一种在线维护装置、级联型变流系统及其在线维护方法与流程

本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及一种在线维护装置、级联型变流系统及其在线维护方法。

背景技术：

级联型变流器系统中的功率模块常配有旁路模块，在功率模块故障时，系统将控制旁路模块将故障的功率模块旁路，实现功率模块旁路功能。使得系统在缺少一级或多级功率模块的情况下，继续运行，待合适时机停机再进行功率模块的更换与维修。

然而，级联型变流器系统在缺少一级或多级功率模块的情况下需要降额或者使功率模块过载运行，长期易导致新的功率模块出现故障，当新的功率模块出现故障时，一般只能选择停机进行系统维护，这样会给实际应用造成较大损失。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本申请提出了一种在线维护装置、级联型变流系统及其在线维护方法，以便解决或者部分解决上述问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明一方面公开一种在线维护装置，用于级联型变流器系统，且设置在所述级联型变流器系统的交流侧和功率模块之间，所述在线维护装置包括旁路模块、隔离模块和控制模块；

所述旁路模块和所述隔离模块电连接，设置在所述交流侧和所述功率模块的连接通路上；所述控制模块分别与所述旁路模块和所述隔离模块连接，用于接收和发送指令对所述旁路模块和所述隔离模块进行控制；

所述旁路模块包括第一开关，设置在所述交流侧和所述功率模块的连接通路的导线之间，用于切断所述交流侧和所述功率模块之间的连接；所述隔离模块包括第二开关，设置在所述交流侧和所述功率模块的连接通路的导线上，所述第二开关用于将所述交流侧和所述功率模块进行隔离。

进一步地，所述在线维护装置还包括接入模块；

所述接入模块一端通过所述旁路模块与所述交流侧连接，另一端与冗余功率模块连接，所述控制模块与所述接入模块连接，用于接收和发送指令实现对所述接入模块的控制；

所述接入模块包括第三开关，设置在与所述交流侧连接的导线上；所述第三开关用于控制所述冗余功率模块接入所述交流回路。

进一步地，所述第一开关、第二开关和所述第三开关为手动控制器件或自动控制器件。

进一步地，所述手动控制器件为如下的任一种：手动断路器、手动接触器、隔离刀闸、手动快速连接器；所述自动控制器件为如下的任一种：电子开关、电子接触器、电子断路器。

本发明另一方面公开了一种级联型变流系统，所述级联型变流系统包括三相级联分支和控制系统，各所述级联分支由若干个功率模块在交流侧串联而成，各所述功率模块的交流侧与上述任一项所述的在线维护装置连接，所述功率模块的直流侧与所述直流装置连接；所述控制系统用于控制所述在线维护装置工作。

进一步地，所述变流系统还包括冗余功率模块，所述冗余功率模块包括功率模块和直流装置；

所述控制系统包括显示模块和信号灯模块；所述显示模块可显示所述在线维护装置内各模块和所述功率模块的状态信息；所述信号灯模块分别显示所述在线维护装置内各开关的状态信息。

本发明再一方面还公开一种上述任一项所述的级联型变流系统的在线维护方法，所述方法包括：

当所述功率模块发生故障时，根据所述控制系统和所述控制模块的旁路信号，所述旁路模块短路所述交流侧与所述功率模块的连接，并将旁路信息反馈给控制模块以及控制系统；

根据所述控制系统和所述控制模块的隔离信号，所述隔离模块隔离所述交流侧和所述功率模块，并将隔离信息反馈给控制模块以及控制系统，从而便于维修人员对发生故障的所述功率模块进行维护。

进一步地，所述维护方法还包括，根据维护情况或设定条件作出如下任一项处理：

若维修好故障的所述功率模块或利用附近的功率模块将故障的所述功率模块进行了替换，则所述旁路模块和所述隔离模块重新连接所述交流侧和所述功率模块，使所述功率模块恢复正常工作；

