專利名稱：基于多模光纖的靜止無功補償器用光電觸發與檢測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統及電力電子技術中靜止無功補償器(SVC)，特別是一種基于多模光纖的靜止無功補償器用光電觸發與檢測系統，又被稱為閥基電子設備(VBE-Valve BaseEquipment)。
背景技術：
基于多模光纖的靜止無功補償器用光電觸發與檢測系統是SVC的重要組成部分，又被稱為閥基電子設備VBE。它是觸發晶閘管閥組導通并檢測晶閘管閥組運行狀態的裝置，不僅可以應用于靜止無功補償器(SVC)，還可以廣泛應用于如高壓直流輸電(HVDC)等具有晶閘管閥組的電力電子設備中。靜止無功補償器的晶閘管閥組在運行時，閥基電子設備VBE控制系統對其進行觸發、狀態檢測，并對晶閘管閥進行保護。晶閘管閥組處于高電位狀態，閥基電子設備VBE處于低電位狀態，通常是地電位。閥基電子設備VBE通過多模光纖發出編碼觸發光脈沖，并接受編碼光脈沖回報信號，完成觸發和檢測工作。
該項技術研發主要存在以下的技術難點1)由于觸發與檢測都采用多模光纖與高電位的晶閘管閥組連接，對脈沖的光電及電光轉換、所有晶閘管的觸發與回報電信號的識別，成為該技術的關鍵與難點；2)晶閘管閥組由多組晶閘管串聯而成，如何通過光纖對上百個晶閘管的運行狀態(包括晶閘管是否被擊穿和BOD保護動作次數等)進行分別檢測成為一個難點；3)對A、B、C相的正反向晶閘管閥組支路的快速檢測以及檢測系統與上位機分布式通訊的協調問題；4)觸發脈沖的編碼與晶閘管閥組的有效控制問題，包括對觸發脈沖丟失的保護問題等。這些技術難點決定了基于多模光纖的光電觸發與檢測系統的開發具有非常大的技術難度，目前，基于多模光纖的光電觸發與檢測系統在國內、外尚未見到相同或類似的技術。
發明內容
本發明的目的是提供一種分布式、智能型的基于多模光纖的SVC用光電觸發與檢測系統，使得晶閘管閥組的運行安全可靠。
本發明解決其技術問題所采取的技術方案是基于多模光纖的光電觸發與檢測系統包括閥的光電觸發單元和閥的光電檢測單元。閥的光電觸發單元通過晶閘管閥的觸發光纖對三相閥進行觸發，閥的光電檢測單元通過晶閘管閥的回報光纖檢測晶閘管閥的運行狀態。
光電觸發單元處于圖2的虛線框內，包括觸發邏輯模塊，AB相、BC相、CA相光驅動模塊和光纖。
光電觸發單元根據系統三相電壓同步相位，對AB、BC、CA三相觸發脈沖形成三個觸發保護窗口。
光電觸發單元還接受三相9個電壓同步方波信號形成觸發保護窗口。
光電觸發單元中觸發邏輯模塊將觸發電脈沖按觸發邏輯轉換為4脈沖觸發邏輯，并以光脈沖的形式發出。
光電觸發單元在觸發閉鎖狀態使觸發邏輯轉入閉鎖工作，晶閘管將不會被觸發導通；分閘時觸發邏輯轉入停止工作狀態，光電觸發單元不發出任何觸發脈沖，晶閘管閥組停止觸發導通。
光電觸發單元在發出4脈沖觸發邏輯時晶閘管處于導通狀態，在發出單脈沖觸發邏輯時晶閘管處于觸發閉鎖狀態。在這兩種狀態，光電檢測單元都可以通過晶閘管回報光脈沖對晶閘管工作狀態進行檢測，起到晶閘管預檢驗的作用。如有晶閘管損壞，上報到SVC監控單元。
光電觸發單元對觸發脈沖進行丟脈沖保護。光電觸發單元在檢測到觸發脈沖丟失單向觸發超過5個周波時，將向監控系統發出丟脈沖保護信號。
光電檢測單元包括閥智能檢測模塊、光接受模塊和回報光纖。
光電檢測單元處于圖3的虛線框內，包括6個閥檢測模塊，AB+、AB-、BC+、BC-、CA+、CA-光接收模塊和光纖。
光電檢測單元與晶閘管閥組上高電位板(TE板)的工作邏輯密切相關，TE板4脈沖觸發回報邏輯如下BOD回報在雙脈沖觸發之后，180°電壓過零點之前。TE板在BOD動作之后將回報一10us光脈沖信號。
