專利名稱：一種新型換流閥模塊試驗晶閘管監測與保護系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統器件領域，具體涉及一種新型換流閥模塊試驗晶閘管監測與 保護系統。
背景技術：
換流閥的監測與保護系統是它與外圍設備和晶閘管相連的核心，其基本的原理如 框圖所示。通過從閥控單元(VC)接收觸發角信號，通過閥基電子設備(VBE)產生觸發編 碼脈沖，發送給晶間管電子設備(TE)，TE接收該觸發編碼脈沖后產生觸發信號，并將該信 號施加至晶閘管的門極，從而使晶閘管正常觸發。TE同時將晶閘管的相關狀態信息返送至 VBE, VBE對該信號進行分析匯總，然后返送至VC，從而達到對晶閘管的狀態信息進行監測 的目的。由于其技術復雜，集成度高，目前國內還沒有類似技術，國外還沒有類似專利。本專 利即是在這樣一種背景下提出，通過深入研究換流閥的監測與保護系統的原理，提出觸發 與監測系統的設計方案。專利“一種晶閘管閥觸發與監測系統”(CN200910235794.9)同樣 描述的晶閘管閥的觸發與監測，但其用途主要是設計可重構型靜態無功補償器(SVC)/直 流融冰復合裝置。該專利所涉及的晶閘管閥的觸發與檢測系統是利用計算機及控制保護系 統對晶閘管閥進行的觸發、監測與保護，系統設計復雜，冗余項目較多，信息傳輸量大，容易 引起故障。本發明設計了專用的觸發編碼脈沖，對于晶閘管和晶閘管電子設備(TE)的狀態 進行監測，對于監測的信息利用脈沖識別，設計思路清晰、易于實現，可靠性高。發明內容
本發明的目的是提供了一種新型的換流閥模塊試驗晶閘管監測與保護系統的設 計方法。一種晶閘管的監測與保護系統由晶閘管電子設備(TE)、閥基電子設備(VBE)、控制 保護系統等組成。其工作原理如附圖1所示，控制保護系統根據當前換流閥運行工況，計算 晶閘管的觸發角，并將其發送至閥基電子單元(VBE)，VBE產生觸發脈沖至晶閘管電子設備 (TE)，TE產生觸發脈沖發送至晶間管，從而觸發晶間管。TE根據晶間管狀態產生監測及保 護回報脈沖，該回報脈沖通過光纖傳至VBE，VBE編碼后發送至VC，從而完成晶閘管的監測 與回報。
本發明的一種新型換流閥模塊試驗晶閘管監測與保護系統，其特征在于包括
控制保護系統、閥基電子設備(VBE)和晶閘管電子設備(TE)三部分組成，TE和晶 閘管之間有三根線連接，分別是晶閘管陽極接線VT、晶閘管門極接線fete、晶閘管陰極接 線VG.，VT和VG是用來測量晶閘管陽極對陰極的電壓，fete是為了向晶閘管門極發送觸 發脈沖，VBE和TE之間有兩根光纖連接，一個是為了向TE發送觸發脈沖，一個是為了收取 TE回報的晶閘管狀態信息，VBE和控制保護系統之間有三根數據線連接，分別是VBE狀態信 息，觸發角信息，及CAN總線；
所述TE用于完成對晶閘管級的監測，電路板取能監測是指當電壓大于36V時，向 VBE回報脈沖寬度約為20 25us的回報脈沖，晶閘管的觸發監測是指，當晶閘管被觸發時，TE向VBE回報脈沖寬度約為12 ISus的回報脈沖，晶閘管的過電壓保護監測是指當晶閘 管發生過電壓保護時，TE向VBE回報脈沖寬度約為5 Sus的回報脈沖，這些回報脈沖都 是通過光纖上傳至VBE ；
所述回報脈沖上傳至VBE后，通過邏輯控制系統對其進行分類，利用脈沖寬度對 其進行識別，識別后的脈沖按照狀態信息進行編碼，編碼的格式按照CAN總線協議，最后通 過CAN總線上傳至控制保護系統；
所述VBE和控制保護系統之間的信息交互內容有VBE狀態信息，是VBE為了向控 制保護系統說明其工作狀態，如果VBE狀態信息是高電平，則控制保護系統認為VBE正常， 并向VBE發送觸發角信號，該信號為脈沖寬度為120°的電平信息；
所述TE將完成對晶閘管級的保護，正向過電壓保護是通過測量晶閘管陽極對陰 極的電壓，當正向電壓大于晶閘管級保護水平4kV時，向晶閘管發送門極脈沖，觸發晶閘 管，從而達到保護晶閘管的目的，恢復期保護是當檢測到晶閘管在負壓30V時，電壓突然變 為正壓，且電壓大于IkV時，向晶間管門極發送觸發脈沖，觸發晶間管，達到保護晶閘管的 目的。
具體晶閘管狀態信息編碼如附圖2所示，當觸發脈沖編碼發送至VBE，解碼后發送 晶閘管觸發信號至TE，TE產生觸發脈沖，觸發晶閘管，如圖中晶閘管電壓中正常觸發波形， 此時TE回報的狀態信息有22us和17us的脈沖。當晶閘管兩端的電壓達到保護水平時，晶 閘管回報20 25us的取能回報及12 18的觸發回報脈沖。當晶閘管兩端的電壓大于保 護水平時，晶閘管被保護性觸發，電壓波形見圖中第二個，此時回報的狀態信息5 Sus的 脈沖。當晶閘管在負電壓時，若此時檢測到有正向電壓并超過保護水平，晶閘管被保護型觸 發。
本發明設計的監測信息主要有
(1)晶閘管和TE取能脈沖，脈沖寬度為20 25us ；
(2)TE回報的觸發回報，脈沖寬度為12 18us ；
(3)晶閘管正向過電壓保護回報脈沖，脈沖寬度為5 8us。
本發明所設計的的保護功能有
(1)晶閘管正向過電壓保護晶閘管免受過高的晶閘管正向電壓而損壞。保護觸發 晶閘管并發送回報脈沖給VBE。正向過電壓的保護水平為4 4. 5kV.
