晶闸管触发信号光强度在线监测装置及采用其的阀控系统的制作方法

1.本发明实施例涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种晶闸管触发信号光强度在线监测装置及采用其的阀控系统。


背景技术：

2.换流阀是高压直流输电系统的核心装备之一，对直流输电系统运行稳定性具有重要意义。高压直流输电工程换流阀采用的核心器件大多是晶闸管，晶闸管控制电子设备接收阀控设备发出的触发信号(光信号)，并将光信号转换为晶闸管门极触发脉冲(电信号)，从而导通晶闸管。一方面，随着高压直流输电工程的大规模应用、电压等级的不断增高、容量要求不断增大，随之而来的可靠性问题也不断增加，根据工程经验，换流阀触发问题在断电后测试不易复现，且无法在换流阀运行期间进行试验验证。另一方面，换流站的换流阀接近寿命年限，阀控设备发射触发信号的激光管和光传输通道会出现不同程度的老化，而激光管和光传输通道老化可能引起换流阀触发异常，严重的会引起系统跳闸。因此亟需一种晶闸管触发信号光强度在线监测方法。


技术实现要素：

3.基于现有技术的上述情况，本发明实施例的目的在于提供一种晶闸管触发信号光强度在线监测装置及采用其的阀控系统，既能提前发现光触发通道性能劣化故障，有助于及时消除故障点，又能提供换流阀运行时的触发信号光强度数据，有助于定位晶闸管故障的原因。
4.为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种晶闸管触发信号光强度在线监测装置，包括光接收及光强度监测模块、逻辑处理模块、回检信号发射模块、门极触发信号放大模块；其中，
5.所述光接收及光强度监测模块用于接收晶闸管触发信号，并生成触发开关信号和回检开关信号至所述逻辑处理模块；
6.所述逻辑处理模块用于对所述触发开关信号的触发逻辑进行处理，以输出晶闸管门极触发控制信号；还用于对所述回检开关信号的回检逻辑进行处理，以输出回检控制信号；
7.所述门极触发信号放大模块用于将所述晶闸管门极触发控制信号放大；
8.所述回检信号发射模块，用于根据所述回检控制信号输出回检信号，根据所述回检信号判断所述触发信号的光强度等级。
9.进一步的，所述逻辑处理模块接收到所述触发开关信号，且接收到晶闸管正向电压建立信号时，输出晶闸管门极触发控制信号，以导通晶闸管；所述逻辑处理模块接收到所述回检开关信号，向所述回检信号发射模块发送回检控制信号，以控制所述回检信号发射模块发出回检信号。
10.进一步的，所述光接收及光强度监测模块包括监测点电压生成单元、电压比较器
和多个施密特触发器；
11.所述监测点电压生成单元，用于根据接收到的晶闸管触发信号生成监测点电压至所述电压比较器的同相输入端；所述监测点电压分别经过多个施密特触发器，输出多个监测点输出信号；
12.所述电压比较器，根据所述监测点电压输出低电平触发开关信号。
13.进一步的，所述回检信号发射模块包括多个单稳态多谐振荡器和rc发射电路，所述多个单稳态多谐振荡器与多个施密特触发器一一对应；
14.所述多个监测点输出信号分别与所述逻辑开关信号进行“与”逻辑运算后输入至多个单稳态多谐振荡器；
15.所述多个单稳态多谐振荡器根据输入信号的不同，输出不同的高电平/低电平信号组合；
16.所述rc发射电路根据多个单稳态多谐振荡器输出的电平信号，生成并发射不同脉宽的回检信号，所述不同脉宽与触发信号的光强度等级相对应。
17.进一步的，所述光接收及光强度监测模块包括第一施密特触发器、第二施密特触发器和第三施密特触发器；
18.所述施密特触发器的输入低电压阈值由大到小顺序为：t1＞t2＞t3；其中，t1、t2、t3分别为第一施密特触发器、第二施密特触发器和第三施密特触发器的输入低电压阈值。
19.进一步的，所述rc发射电路包括第一电阻、第二电容、第三电容和第四电容；
20.所述第二电容、第三电容和第四电容的一端分别连接至第一施密特触发器、第二施密特触发器和第三施密特触发器的输出端；
21.所述第二电容、第三电容和第四电容的另一端均连接至所述第一电阻。
22.进一步的，当所述第一施密特触发器、第二施密特触发器和第三施密特触发器的输出均为高电平，rc发射电路发射的回检信号的脉宽满足：