晶閘管負壓回報在180°電壓過零點之后，280°負壓建立結束之前。晶閘管在導通關斷后形成反向電壓，該電壓在大于80V時回報一10us光脈沖信號。
第3回報脈沖在光電觸發單元發出第3觸發脈沖后回報的10us光脈沖。
第4回報脈沖在光電觸發單元發出第4觸發脈沖后回報的10us光脈沖。
光電檢測單元對BOD動作后的回報信號進行檢測，對晶閘管負壓回報信號進行檢測，還對三相正反上百個晶閘管閥組進行實時檢測，檢測其是否有BOD動作和晶閘管的工作狀態。
光電檢測單元檢測晶閘管閥運行狀態的原理是在電壓180°-280°之間檢測TE板是否有晶閘管負壓回報脈沖。如沒有光脈沖反饋，說明晶閘管閥未建立80V以上的反向電壓，晶閘管已損壞。如有光脈沖反饋，則說明晶閘管閥已建立80V以上的反向電壓，晶閘管工作正常。光電檢測單元對每一周波的晶閘管負壓回報信號進行讀取，以檢測晶閘管的運行狀態。
光電檢測單元檢測晶閘管閥BOD動作狀態的原理是在電壓30°-180°之間檢測TE板是否有BOD回報脈沖。如沒有光脈沖反饋，說明晶閘管閥BOD未動作。如有光脈沖反饋，則說明晶閘管閥BOD動作一次。光電檢測單元對每一周波的晶閘管BOD回報信號進行讀取，以檢測晶閘管的BOD動作狀態。
光電檢測單元對于BOD動作狀態將通過485通訊線實時上報上一級監控單元，485通訊采用分布式的通訊方式。光電檢測單元對于晶閘管運行狀態也通過485通訊線實時上報監控系統，當超過冗余個數的晶閘管閥損毀時，將通過IO口上報緊急故障位，使TCR支路跳閘。
光電檢測單元內對三相電壓同步方波信號進行檢測，如發現方波信號丟失，將上報監控單元，實現PT斷線檢測功能。
由于采用了上述的技術方案，本發明具有的有益效果是本發明的基于多模光纖的光電觸發與檢測系統主要具有如下功能1)自動編碼光脈沖觸發晶閘管；2)光脈沖回報智能檢測晶閘管運行狀態；3)電觸發丟脈沖檢測和PT斷線檢測；4)與上位機的主從式分布串行通訊。通過這些功能的有機結合，可以很好的實現對晶閘管閥組的有效觸發和快速檢測。該系統具有觸發可靠穩定、快速檢測晶閘管運行狀態、抗干擾能力強、可靠通訊的優點。本發明很好的解決了靜止無功補償器在電力系統中應用的瓶頸問題，并可廣泛應用于基于晶閘管閥組的電力電子設備中，具有良好的推廣價值和應用前景。
下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是本發明光電觸發與檢測系統的4脈沖觸發相位圖。
圖2是本發明光電觸發與檢測系統的光電觸發單元原理圖。
圖3是本發明光電觸發與檢測系統的光電檢測單元原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明進行詳細描述。
參見附圖2和圖3，基于多模光纖的光電觸發與檢測系統包括光電觸發單元和光電檢測單元。光電觸發單元包括觸發邏輯模塊，AB相、BC相、CA相光驅動模塊和觸發光纖。
光電檢測單元包括閥智能檢測模塊、光接收模塊和回報光纖。
光電檢測單元包括6個閥檢測模塊，AB+、AB-、BC+、BC-、CA+、CA-光接收模塊和光纖。
SVC控制系統調節單元通過對被補償系統三相電壓、電流的計算，獲得晶閘管觸發相位，以窄單脈沖的形式發給光電觸發單元，分為AB+、AB-、BC+、BC-、CA+、CA-共6個觸發脈沖。正向觸發角在105°～165°之間，負向觸發角在285°～345°之間。晶閘管觸發角只有在這個范圍內為正常觸發。