若在第一预设时间内未维修好且附近没有替代的功率模块，则将所述变流系统的冗余功率模块接入所述交流侧；

若在第二预设时间内所述旁路模块的第一开关持续处于闭合状态，则将所述变流系统的冗余功率模块接入所述交流侧，其中第二预设时间大于第一预设时间；

若满足设定条件，则发现功率模块故障时，直接接入所述变流系统的冗余功率模块。

进一步地，所述维护方法还包括：

通过控制系统的显示模块和信号灯模块显示所述在线维护装置各模块的状态信息，通过手动或者指令控制各所述模块执行相应的控制信息。

进一步地，所述维护方法还包括：

将所述功率模块或所述冗余功率模块在电压信号过零点时接入所述交流侧，所述交流侧所述电压信号通过所述接入模块进行采集，然后把采集到的所述电压信号发送给所述控制系统，在所述电压信号过零点时将所述功率模块或者所述冗余功率模块接入所述交流侧，保证系统的安全性及稳定性；

接入后将所述在线维护装置的相应模块状态信息反馈给所述控制模块和控制系统，并通过所述变流系统的显示模块和信号灯模块显示状态信息。

本发明的有益效果是：本发明利用旁路模块和隔离模块实现了对功率模块的高压隔离，在被隔离后即可对功率模块进行在线维护或更替，整个维护过程无需系统停机，可提高系统可靠性，并提高工人在线维护或替换的安全性；在线维护时间过长或维护不好功率模块的情况下，利用接入模块能快速安全的在线接入冗余功率模块，可有效防止级联型变流系统出现新的故障，实现系统稳定运行；通过设置显示模块和信号灯模块，可实现对各模块的实时监控，保证级联型变流系统的安全运行。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本申请一个实施例中在线维护装置的组成框图；

图2示出了本申请一个实施例中在线维护装置与其他模块的连接关系示意图；

图3示出了本申请一个实施例中级联型变流系统的结构示意图；

图4示出了本申请一个实施例中在线维护控制指令的流程示意图；

图5示出了本申请一个实施例中的在线维护方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1

本发明实施例1公开一种在线维护装置，在线维护装置用于级联型变流器系统，且设置在级联型变流器系统的交流侧和功率模块之间，如图1所示，在线维护装置包括旁路模块、隔离模块和控制模块。

旁路模块和隔离模块电连接，设置在交流侧和功率模块的连接通路上；控制模块分别与旁路模块和隔离模块连接，用于接收和发送指令对旁路模块和隔离模块进行控制。

旁路模块包括第一开关k1，设置在交流侧和功率模块的连接通路的导线之间，用于切断交流侧和功率模块之间的连接，旁路模块通过闭合第一开关k1，实现对级联型变流器系统的交流侧短路，使系统中的交流电不经过该功率模块；隔离模块包括第二开关k2，设置在交流侧和功率模块的连接通路的导线上，第二开关k2用于将交流侧和功率模块进行隔离，隔离模块通过断开第二开关k2，实现交流侧和功率模块的隔离。

当级联型变流系统正常运行时，在线维护装置处于初始状态，即旁路模块中第一开关k1处于断开状态，隔离模块中第二开关k2处于闭合连接状态，这样使得与在线维护装置关联的功率模块可以正常运行。当系统发生故障，需要对功率模块进行在线维护时，在线维护装置会接收到控制信息，根据该控制信息，使得旁路模块中第一开关k1连接，在旁路模块第二开关k1连接之后，隔离模块中的第二开关k2断开连接，然后就可以在线对功率模块进行维修或更替，在功率模块维修或更替好后，第二开关k2闭合，第一开关k1断开，系统就可以恢复正常运行。本发明利用旁路模块和隔离模块实现了对功率模块的高压隔离，在被隔离后即可对功率模块进行在线维护或更替，整个维护过程无需系统停机，可提高系统可靠性，并提高工人在线维护或替换的安全性。

进一步地，在线维护装置还包括接入模块。

接入模块一端通过旁路模块与交流侧连接，另一端与冗余功率模块连接，控制模块与接入模块连接，用于接收和发送指令实现对接入模块的控制；接入模块通过接入或断开控制一个冗余功率模块是否接入交流侧。

接入模块包括第三开关k3，设置在与交流侧连接的导线上；第三开关k3用于控制冗余功率模块接入交流回路。

当级联型变流系统正常运行时，第三开关k3处于断开状态，当系统发生故障需要维修，在线维护时间过长或维护不好功率模块的情况下，第三开关k3闭合，利用接入模块能快速安全的在线接入冗余功率模块，冗余功率模块接入系统并工作，使得系统恢复正常运行。当功率模块维修或者更替完成后，控制模块控制接入模块断开，更替或维修好的功率模块继续工作。接入模块的设置实现冗余功率模块接入交流回路，可有效防止级联型变流系统出现新的故障，实现系统稳定运行。