(2)晶閘管反向恢復保護
防止晶閘管在恢復期承受過高的電壓被損壞，保護動作后，觸發晶閘管并發送回 報脈沖給VBE。恢復期的負壓約為-30V，恢復期的正壓保護水平約為1 1. 5kV。
本發明技術方案的優點是
本發明設計了專用的觸發編碼脈沖，對于晶閘管和晶閘管電子設備(TE)的狀態 進行監測，對于監測的信息利用脈沖識別，設計思路清晰、易于實現，可靠性高。目前國內尚 沒有公開類似的創新性技術，打破了國外技術壟斷，為實現換流閥國產化自主研發提供了保障。
為了使本發明的內容被更清楚的理解，并便于具體實施方式
的描述，下面給出與本發明相關的
如下
圖1是換流閥監測與保護系統原理框圖2是觸發與監測與保護波形設計圖。
圖3是晶閘管過電壓保護試驗波形圖
圖4是晶閘管回報信息試驗波形圖具體實施方式
為了使本發明的內容被更清楚的理解，現在說明其具體的實施方式。
參考附圖1，一種新型換流閥模塊試驗晶閘管監測與保護系統，是由控制保護系 統、閥基電子設備(VBE)、晶閘管電子設備(TE)三部分組成。TE和晶閘管之間有三根線連 接，分別是晶閘管陽極接線VT、晶閘管門極接線Gate、晶閘管陰極接線VG.。VT和VG是用 來測量晶閘管陽極對陰極的電壓，Gate是為了向晶閘管門極發送觸發脈沖。VBE和TE之間 有兩根光纖連接，一個是為了向TE發送觸發脈沖，一個是為了收取TE回報的晶間管狀態信 息。VBE和控制保護系統之間有三根數據線連接，分別是VBE狀態信息，觸發角信息，及CAN 總線。回報脈沖都是通過光纖上傳至VBE。通過邏輯控制系統對其進行分類，利用脈沖寬度 對其進行識別。識別后的脈沖按照狀態信息進行編碼，編碼的格式按照CAN總線協議，最后 通過CAN總線上傳至控制保護系統。VBE和控制保護系統之間的信息交互內容有VBE狀態 信息，是VBE為了向控制保護系統說明其工作狀態，如果VBE狀態信息是高電平，則控制保 護系統認為VBE正常，并向VBE發送觸發角信號，該信號為脈沖寬度為120°的電平信息。
參考附圖2，是晶閘管的監測與保護的波形設計圖，晶閘管的電壓波形由三部分組 成，正常觸發波形，正向過電壓保護波形，恢復期保護波形。正常觸發波形峰值約為100V， 正向過電壓保護峰值約為4 4. 5kV，恢復期保護峰值約為1 1. 5kV。監測信息是由三部 分組成，取能回報信息，其脈沖寬度約為20 25us。觸發回報信息，其脈沖寬度約為12 ISus0正想過電壓保護回報信息，其脈沖寬度約為5 8us。VBE通過檢測不同的脈沖寬度， 即可以識別不同的狀態信息，從而達到對晶閘管監測的目的
參考附圖3，當晶閘管兩端的電壓大于過電壓保護水平4kV時，晶閘管被保護性觸 發，電壓波形降至零，此時TE在電壓降至零時回報過電壓保護脈沖，如試驗波形所示。圖中 示波器A通道為晶閘管兩端的電壓波形，峰值約為4. 4kV。示波器B通道為晶閘管過電壓時 的回報脈沖。
參考附圖4，是晶閘管被觸發的試驗波形，圖中A通道TE的脈沖回報信息，B通道 為晶閘管兩端的電壓波形，和過電壓保護觸發不同，此時晶閘管兩端的電壓峰值約為100V， 這是由于晶閘管被正常觸發使然，當晶閘管兩端的電壓約為30V時，TE向VBE發送取能回 報，當晶閘管被觸發時，向VBE發送觸發回報脈沖。
上面通過特別的實施例內容描述了本發明，但是本領域技術人員還可意識到變型 和可選的實施例的多種可能性，例如，通過組合和/或改變單個實施例的特征。因此，可以 理解的是這些變型和可選的實施例將被認為是包括在本發明中，本發明的范圍僅僅被附上 的專利權利要求書及其同等物限制。
權利要求