因此光電觸發單元根據系統三相電壓同步相位，對AB、BC、CA三相觸發脈沖形成三個觸發保護窗口，保護窗口角度分別為100°～170°和280°～350°。調節單元發來的觸發脈沖如在此窗口內則根據觸發邏輯轉換為4脈沖觸發邏輯，對晶閘管完成觸發導通，如不在此窗口內，光電觸發單元則不會形成4脈沖觸發邏輯，晶閘管將不會被觸發。光電觸發單元形成此觸發保護窗口，可以有效地保證晶閘管閥組的正常工作，避免由于調節單元的故障或由于干擾造成誤觸發，避免晶閘管觸發角禁止觸發窗口內對晶閘管的危害。
由此，光電觸發單元除接受調節單元發出的三相6個觸發脈沖外，還接受三相9個電壓同步方波信號，每相方波對應的角度分別為0°～180°、100°～280°和-15°～165°，并依此形成105°～165°和290°～345°的觸發保護窗口。
光電觸發單元中觸發邏輯模塊將調節單元發出的觸發脈沖按觸發邏輯轉換為4脈沖觸發邏輯。其觸發邏輯如下第1脈沖調節單元發出觸發脈沖轉換成雙脈沖。調節單元觸發單脈沖經一階數字濾波后，將其轉換為10us寬，間隔也為10us的雙脈沖。該脈沖標志晶閘管觸發導通角的起始位置。
第2脈沖根據調節單元發出的0°～180°電壓同步信號形成的電壓過零點單脈沖，寬度10us。該脈沖標志晶閘管觸發導通角的中間位置。
第3脈沖根據調節單元發出的100°～280°電壓同步信號形成的晶閘管負壓單脈沖，寬度10us。該脈沖標志晶閘管導通截止后形成反相負壓的最后位置。
第4脈沖根據調節單元發出的0°～180°電壓同步信號形成的觸發完成單脈沖，寬度10us。該脈沖標志晶閘管觸發完成的最后位置。4脈沖觸發相位如圖1所示。
光電觸發單元接受SVC監控系統發出的觸發閉鎖信號和TCR支路合分閘信號，并據此對晶閘管閥組的工作狀態進行不同的處理。
觸發閉鎖信號該信號將使觸發邏輯轉入閉鎖工作狀態，無論調節單元是否發出觸發信號，光電觸發邏輯都不再將其轉換為4脈沖觸發邏輯，而是轉換為280°單脈沖，晶閘管將不會被觸發導通。監控系統任何時刻發出觸發閉鎖信號，都不影響當前的一個完整4脈沖觸發邏輯輸出。當調節單元發出的觸發信號不在觸發保護窗口內部時，光電觸發單元僅發出280°單脈沖，相當于閉鎖狀態。
合分閘信號該信號將使觸發邏輯轉入停止工作狀態，光電觸發單元不發出任何觸發脈沖，晶閘管閥組停止觸發導通。監控系統任何時刻發出合分閘信號，都不影響當前4脈沖觸發邏輯的完整輸出。
光電觸發單元具有晶閘管預檢驗功能光電觸發單元在發出4脈沖觸發邏輯時晶閘管處于導通狀態，在發出單脈沖觸發邏輯時晶閘管處于觸發閉鎖狀態。無論是觸發導通狀態還是觸發閉鎖狀態，光電檢測系統都可以對晶閘管工作狀態進行檢測，而TCR支路在合閘后必須經過一定時間的觸發閉鎖過程，在該過程中光電觸發單元對晶閘管發出單脈沖信號，光電檢測單元對晶閘管工作狀態進行檢測，可以起到晶閘管預檢驗的作用。如有晶閘管損壞，上報到TCR監控單元。
光電觸發單元具有觸發丟脈沖保護功能光電觸發單元對調節單元發出的三相6個觸發脈沖進行丟脈沖保護。如由于某些原因導致調節單元發出的某一相觸發脈沖丟失其中正或反向觸發脈沖，將引起TCR支路晶閘管單方向導通，產生嚴重后果。故光電觸發單元在檢測到觸發脈沖丟失單向觸發超過5個周波時，將向監控系統發出丟脈沖保護信號。光電觸發單元原理框圖如圖2所示。
TE板4脈沖觸發回報邏輯光電檢測單元與晶閘管閥組上高電位板(TE板)的工作邏輯密切相關，現將TE板4脈沖觸發回報邏輯介紹如下BOD回報在雙脈沖觸發之后，180°電壓過零點之前。由于系統暫態過電壓也可能出現在電壓最大幅值90°附近。TE板在BOD動作之后將回報一10us光脈沖信號。
晶閘管負壓回報在180°電壓過零點之后，280°負壓建立結束之前。晶閘管在導通關斷后形成反向電壓，該電壓在大于80V時回報一10us光脈沖信號。
第3回報脈沖在光電觸發單元發出第3觸發脈沖后回報的10us光脈沖。
