專利名稱：一種新型的直流換流閥閥基電子設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統的電力電子直流輸電領域，具體涉及一種新型的直流換流閥
閥基電子設備。
背景技術：
閥基電子設備(VBE)是控制保護系統和換流閥的接口設備，主要用于完成閥的觸 發、監視和保護。每當控制保護系統下發閥的觸發命令時，VBE就根據該命令觸發換流閥。
在傳統的設計中，每個閥的觸發命令通過一根光纖傳輸至VBE，因此，12個閥至少 需要12根光纖來完成觸發命令的傳輸，若要校驗VBE收到的命令是否正確，則還需另外12 根光纖將校驗信息反送回控制保護系統。考慮雙冗余設計，觸發命令的傳輸和校驗共需48 根光纖，因此，接口方式比較復雜。 在傳統的設計中，VBE和GU之間采用單脈沖或脈沖寬度來表示不同的信息。這樣 的方式抗干擾能力較差，而且，能夠表示的信息非常有限。 晶閘管耐受電壓的能力受結溫的影響較大，但是，在傳統的設計中，保護觸發的門 檻值是一個固定數值。這樣的設計無疑降低了保護的合理性；在某些情況下，晶閘管結溫較 高，實際電壓耐受能力很低，但由于晶閘管電壓尚未達到門檻值，保護觸發拒動，晶閘管將 可能被擊穿；而在另外一些情況下，晶閘管結溫較低，實際電壓耐受能力較高，由于晶閘管 電壓已經達到了保護觸發的門檻值，保護觸發動作，最終可能導致直流輸電系統整極停運。
直流輸電工程對可靠性的要求非常高，因此，控制保護系統、閥基電子設備均采用 雙冗余設計。在傳統的設計方案中，VBE和GU之間使用簡單的觸發編碼實現通信。在傳統 的設計中，接到控制保護系統的觸發命令后，VBE通常需要專門的接口單元來將觸發命令信 號在內部進行分配。 與其它同類設備相比，該閥基電子設備的主要創新點總結如下 首先，在VBE內部加入了針對晶閘管結溫的邏輯處理能力。這項設計使控制保護
系統計算得到的結溫能夠實時地、正確地發送給對應的門極電子單元。這項功能將使門極
電子單元及時得到晶閘管的結溫信息，從而隨溫度自適應地調整保護性觸發的動作閾值。 其次，采用異步串行編碼的方式來完成控制保護系統和VBE之間、門極電子單元
(GU)和VBE之間的通訊，單個數據處理通道的觸發命令、結溫值僅需要2根光纖來傳輸，這
就大大降低了光纖數目，增加了控制保護系統和VBE之間單根光纖傳輸的信息量，也使通
信信息的校驗成為可能，大大增強了通訊功能的抗干擾能力，同時，增加了單根光纖所傳輸
的信息量。 第三，本發明的VBE采用異步串行編碼來完成VBE和GU之間的通信，這樣，觸發編 碼不僅可以表示晶閘管觸發與否的信息，還可以表示晶閘管結溫，回檢編碼則可以將晶閘 管是否承受負壓、晶閘管是否成功觸發、各項保護性觸發是否動作等詳細信息返回VBE。串 行的編碼中還可以加入校驗位，以便接收端對接收到的編碼進行校驗，將增加通訊的抗干 擾能力。控制保護系統發送至VBE的觸發命令及晶閘管結溫編碼如圖4、5所示，VBE發送至GU的觸發編碼如圖7所示，GU返回VBE的回檢編碼如圖8所示。 最后，本發明在每個光控機箱中加入了中繼元件，這就使觸發命令和晶閘管結溫 能夠通過鏈式結構在各光控機箱之間傳輸，如圖6所示。這樣的設計省略了專門的接口單 元，簡化了觸發命令(及晶閘管結溫)在VBE內部的傳輸過程。采用鏈式結構在各光控機 箱之間傳輸控制保護系統下達的觸發命令和晶閘管結溫，這就使得控制保護系統發送的信 息只要送至一個光控制機箱，就可以同時被其它光控機箱使用，簡化了觸發命令和晶閘管 結溫在VBE內部的傳輸過程。