进一步地，第一开关k1、第二开关k2和第三开关k3为手动控制器件或自动控制器件。

进一步地，手动控制器件为如下的任一种：手动断路器、手动接触器、隔离刀闸、手动快速连接器；自动控制器件为如下的任一种：电子开关、电子接触器、电子断路器。例如，当旁路模块中的第一开关k1为电子开关时，根据控制系统发出的闭合指令自动闭合旁路模块中的电子开关，进而实现对级联型变流器系统的交流侧短路。当第二开关k2和第三开关k3为隔离刀闸时，可以选用两个单刀的隔离刀闸或者选用一个双刀的隔离刀闸。由于隔离刀闸为手动控制器件，此时控制系统发出的分断信号可以是指示可断开隔离模块的分断指示信号，维护员可以根据分断指示信号获知隔离模块处于可分断状态。

本发明中的手动控制器件和自动控制器件不仅仅局限于上述列出的种类，亦可为其他具有断开闭合的具有控制效果的控制器件。

第一开关k1、第二开关k2和第三开关k3也可以是手动和自动一体的控制器件，如接触器和控制器，由于接触器或断路器既可手动控制也可以自动控制，因此当旁路模块中的第一开关k1为接触器或断路器时，在控制系统发出闭合信号时，即可以利用接触器或断路器的控制信号，维修员可以在远离高压区的范围按下控制按钮来激发接触器或断路器的控制信号，手动闭合旁路模块中的接触器或断路器，也可以根据控制系统发出的闭合指令自动闭合旁路模块中的接触器或断路器。

当旁路模块或者接入模块中的开关为手动控制器件时，控制系统发出的闭合信号为闭合指示信号，可通过控制指示灯闪烁的闪烁信号或控制指示灯亮灯颜色的颜色信号来实现，工人通过闪烁信号或颜色信号来对手动控制器件进行操作；当旁路模块或接入模块中的连接器件为自动控制器件时，控制系统发出的闭合信号为闭合控制指令，基于闭合控制指令控制模块控制相应开关闭合。当隔离模块中的开关为手动控制器件时，控制系统发出的分断信号为分断指示信号，工人通过闪烁信号或颜色信号来对手动控制器件进行操作；当隔离模块中的开关为自动控制器件时，控制系统发出的分断信号为分断控制指令，基于分断控制指令控制模块控制相应开关断开。

实施例2

如图3所示，本发明实施例2公开了一种级联型变流系统，级联型变流系统包括三相级联分支和控制系统，各级联分支由若干个功率模块在交流侧串联而成，各功率模块的交流侧与上述任一项的在线维护装置连接，功率模块的直流侧与直流装置连接；控制系统用于控制在线维护装置工作。

进一步地，如图2所示，变流系统还包括冗余功率模块，冗余功率模块包括功率模块和直流装置；当故障功率模块维修时间过长或者无法更替时，控制系统就会通过控制接入模块，使冗余功率模块接入交流回路，起到替换的作用。

控制系统包括显示模块和信号灯模块；显示模块可显示在线维护装置内各模块和功率模块的状态信息；信号灯模块分别显示在线维护装置内各开关的状态信息，工人可通过显示模块和信号灯模块的情况，故障功率模块和在线维修装置的状态进行了解，便于对故障功率模块的维修或更替，同时也保障了维修时的安全性。

实施例3

本发明实施例3公开一种上述任一项的级联型变流系统的在线维护方法，该方法的流程如图4所示，方法具体包括：

步骤110，当功率模块发生故障时，根据控制系统和控制模块的旁路信号，旁路模块短路交流侧与功率模块的连接，并将旁路信息反馈给控制模块以及控制系统；并通过显示模块和信号灯模块显示旁路模块的状态，当旁路信息反馈给控制模块时，显示模块显示该功率模块已旁路，信号灯亮起，表示第一开关k1处于闭合状态。

步骤120，根据控制系统和控制模块的隔离信号，隔离模块隔离交流侧和功率模块，并将隔离信息反馈给控制模块以及控制系统，并通过显示模块和信号灯模块显示隔离模块的状态，从而便于维修人员对发生故障的功率模块进行维护，当隔离信息反馈给控制模块时，显示模块显示该功率模块已被隔离，信号灯亮起，表示第二开关k2处于断开状态。