23.w》w1；
24.触发信号光强度等级为正常；
25.其中，w为回检信号的脉宽，w1为第一脉宽阈值。
26.进一步的，当所述第一施密特触发器和第二施密特触发器的输出为高电平，第三施密特触发器的输出为低电平，rc发射电路发射的回检信号的脉宽满足：
27.w1≥w》w2；
28.触发信号光强度等级为一级告警；
29.其中，w2为第二脉宽阈值。
30.进一步的，当所述第一施密特触发器的输出为高电平，第二施密特触发器和第三施密特触发器的输出为低电平，rc发射电路发射的回检信号的脉宽满足：
31.w2≥w》w3；
32.触发信号光强度等级为二级告警；
33.其中，w3为第三脉宽阈值，且w1》w2》w3。
34.根据本发明的另一个方面，提供了一种采用晶闸管触发信号光强度在线监测装置的阀控系统，该系统包括阀控设备、晶闸管控制电子设备和光分配器；其中，
35.所述阀控设备输出触发信号通过光分配器输出至所述晶闸管控制电子设备；
36.所述晶闸管控制电子设备包括如本发明第一个方面所述的晶闸管触发信号光强度在线监测装置，所述晶闸管控制电子设备输出该监测装置生成的回检信号至所述阀控设备以进行回检信号的脉宽检测。
37.综上所述，本发明实施例提供了一种晶闸管触发信号光强度在线监测装置及采用其的阀控系统，该装置包括光接收及光强度监测模块、逻辑处理模块、回检信号发射模块、门极触发信号放大模块；所述光接收及光强度监测模块用于接收晶闸管触发信号，并生成触发开关信号和回检开关信号至所述逻辑处理模块；所述逻辑处理模块用于对所述触发开关信号的触发逻辑进行处理，以输出晶闸管门极触发控制信号；还用于对所述回检开关信号的回检逻辑进行处理，以输出回检控制信号；所述门极触发信号放大模块用于将所述晶闸管门极触发控制信号放大；所述回检信号发射模块，用于根据所述回检控制信号输出回检信号，根据所述回检信号判断所述触发信号的光强度等级。本发明实施例的技术方案，通过优化晶闸管控制电子设备和阀控设备的功能，实现对触发信号光强度的在线监测，并能将告警信息上传至监视后台。一方面能及时发现触发通道异常，从而及时采取消缺措施，避免问题扩大引起直接经济损失；另一方面能提供换流阀运行时的触发信号光强度数据，有助于定位晶闸管故障的原因。
附图说明
38.图1是本发明实施例晶闸管触发信号光强度在线监测装置的电路结构示意图；
39.图2是本发明实施例采用晶闸管触发信号光强度在线监测装置的阀控系统的构成框图；
40.图3是采用晶闸管触发信号光强度在线监测装置的阀控系统进行检测时的晶闸管触发及回检时序图。
具体实施方式
41.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
42.下面对结合附图对本发明实施例的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种晶闸管触发信号光强度在线监测装置，图1中示出了该在线监测装置的电路结构示意图，包括光接收及光强度监测模块、逻辑处理模块、回检信号发射模块、门极触发信号放大模块；其中，光接收及光强度监测模块用于接收晶闸管触发信号，并生成触发开关信号和回检开关信号至所述逻辑处理模块；逻辑处理模块用于对所述触发开关信号的触发逻辑进行处理，以输出晶闸管门极触发控制信号；还用于对所述回检开关信号的回检逻辑进行处理，以输出回检控制信号；所述门极触发信号放大模块，用于将所述晶闸管门极触发控制信号放大；回检信号发射模块用于根据所述回检控制信号输出回检信号，根据所述回检信号判断所述触发信号的光强度等级。该逻辑处理模块接收到所述触发开关信号，且接收到晶闸管正向电压建立信号时，输出晶闸管门极触发控制信号，以导通晶闸管；逻辑处理模块接收到所述回检开关信号，向所述回检信号发射模块发送回检控制信号，以控制所
述回检信号发射模块发出回检信号。该逻辑处理模块用于对触发逻辑和回检逻辑进行处理，以设定晶闸管触发时间区间和回检信号发射时间区间。(1)在触发时间区间内，逻辑处理模块接收到光接收及光强度监测模块发送的双脉冲电信号，且接收到晶闸管正向电压建立信号时，发出晶闸管门极触发控制信号，导通晶闸管；(2)在回检信号发射时间区间内，逻辑处理模块接收到光接收及光强度监测模块发送的单脉冲电信号时，向回检信号发射模块发送开关控制信号，控制回检信号发射模块发出回检信号。