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的缺點，提供一種新型的直流換流閥閥基電子設備 (簡稱VBE)，降低了設備中的光纖數目，增加了控制保護系統和VBE之間單根光纖傳輸的信 息量，也使通信信息的校驗成為可能，大大增強了通訊功能的抗干擾能力，簡化了觸發命令 和晶閘管結溫在VBE內部的傳輸過程。 本發明的一種直流換流閥閥基電子設備VBE，該設備應用于直流輸電工程中，是位 于主控制室內的控制保護系統與位于換流閥上的門極電子單元GU之間的接口部件，其特 征在于，在閥基電子設備內部加入了針對晶閘管結溫的邏輯處理能力，從而使得控制保護 系統計算得到的結溫能夠實時地、正確地發送給對應的門極電子單元，并使門極電子單元 GU及時得到晶閘管的結溫信息，從而隨溫度自適應地調整保護性觸發的動作閾值，所述晶 閘管結溫的邏輯處理能力通過VBE內部的"晶閘管結溫鎖存器"和"觸發編碼發生器"來實 現，這兩個硬件部件均采用大規模可編程邏輯門陣列(FPGA)來編程實現，VBE采用晶閘管 結溫鎖存器接收控制保護系統下發的各個閥的晶閘管結溫，并將這些晶閘管結溫值由串行 編碼轉化為對應的并行編碼，然后鎖存在該部件的輸出信號線上，觸發編碼發生器根據閥 編號來選擇閥的晶閘管結溫并行編碼，并加入對應閥的觸發命令信息，最終，匯總為新的異 步串行編碼，觸發編碼，發送至對應的閥上。 其中，閥基電子設備VBE和控制保護系統之間、閥基電子設備VBE和門極電子單元 GU之間采用異步串行編碼的通訊方式。 其中，所述閥基電子設備VBE接收控制保護系統下發的觸發命令時，采用這樣的 編碼格式，位1為起始位，固定為"1";位2 13表示閥l至閥12是否需要觸發導通，"1"表 示觸發，"0"表示不觸發；位14為奇偶校驗位。 其中，所述閥基電子設備VBE接收控制保護系統下發的晶閘管結溫時，采用這樣 的編碼格式，位1為起始位，固定為"1";位2為閥1標志，"1"表示當前數值為閥1的晶閘 管結溫，"0"表示當前數值為閥2 12的晶閘管結溫；位3 13為晶閘管結溫值。
其中，所述閥基電子設備VBE向門極電子單元GU發送的觸發編碼共有12位，分別 是位0 位ll，起始位的寬度大于其它數據位，該位由一個固定寬度的脈沖表示，其它數據 位以窄脈沖表示"0"，以寬脈沖表示"1 "，位0表示觸發命令，"1"為觸發，"0"為不觸發，位 1 9為晶閘管結溫編碼，位10為奇偶校驗位，位11為結束位。 其中，所述閥基電子設備VBE接收門極電子單元GU返回的回檢編碼共有11位，分 別是位0 位IO，起始位的寬度大于其它數據位，該位由一個固定寬度的脈沖表示，其它數 據位以窄脈沖表示"0"，以寬脈沖表示"1"，位0表示晶閘管狀態，"1"為導通，"0"為不導通，位1為保護性觸發標志，"1"為動作，"0"為不動作，位2 8為晶閘管各種事件的狀態編 碼，位9為奇偶校驗位，位10為結束位。 其中，使用多個光控機箱來完成數據的傳輸和處理，按照直流輸電工程規模的大 小，機箱的個數在1 12之間靈活配置。 其中，在每個光控機箱中還具有中繼元件，使觸發命令和晶閘管結溫能夠通過鏈 式結構在各光控機箱之間傳輸。 其中，所述光控機箱內配置有閥狀態處理器和回檢編碼緩沖器，閥狀態處理器讀