1.一種新型換流閥模塊試驗晶閘管監測與保護系統，其特征在于包括控制保護系統、閥基電子設備(VBE)和晶閘管電子設備(TE)三部分組成，TE和晶閘管 之間有三根導線連接，分別是晶閘管陽極接線VT、晶閘管門極接線fete、晶閘管陰極接線 VG.，VT和VG是用來測量晶閘管陽極對陰極的電壓，Gate是為了向晶閘管門極發送觸發脈 沖，VBE和TE之間有兩根光纖連接，一個是為了向TE發送觸發脈沖，一個是為了收取TE回 報的晶閘管狀態信息，VBE和控制保護系統之間有三組數據線連接，分別是VBE狀態信息， 觸發角信息，及CAN總線；所述TE用于完成對晶閘管級的觸發和監測，電路板取能監測是指當電壓大于36V時， 向VBE回報脈沖寬度約為20 25us的回報脈沖，晶閘管的觸發監測是指，當晶閘管被觸發 時，TE向VBE回報脈沖寬度約為12 ISus的回報脈沖，晶閘管的過電壓保護監測是指當 晶閘管發生過電壓保護時，TE向VBE回報脈沖寬度約為5 Sus的回報脈沖，這些回報脈 沖都是通過光纖上傳至VBE ；所述回報脈沖上傳至VBE后，通過邏輯控制系統對其進行分類，利用脈沖寬度對其進 行識別，識別后的脈沖按照狀態信息進行編碼，編碼的格式按照CAN總線協議，最后通過 CAN總線上傳至控制保護系統；所述VBE和控制保護系統之間的信息交互內容有VBE狀態信息，是VBE為了向控制保 護系統說明其工作狀態，如果VBE狀態信息是高電平，則控制保護系統認為VBE正常，并向 VBE發送觸發角信號，該信號為脈沖寬度為120°的電平信息；所述TE將完成對晶閘管級的保護，正向過電壓保護是通過測量晶閘管陽極對陰極的 電壓，當正向電壓大于晶閘管級保護水平4kV時，向晶閘管發送門極脈沖，觸發晶閘管，從 而達到保護晶閘管的目的，恢復期保護是當檢測到晶閘管在負壓30V時，電壓突然變為正 壓，且電壓大于IkV時，向晶間管門極發送觸發脈沖，觸發晶間管，達到保護晶間管的目的。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于所述監測信息包括(1)晶閘管和TE取能脈沖，脈沖寬度為20 25us；(2)TE回報的觸發回報，脈沖寬度為12 ISus；(3)晶閘管正向過電壓保護回報脈沖，脈沖寬度為5 8us。
3.如權利要求1所述的系統，其特征在于所述保護功能包括(1)晶閘管正向過電壓保護晶閘管免受過高的晶閘管正向電壓而損壞，保護觸發晶閘 管并發送回報脈沖給VBE，正向過電壓的保護水平為4 4. 5kV ；(2)晶閘管反向恢復保護，防止晶閘管在恢復期承受過高的電壓被損壞，保護動作后， 觸發晶閘管并發送回報脈沖給VBE，恢復期的負壓約為-30V，恢復期的正壓保護水平約為 1 1. ^V。
全文摘要
本發明涉及電力系統器件領域，具體涉及一種新型換流閥模塊試驗晶閘管監測與保護系統。由晶閘管電子設備(TE)、閥基電子設備(VBE)、控制保護系統等組成。控制保護系統根據當前換流閥運行工況，計算晶閘管的觸發角，并將其發送至閥基電子單元(VBE)，VBE產生觸發編碼脈沖至晶閘管電子設備(TE)，TE產生觸發脈沖發送至晶閘管，從而觸發晶閘管。TE根據晶閘管狀態產生監測及保護回報脈沖，該回報脈沖通過光纖傳至VBE，VBE對上傳的狀態信息進行匯總，然后通過CAN總線上傳至控制保護系統，由控制保護系統完成對閥模塊晶閘管級的狀態信息進行監測。換流閥在正常運行過程中，若晶閘管承受的電壓超過晶閘管的耐受能力，可能會損壞晶閘管，因而對晶閘管的保護技術顯得極為重要，通過控制保護系統、VBE和TE完成對換流閥模塊正常運行的保護。
文檔編號H02H7/20GK102035189SQ20101051240
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月12日 優先權日2010年10月12日
發明者張娟, 溫家良, 陳龍龍, 魏曉光 申請人:中國電力科學研究院