第4回報脈沖在光電觸發單元發出第4觸發脈沖后回報的10us光脈沖。
光電檢測單元對BOD動作后的回報信號進行檢測，如無回報，則認為BOD未動作，如有回報則認為BOD動作，并記錄BOD動作閥的編號及其動作次數。
光電檢測單元對晶閘管負壓回報信號進行檢測，如有回報，則認為晶閘管狀態正常，如無回報則認為晶閘管損壞，向監控系統上報晶閘管狀態。
光電檢測單元可以對三相正反上百個晶閘管閥組進行實時檢測，檢測其是否有BOD動作和晶閘管的工作狀態。另外，光電檢測單元對整個晶閘管閥組件的工作狀況也進行了檢測。包括觸發光纖的連接、TE板取能電路的工作狀態、晶閘管回報光纖的連接狀態等。
光電檢測單元對于BOD動作故障將通過485通訊線實時上報監控系統，485通訊采用分布式的通訊方式。光電檢測單元對于晶閘管故障也通過485通訊線實時上報監控系統，當2個以上的閥損毀時，將通過IO口上報緊急故障位，使TCR支路跳閘。
由于光電觸發與檢測單元是依靠三相電壓同步方波信號進行工作的，如果由于某種原因如PT斷線將引起該信號丟失后，光電觸發與檢測功能就不能正常進行，故在光電檢測單元內對三相電壓同步方波信號進行檢測，如發現方波信號丟失，將上報SVC監控系統。
權利要求
1.一種基于多模光纖的光電觸發與檢測系統，其特征在于包括閥的光電觸發單元和閥的光電檢測單元；閥的光電觸發單元通過晶閘管閥的觸發光纖對三相閥進行觸發，閥的光電檢測單元通過三相晶閘管閥的回報光纖檢測晶閘管閥的運行狀態；光電觸發單元包括觸發邏輯模塊，AB相、BC相、CA相光驅動模塊和光纖；光電觸發單元根據系統三相電壓同步相位，對AB、BC、CA三相觸發脈沖形成三個觸發保護窗口；光電觸發單元還接受三相9個電壓同步方波信號形成觸發保護窗口；光電觸發單元中觸發邏輯模塊將觸發電脈沖按觸發邏輯轉換為4脈沖觸發邏輯，并以光脈沖的形式發出；光電觸發單元在觸發閉鎖狀態使觸發邏輯轉入閉鎖工作，晶閘管將不會被觸發導通；分閘時觸發邏輯轉入停止工作狀態，光電觸發單元不發出任何觸發脈沖，晶閘管閥組停止觸發導通；光電觸發單元在發出4脈沖觸發邏輯時晶閘管處于導通狀態，在發出單脈沖觸發邏輯時晶閘管處于觸發閉鎖狀態；在這兩種狀態，光電檢測單元都可以通過晶閘管回報光脈沖對晶閘管工作狀態進行檢測，起到晶閘管預檢驗的作用；如有晶閘管損壞，上報到SVC監控單元；光電觸發單元對觸發脈沖進行丟脈沖保護；光電觸發單元在檢測到觸發脈沖丟失單向觸發超過一定數量的周波時，將向監控系統發出丟脈沖保護信號；光電檢測單元包括閥智能檢測模塊、光接收模塊和回報光纖。光電檢測單元包括6個閥檢測模塊，AB+、AB-、BC+、BC-、CA+、CA-光接收模塊和光纖。光電檢測單元與晶閘管閥組上高電位板的工作邏輯密切相關，TE板4脈沖觸發回報邏輯如下BOD回報在雙脈沖觸發之后，180°電壓過零點之前。TE板在BOD動作之后將回報一10us光脈沖信號；晶閘管負壓回報在180°電壓過零點之后，280°負壓建立結束之前；晶閘管在導通關斷后形成反向電壓，該電壓在大于80V時回報一10us光脈沖信號；第3回報脈沖在光電觸發單元發出第3觸發脈沖后回報的10us光脈沖；第4回報脈沖在光電觸發單元發出第4觸發脈沖后回報的10us光脈沖；光電檢測單元對BOD動作后的回報信號進行檢測，對晶閘管負壓回報信號進行檢測，還對三相正反上百個晶閘管閥組進行實時檢測，檢測其是否有BOD動作和晶閘管的工作狀態；光電檢測單元在電壓180°-280°之間檢測TE板是否有晶閘管負壓回報脈沖如沒有光脈沖反饋，說明晶閘管閥未建立80V以上的反向電壓，晶閘管已損壞；如有光脈沖反饋，則說明晶閘管閥已建立80V以上的反向電壓，晶閘管工作正常；光電檢測單元對每一周波的晶閘管負壓回報