取回檢編碼緩沖器的各個存儲單元，統計各項回檢信息，若發現某閥出現異常情況，則向觸
發編碼發生器發出保護性觸發請求，要求觸發編碼發生器對該閥實施保護性觸發，如有必
要，向控制保護系統發出跳閘請求，閥狀態處理器還將閥的各項信息匯總后通過現場總線
發送至控制保護系統。 本發明的有益效果是 1、根據晶閘管結溫自適應地調整保護觸發閾值，有效地提高保護觸發的合理性，
增強了換流閥的輸電能力，提高了直流輸電系統運行的安全性和穩定性。 2、 VBE和控制保護系統之間、VBE和GU之間采用異步串行編碼的通訊方式，通訊
穩定可靠且能夠承載大量信息。這種通訊方式可以加入校驗位，因此，具有很強的抗干擾能
力。同時，編碼承載的信息遠大于其它通信方式。 3、采用鏈式結構來在VBE內部傳輸控制保護系統下發的觸發命令編碼及晶閘管 結溫編碼，這就省略了 VBE與控制保護系統之間專用的接口設備。
下面結合附圖對本發明進一步說明。 圖1示出了本發明的VBE的構造； 圖2示出了本發明的VBE的接口原理； 圖3示出了本發明的光控機箱原理圖； 圖4示出了本發明的"觸發命令"編碼； 圖5示出了本發明的"晶閘管結溫"編碼； 圖6示出了本發明的控制保護系統下發編碼的鏈式傳輸結構； 圖7示出了本發明的觸發編碼； 圖8示出了本發明的回檢編碼； 圖9示出了本發明的回檢信息存儲方式。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細介紹本發明，本發明的設備構造如圖1所示。 VBE內部包括6U和3U兩個電源機箱及光控機箱等部件。其中，電源機箱用于為整
套VBE設備提供工作電能。光控機箱是實現VBE核心數據處理功能的單元。光控機箱數目
的多少可根據晶閘管閥規模的大小而變化，最多可配置12個。 VBE的接口原理如圖2所示。 控制保護系統向VBE發送觸發命令和晶閘管結溫。VBE接到觸發命令和結溫后，經
6過相應的數據處理，組成觸發編碼，發送至閥上的門極電子單元。閥上的每個晶閘管配置一 個門極電子單元，用于根據VBE的觸發編碼來觸發晶閘管，監視晶閘管的工作情況，并以回 檢編碼的形式返回VBE。 VBE整理所有門極電子單元的回檢編碼，將閥的整體監視信息通過 現場總線返回控制保護系統。另外，控制保護系統與VBE之間通過開關量來傳輸跳閘請求 信號。 VBE的技術組成部分介紹如下。 VBE的核心功能由光控機箱完成，每個光控機箱的工作原理如圖3所示。
VBE采用圖4和圖5的編碼來接收控制保護系統發送來的觸發命令和晶閘管結溫。
在"觸發命令"編碼中，若某位為"1 "，則該位將出現一個脈沖，若為"0"，則不出現 脈沖。位1為起始位，固定為"l";位2 13表示閥1至閥12是否需要觸發導通，"l"表示 觸發，"0"表示不觸發；位14為奇偶校驗位。每當閥1至閥12的觸發命令發生變化，該編 碼就由控制保護系統發送至VBE。 在"晶閘管結溫"編碼中，若某位為"1 "，則該位將出現一個脈沖，若為"0"，則不出 現脈沖。位1為起始位，固定為"l";位2為閥1標志，"l"表示當前數值為閥1的晶閘管結 溫，"0"表示當前數值為閥2 12的晶閘管結溫；位3 13為晶閘管結溫值；位14為特殊 作用位，具體作用視具體工程要求而定；位15為奇偶校驗位。在正常運行情況下，晶閘管結 溫編碼總是從閥1至閥12循環發送。 控制保護系統只需將這些數據直接發送給VBE的一個光控機箱，其它光控機箱可 以依次轉發，原理如圖6所示。 