如权利要求1所述的一种基于可编程逻辑技术的晶闸管阀电子触发单元，其特征在于所述核心逻辑模块(1)包括CPLD芯片(11)、电平转换芯片(12)、信号抗干扰电路(13)、与门芯片(14)，所述电平转换芯片(12)经信号抗干扰电路(13)与CPLD芯片(11)连接，所述电平转换芯片(12)与门芯片(14)连接，所述电平转换芯片(12)分别与取能和电源管理模块(2)、阀端电压检测模块(3)、保护性触发模块(4)、触发模块(5)及光通讯接口模块(6) 相连接，且其与电源管理取能模块(2)的电压闭锁信号输出线通过与门芯片(14)并接，所述与门芯片(14)的输出端分别连接光通信接口模块(6)和触发模块(5)，所述CPLD芯片(11)直连接取能和电源管理模块(2)，并由取能和电源管理模块(2)提供工作电压和接收取能和电源管理模块(2)传来的电源检测信号。
3. 如权利要求1所述的一种基于可编程逻辑技术的晶闸管阀电子触发单元，其特征在于所述取能和电源管理模块(2)内设有10V电压转换和监视回路(15) 、3. 3V电压转换和监视回路(16) 、65V电压监视回路(17)和混合取能回路(18)，所述混合取能回路(18)与晶闸管一次侧接入端口连接，所述10V电压转换和监视回路(15) 、3. 3V电压转换和监视回路(16)和65V电压监视回路(17)的输出端均与核心逻辑模块(1)相连接。
4. 如权利要求1所述的一种基于可编程逻辑技术的晶闸管阀电子触发单元，其特征在于所述光通讯接口模块(6)包括接收部分和发送部分，所述接收部分主要由光接收器(19)组成，所述光接收器(19)将接收到的通讯光纤信号发送给核心逻辑模块(l)，所述发送部分主要由光发射器(20)和驱动芯片(21)组成，所述光发射器(20)和驱动芯片(21)串联，将从核心逻辑模块(1)接收的信号经驱动芯片(21)后由光发射器(20)发送出去。
专利摘要本实用新型涉及一种基于可编程逻辑技术的高压大容量晶闸管阀电子触发单元，其包括核心逻辑模块、取能和电源管理模块、阀端电压检测模块、保护性触发模块、触发模块和光通讯接口模块，核心逻辑模块与其它模块相连接并协调其他各模块的工作，核心逻辑由可编程逻辑芯片电路组成，可以实现多种复杂的逻辑功能，并具保护性触发功能，其核心逻辑采用模块化设计，缩短研发周期、减少性研发费用，还可实现多种装置晶闸管阀的监测和触发功能，还能与不同厂家的阀监控系统进行接口，应用在500kV及以上电压等级的电力系统中，工作可靠、稳定性高、抗干扰能力强、功耗低、具备很强的灵活性和通用性，很好的解决了晶闸管阀在高压电力系统中应用的问题。
文档编号H03K19/173GK201438693SQ20092017312
公开日2010年4月14日 申请日期2009年8月24日 优先权日2009年8月24日
发明者任孟干, 燕翚, 王宇红 申请人:中国电力科学研究院;中电普瑞科技有限公司