43.光接收及光强度监测模块用于接收晶闸管触发信号，并生成触发开关信号至所述逻辑处理模块。该光接收及光强度监测模块包括监测点电压生成单元、电压比较器和多个施密特触发器。其中，监测点电压生成单元，用于根据接收到的晶闸管触发信号生成监测点电压至所述电压比较器的同相输入端；所述监测点电压分别经过多个施密特触发器，输出多个监测点输出信号。电压比较器，用于根据所述监测点电压输出低电平触发开关信号，电压比较器的同相输入端连接监测点电压u1，反相输入端连接电压阈值u0。监测点电压生成单元包括第一电容c1、第五电容c5、第六电容c6、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、二极管d1、光电隔离器lr；光电隔离器lr为光电二极管，当lr接收到触发信号(该触发信号为光信号)时，lr产生反向电流，触发信号光强度越大，lr的反向电流越大，电容c1的一端连接所述光电隔离器lr的阴极，另一端输出监测点电压u1。根据某些实施例，u1的稳态值为5.2v，电压阈值u0为5v。当接收到的触发信号时，第一电容c1的电压下降，由于电容两端电压不能突变，第一电容c1的2端电压(即u1)也随之下降，u1电压下降后小于u0，则电压比较器输出电压由高电平翻转为低电平，此低电平信号输入至逻辑处理模块，经逻辑处理后，向回检信号发射模块发送逻辑开关信号。
44.回检信号发射模块用于根据所述回检控制信号输出回检信号，根据所述回检信号判断所述触发信号的光强度等级。逻辑处理模块将所述处理后的逻辑开关信号与监测点输出信号进行逻辑运算，根据逻辑运算结果输出回检控制信号，回检信号发射模块根据该回检控制信号输出回检信号，可以根据所述回检信号判断所述触发信号的光强度等级。该回检信号发射模块包括多个单稳态多谐振荡器和rc发射电路，所述多个单稳态多谐振荡器与多个施密特触发器一一对应；多个监测点输出信号分别与所述逻辑开关信号进行与逻辑运算后输入至多个单稳态多谐振荡器；多个单稳态多谐振荡器根据输入信号的不同，输出不同的高电平/低电平信号组合。rc发射电路根据多个单稳态多谐振荡器输出的电平信号，生成并发射不同脉宽的回检信号，所述不同脉宽与触发信号的光强度等级相对应。回检信号发射模块还包括电流放大模块和光模块le，rc发射电路中电阻两端电压大于等于电压阈值(例如为0.5v)时，电流放大模块工作，驱动光模块le发出回检脉冲。根据某些实施例，施密特触发器的个数为3个，分别为第一施密特触发器、第二施密特触发器和第三施密特触发器，各密特触发器的输入低电压阈值由大到小顺序为：t1＞t2＞t3；其中，t1、t2、t3分别为第一施密特触发器、第二施密特触发器和第三施密特触发器的输入低电压阈值。根据某些实施例，t1、t2、t3的取值分别为4.9v、4.7v、4.2v。rc发射电路包括第一电阻r1、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4；第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4的一端分别连接至第一施密特触发器、第二施密特触发器和第三施密特触发器的输出端；第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4的另一端均连接至第一电阻r1。
45.阀控系统中的晶闸管控制电子设备在接收到触发信号时，光接收及光强度监测模
块向逻辑处理模块发送低电平触发开关信号，同时监测点电压u1下降，触发信号光强度越强，u1电压下降的幅度越大。监测点电压作为第一施密特触发器、第二施密特触发器、第三施密特触发器的输入信号第一施密特触发器、第二施密特触发器和第三施密特触发器的输出信号和逻辑处理单元的逻辑开关信号做“与”逻辑处理后输入回检信号发射模块。逻辑处理模块输出的回检信号分别与第一施密特触发器、第二施密特触发器和第三施密特触发器的输出进行“与”逻辑处理，三个单稳态多谐振荡器检测到输入为上升沿时，分别输出脉宽相同的高电平。