光控機箱通過觸發命令鎖存器、晶閘管結溫鎖存器及觸發編碼發生器來產生發送 至門極電子單元的觸發編碼。觸發命令鎖存器將觸發命令編碼由串行編碼轉化為對應于閥 1 12觸發與否的并行狀態信號，并鎖存。晶閘管結溫鎖存器將晶閘管結溫由串行編碼轉化 為對應于閥1 12晶閘管結溫的并行編碼，并鎖存。觸發編碼發生器根據閥編號來選擇相應 的閥觸發命令及晶閘管結溫，轉化為新的異步串行編碼，觸發編碼，并發送至閥編號所對應 的閥上。 門極電子單元位于晶閘管閥上，電磁環境非常惡劣。為提高抗干擾能力，VBE采用
圖7的觸發編碼來向閥上的門極電子單元發送觸發命令及晶閘管結溫信息。 在觸發編碼中，起始位的寬度大于其它數據位，該位由一個固定寬度的脈沖表示。
其它數據位以窄脈沖表示"0"，以寬脈沖表示"1 "。位0表示觸發命令，"1"為觸發，"0"為
不觸發。位1 9為晶閘管結溫編碼。位10為奇偶校驗位，位11為結束位。 每個門極電子單元通過圖8的回檢編碼來向VBE報告本級晶閘管的狀態。 與觸發編碼相同，回檢編碼起始位的寬度大于其它數據位，該位由一個固定寬度
的脈沖表示。其它數據位以窄脈沖表示"0"，以寬脈沖表示"l"。位0表示晶閘管狀態，"l"
為導通，"0"為不導通。位1位保護性觸發標志，"1"為動作，"0"為不動作。位2 8為晶
閘管各種事件的狀態編碼。位9為奇偶校驗位。 光控機箱通過回檢編碼緩沖器和閥狀態處理器來處理門極電子單元上報的回檢 信息。回檢編碼緩沖器接收各門極單元上報的回檢編碼，并將其存入內部的存儲單元。存 儲方式如圖9所示。 閥狀態處理器讀取回檢編碼緩沖器的各個存儲單元，統計各項回檢信息。若發現某閥出現異常情況，則向觸發編碼發生器發出保護性觸發請求，要求觸發編碼發生器對該 閥實施保護性觸發，如有必要，向控制保護系統發出跳閘請求。此外，閥狀態處理器還將閥 的各項信息匯總后通過現場總線發送至控制保護系統。 此處已經根據特定的示例性實施例對本發明進行了描述。對本領域的技術人員來 說在不脫離本發明的范圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅 是例證性的，而不是對本發明的范圍的限制，本發明的范圍由所附的權利要求定義。
權利要求
一種直流換流閥閥基電子設備VBE，該設備應用于直流輸電工程中，是位于主控制室內的控制保護系統與位于換流閥上的門極電子單元GU之間的接口部件，其特征在于，在閥基電子設備內部加入了針對晶閘管結溫的邏輯處理能力，從而使得控制保護系統計算得到的結溫能夠實時地、正確地發送給對應的門極電子單元，并使門極電子單元GU及時得到晶閘管的結溫信息，從而隨溫度自適應地調整保護性觸發的動作閾值，所述晶閘管結溫的邏輯處理能力通過VBE內部的“晶閘管結溫鎖存器”和“觸發編碼發生器”來實現，這兩個硬件部件均采用大規模可編程邏輯門陣列(FPGA)來編程實現，VBE采用晶閘管結溫鎖存器接收控制保護系統下發的各個閥的晶閘管結溫，并將這些晶閘管結溫值由串行編碼轉化為對應的并行編碼，然后鎖存在該部件的輸出信號線上，觸發編碼發生器根據閥編號來選擇閥的晶閘管結溫并行編碼，并加入對應閥的觸發命令信息，最終，匯總為新的異步串行編碼，觸發編碼，發送至對應的閥上。
2. 如權利要求1所述的直流換流閥閥基電子設備，其特征在于閥基電子設備VBE和控 制保護系統之間、閥基電子設備VBE和門極電子單元GU之間采用異步串行編碼的通訊方 式。