进一步地，维护方法还包括，根据维护情况或设定条件作出如下任一项处理：

若维修好故障的功率模块或利用附近的功率模块将故障的功率模块进行了替换，则旁路模块和隔离模块重新连接交流侧和功率模块，第一开关k1断开，第二开关k2闭合，使功率模块恢复正常工作。

若在第一预设时间内未维修好且附近没有替代的功率模块，则将变流系统的冗余功率模块接入交流侧，第三开关k3闭合，第一开关k1断开，冗余功率模块替代故障功率模块接入交流回路。

若在第二预设时间内旁路模块的第一开关持续处于闭合状态，则将变流系统的冗余功率模块接入交流侧，其中第二预设时间大于第一预设时间。

若满足设定条件，则发现功率模块故障时，直接接入变流系统的冗余功率模块。

在线维护时间过长或维护不好功率模块的情况下，利用接入模块能快速安全的在线接入冗余功率模块，可有效防止级联型变流系统出现新的故障，实现系统稳定运行；通过设置显示模块和信号灯模块，可实现对各模块的实时监控，保证级联型变流系统的安全运行。

当冗余功率模块接入交流回路，接入模块把状态信息回馈给控制模块，并通过显示模块和信号灯模块显示接入模块和功率模块的状态，当接入信息反馈给控制模块时，显示模块显示冗余功率模块已接入交流回路，信号等亮起，表示第三开关k3闭合。

进一步地，图5示出了控制系统对在线控制装置的指令流程示意图，对应的，该维护方法根据控制系统的控制指令进行工作，具体地，根据显示模块和信号灯模块的工作需要，还包括：通过控制系统的显示模块和信号灯模块显示在线维护装置各模块的状态信息，通过手动或者指令控制各模块执行相应的控制信息。

显示模块在控制系统对旁路模块发出闭合信号时，显示可闭合旁路功率模块的旁路模块，并在旁路模块闭合之后，显示功率模块已旁路；以及在控制系统对隔离模块发出分断信号时，显示可分断功率模块的隔离模块，并在隔离模块分断之后，显示功率模块可在线维护。当需要接入冗余功率模块时，显示模块显示可接入模块，并在接入模块闭合之后，显示冗余功率模块已接入。

通过信号灯模块来实现在线维护装置内各开关所处的状态。当第一开关k1断开时，其对应的信号灯不亮，当第一开关k1闭合时，其对应的信号灯亮；当第二开关k2闭合时，其对应的信号灯不亮，当第二开关k2断开时，其对应的信号灯亮；当第三开关k3断开时，其对应的信号灯不亮，当第三开关k3闭合时，其对应的信号灯亮。

进一步地，根据冗余功率模块的接入需要，维护方法还包括：将功率模块或冗余功率模块在电压信号过零点时接入交流侧，交流侧电压信号通过接入模块进行采集，然后把采集到的电压信号发送给控制系统，在电压信号过零点时将功率模块或者冗余功率模块接入交流侧，保证系统的安全性及稳定性。

接入后将在线维护装置的相应模块状态信息反馈给控制模块和控制系统，并通过变流系统的显示模块和信号灯模块显示状态信息。

综上所述，本申请公开了一种在线维护装置、级联型变流系统及其在线维护方法。在线维护装置用于级联型变流器系统，且设置在级联型变流器系统的交流侧和功率模块之间，在线维护装置包括旁路模块、隔离模块和控制模块；旁路模块和隔离模块电连接，设置在交流侧和功率模块的连接通路上；控制模块分别与旁路模块和隔离模块连接，用于接收和发送指令对旁路模块和隔离模块进行控制；旁路模块包括第一开关，设置在交流侧和功率模块的连接通路的导线之间，用于切断交流侧和功率模块之间的连接；隔离模块包括第二开关，设置在交流侧和功率模块的连接通路的导线上，第二开关用于将交流侧和功率模块进行隔离。本发明利用旁路模块和隔离模块实现了对功率模块的高压隔离，在被隔离后即可对功率模块进行在线维护或更替，整个维护过程无需系统停机，可提高系统可靠性，并提高工人在线维护或替换的安全性；在线维护时间过长或维护不好功率模块的情况下，利用接入模块能快速安全的在线接入冗余功率模块，可有效防止级联型变流系统出现新的故障，实现系统稳定运行；通过设置显示模块和信号灯模块，可实现对各模块的实时监控，保证级联型变流系统的安全运行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化、替换或改进，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。