46.当所述第一施密特触发器、第二施密特触发器和第三施密特触发器的输出均为高电平，rc发射电路发射的回检信号的脉宽满足：
47.w》w1；
48.此时rc发射电路中第一电阻r1两端电压大于等于电压阈值的时间最长，发射的回检信号脉宽最大，触发信号光强度等级为正常。
49.当所述第一施密特触发器和第二施密特触发器的输出为高电平，第三施密特触发器的输出为低电平，rc发射电路发射的回检信号的脉宽满足：
50.w1≥w》w2；
51.此时，rc电路中电阻两端电压大于等于电压阈值的时间处于中间值，触发信号光强度等级为一级告警。
52.当所述第一施密特触发器的输出为高电平，第二施密特触发器和第三施密特触发器的输出为低电平，rc发射电路发射的回检信号的脉宽满足：
53.w2≥w》w3；
54.此时，rc电路中电阻两端电压大于等于电压阈值的时间最短，触发信号光强度等级为二级告警。
55.其中，w为回检信号脉宽，w1为第一脉宽阈值，w2为第一脉宽阈值，w3为第三脉宽阈值，且w1》w2》w3。
56.根据本发明的另一个实施例，提供了一种采用晶闸管触发信号光强度在线监测装置的阀控系统，该系统的构成框图如图2所示，该系统包括阀控设备、晶闸管控制电子设备和光分配器。
57.阀控设备输出触发信号通过光分配器输出至所述晶闸管控制电子设备；
58.晶闸管控制电子设备包括如本发明第一个方面所述的晶闸管触发信号光强度在线监测装置，所述晶闸管控制电子设备输出该监测装置生成的回检信号至所述阀控设备以进行回检信号的脉宽检测。
59.图3中示出了本发明实施例采用晶闸管触发信号光强度在线监测装置的阀控系统进行检测时的晶闸管触发及回检时序图，阀控设备发出的晶闸管触发信号经触发光纤-光分配器-触发光纤送至晶闸管控制电子设备，当阀控设备向晶闸管控制电子设备发送双脉冲后，晶闸管控制电子设备将触发光信号转换成晶闸管门极触发电流信号，导通晶闸管；在晶闸管状态检测阶段，当阀控设备向晶闸管控制电子设备发送单脉冲后，晶闸管控制电子设备随即向阀控设备发送回检信号。对应于正常、一级告警、二级告警三个等级的触发信号光强度，在状态检测阶段，晶闸管控制电子设备分别向阀控设备发送脉宽例如为4us、8us、12us的回检信号。阀控设备通过检测回检信号的脉宽发出相应的告警信号。晶闸管控制电
子设备接收到的阀控触发信号光强度越大，其光接收及光强度检测电路中u1下降幅度越大。触发信号光强度分级标准及对应的信号量定值如表1所示。
60.表1
[0061][0062]
阀控设备通过检测回检信号的脉宽判断触发信号光强度的等级，同时发出相应的告警信号。本发明实施例中晶闸管控制电子设备通过检测阀控设备发出的晶闸管触发信号的光强度，将晶闸管触发信号分为三个等级：正常、一级告警、二级告警。当触发信号光强度大于等于10倍的裕量时，定义为正常状态；当触发信号光强度小于10倍且大于等于5倍的裕量时，定义为一级告警状态；当触发信号光强度小于5倍且大于等于3倍的裕量时，定义为二级告警状态。
[0063]
综上所述，本发明实施例涉及一种晶闸管触发信号光强度在线监测装置及采用其的阀控系统，该装置包括光接收及光强度监测模块、逻辑处理模块和回检信号发射模块；所述光接收及光强度监测模块用于接收晶闸管触发信号，并生成触发开关信号至所述逻辑处理模块；所述逻辑模块接收触发开关信号并进行逻辑处理，输出逻辑开关信号与光接收及光强度监测模块的监测点输出信号分别输出至所述回检信号发射模块；所述回检信号发射模块用于将所述处理后的逻辑开关信号与监测点输出信号进行逻辑运算，根据逻辑运算结果输出回检信号，根据所述回检信号判断所述触发信号的光强度等级。本发明实施例的技术方案，通过优化晶闸管控制电子设备和阀控设备的功能，实现对触发信号光强度的在线监测，并能将告警信息上传至监视后台。一方面能及时发现触发通道异常，从而及时采取消缺措施，避免问题扩大引起直接经济损失；另一方面能提供换流阀运行时的触发信号光强度数据，有助于定位晶闸管故障的原因。
[0064]
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。