3. 如權利要求1和2所述的直流換流閥閥基電子設備，其特征在于所述閥基電子設 備VBE接收控制保護系統下發的觸發命令時，采用這樣的編碼格式，位1為起始位，固定為 "1";位2 13表示閥l至閥12是否需要觸發導通，"1"表示觸發，"0"表示不觸發；位14 為奇偶校驗位。
4. 如權利要求1和2所述的直流換流閥閥基電子設備，其特征在于所述閥基電子設 備VBE接收控制保護系統下發的晶閘管結溫時，采用這樣的編碼格式，位1為起始位，固定 為"1";位2為閥l標志，"l"表示當前數值為閥1的晶閘管結溫，"O"表示當前數值為閥 2 12的晶閘管結溫；位3 13為晶閘管結溫值。
5. 如權利要求1和2所述的直流換流閥閥基電子設備，其特征在于所述閥基電子設 備VBE向門極電子單元GU發送的觸發編碼共有12位，分別是位0 位ll，起始位的寬度 大于其它數據位，該位由一個固定寬度的脈沖表示，其它數據位以窄脈沖表示"O"，以寬脈 沖表示"1 "，位0表示觸發命令，"1"為觸發，"0"為不觸發，位1 9為晶閘管結溫編碼，位 10為奇偶校驗位，位11為結束位。
6. 如權利要求1和2所述的直流換流閥閥基電子設備，其特征在于所述閥基電子設 備VBE接收門極電子單元GU返回的回檢編碼共有11位，分別是位0 位10，起始位的寬度 大于其它數據位，該位由一個固定寬度的脈沖表示，其它數據位以窄脈沖表示"O"，以寬脈 沖表示"1 "，位0表示晶閘管狀態，"1"為導通，"0"為不導通，位1為保護性觸發標志，"1" 為動作，"O"為不動作，位2 8為晶閘管各種事件的狀態編碼，位9為奇偶校驗位，位10為 結束位。
7. 如權利要求1或2所述的直流換流閥閥基電子設備，使用多個光控機箱來完成數據 的傳輸和處理，按照直流輸電工程規模的大小，機箱的個數在1 12之間靈活配置。
8. 如權利要求1和7所述閥基電子設備，其特征在于在每個光控機箱中還具有中繼元 件，使觸發命令和晶閘管結溫能夠通過鏈式結構在各光控機箱之間傳輸。
9. 如權利要求1和7所述的直流換流閥閥基電子設備，其特征在于所述光控機箱內 配置有閥狀態處理器和回檢編碼緩沖器，閥狀態處理器讀取回檢編碼緩沖器的各個存儲單元，統計各項回檢信息，若發現某閥出現異常情況，則向觸發編碼發生器發出保護性觸發請 求，要求觸發編碼發生器對該閥實施保護性觸發，如有必要，向控制保護系統發出跳閘請 求，閥狀態處理器還將閥的各項信息匯總后通過現場總線發送至控制保護系統。
全文摘要
本發明提供了一種新型的直流換流閥閥基電子設備，該設備內部包括6U和3U兩個電源機箱及光控機箱等部件。其中，電源機箱用于為整套VBE設備提供工作電能。光控機箱是實現VBE核心數據處理功能的單元。光控機箱數目的多少可根據晶閘管閥規模的大小而變化，最多可配置12個。本發明的設備加入了針對晶閘管結溫的邏輯處理能力，并采用異步串行編碼技術來完成VBE和GU之間的通信，同時，還在每個光控機箱中加入了中繼元件，使觸發命令和晶閘管結溫能夠通過鏈式結構在各光控機箱之間傳輸，具有非常好的效果。
文檔編號H02M1/00GK101741225SQ200910243710
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月23日 優先權日2009年12月23日
發明者呂錚, 張新剛, 查鯤鵬 申請人:中國電力科學研究院