信號進行讀取，以檢測晶閘管的運行狀態；光電檢測單元在電壓30°-180°之間檢測TE板是否有BOD回報脈沖如沒有光脈沖反饋，說明晶閘管閥BOD未動作；如有光脈沖反饋，則說明晶閘管閥BOD動作一次；光電檢測單元對每一周波的晶閘管BOD回報信號進行讀取，以檢測晶閘管的BOD動作狀態；光電檢測單元對于BOD動作故障將通過485通訊線實時上報監控單元，485通訊采用分布式的通訊方式；光電檢測單元對于晶閘管故障也通過485通訊線實時上報監控系統，當2個以上的閥損毀時，將通過IO口上報緊急故障位，使TCR支路跳閘；光電檢測單元內對三相電壓同步方波信號進行檢測，如發現方波信號丟失，將上報監控系統，實現PT斷線檢測功能。
2.根據權利要求1所述的一種基于多模光纖的光電觸發與檢測系統，其特征在于靜止無功補償裝控制系統調節單元通過對被補償系統三相電壓、電流的計算，獲得晶閘管觸發相位，以窄單脈沖的形式發給光電觸發單元，分為AB+、AB-、BC+、BC-、CA+、CA-共6個觸發脈沖；正向觸發角在105°～165°之間，負向觸發角在285°～345°之間；晶閘管觸發角只有在這個范圍內為正常觸發。
3.根據權利要求1所述的一種基于多模光纖的光電觸發與檢測系統，其特征在于光電觸發單元根據系統三相電壓同步相位，對AB、BC、CA三相觸發脈沖形成三個觸發保護窗口，保護窗口角度分別為100°～170°和280°～350°。
4.根據權利要求1所述的一種基于多模光纖的光電觸發與檢測系統，其特征在于光電觸發單元接受三相9個電壓同步方波信號，每相方波對應的角度分別為0°～180°、100°～280°和-15°～165°，并依此形成105°～165°和290°～345°的觸發保護窗口。
5.根據權利要求1所述的一種基于多模光纖的光電觸發與檢測系統，其特征在于光電觸發單元中觸發邏輯模塊將調節單元發出的觸發脈沖按觸發邏輯轉換為4脈沖觸發邏輯，其觸發邏輯如下第1脈沖調節單元發出觸發脈沖轉換成雙脈沖；調節單元觸發單脈沖經一階數字濾波后，將其轉換為10us寬，間隔也為10us的雙脈沖；該脈沖標志晶閘管觸發導通角的起始位置；第2脈沖根據調節單元發出的0°～180°電壓同步信號形成的電壓過零點單脈沖，寬度10us；該脈沖標志晶閘管觸發導通角的中間位置；第3脈沖根據調節單元發出的100°～280°電壓同步信號形成的晶閘管負壓單脈沖，寬度10us；該脈沖標志晶閘管導通截止后形成反相負壓的最后位置；第4脈沖根據調節單元發出的0°～180°電壓同步信號形成的觸發完成單脈沖，寬度10us；該脈沖標志晶閘管觸發完成的最后位置。
6.根據權利要求1所述的一種基于多模光纖的光電觸發與檢測系統，其特征在于光電觸發單元在檢測到觸發脈沖丟失單向觸發超過5個周波時，將向監控系統發出丟脈沖保護信號。
全文摘要
一種基于多模光纖的光電觸發與檢測系統。包括光電觸發單元和光電檢測單元。光電觸發單元包括觸發邏輯模塊，AB相、BC相、CA相光驅動模塊和光纖。光電檢測單元包括6個閥檢測模塊，AB+、AB－、BC+、BC－、CA+、CA－光接收模塊和光纖。光電觸發單元和光電檢測單元具有自動編碼光脈沖觸發晶閘管，光脈沖回報智能檢測晶閘管運行狀態，電觸發丟脈沖檢測和PT斷線檢測，與上位機的主從式分布串行通訊等功能。該系統具有觸發可靠穩定、快速檢測晶閘管運行狀態、抗干擾能力強、可靠通訊的優點，可以很好的實現對晶閘管閥組的有效觸發和快速檢測。
文檔編號H03K17/968GK1767306SQ200510102658
公開日2006年5月3日 申請日期2005年9月13日 優先權日2005年9月13日
發明者趙剛, 湯廣福, 任孟干, 藍元良 申請人:中國電力科學研究院