一种新型的直流换流阀阀基电子设备
技术领域
本发明涉及电力系统的电力电子直流输电领域,具体涉及一种新型的直流换流阀阀基电子设备。
背景技术
阀基电子设备(VBE)是控制保护系统和换流阀的接口设备,主要用于完成阀的触发、监视和保护。每当控制保护系统下发阀的触发命令时,VBE就根据该命令触发换流阀。
在传统的设计中,每个阀的触发命令通过一根光纤传输至VBE,因此,12个阀至少需要12根光纤来完成触发命令的传输,若要校验VBE收到的命令是否正确,则还需另外12根光纤将校验信息反送回控制保护系统。考虑双冗余设计,触发命令的传输和校验共需48根光纤,因此,接口方式比较复杂。
在传统的设计中,VBE和GU之间采用单脉冲或脉冲宽度来表示不同的信息。这样的方式抗干扰能力较差,而且,能够表示的信息非常有限。
晶闸管耐受电压的能力受结温的影响较大,但是,在传统的设计中,保护触发的门槛值是一个固定数值。这样的设计无疑降低了保护的合理性;在某些情况下,晶闸管结温较高,实际电压耐受能力很低,但由于晶闸管电压尚未达到门槛值,保护触发拒动,晶闸管将可能被击穿;而在另外一些情况下,晶闸管结温较低,实际电压耐受能力较高,由于晶闸管电压已经达到了保护触发的门槛值,保护触发动作,最终可能导致直流输电系统整极停运。
直流输电工程对可靠性的要求非常高,因此,控制保护系统、阀基电子设备均采用双冗余设计。在传统的设计方案中,VBE和GU之间使用简单的触发编码实现通信。在传统的设计中,接到控制保护系统的触发命令后,VBE通常需要专门的接口单元来将触发命令信号在内部进行分配。
与其它同类设备相比,该阀基电子设备的主要创新点总结如下:
首先,在VBE内部加入了针对晶闸管结温的逻辑处理能力。这项设计使控制保护系统计算得到的结温能够实时地、正确地发送给对应的门极电子单元。这项功能将使门极电子单元及时得到晶闸管的结温信息,从而随温度自适应地调整保护性触发的动作阈值。
其次,采用异步串行编码的方式来完成控制保护系统和VBE之间、门极电子单元(GU)和VBE之间的通讯,单个数据处理通道的触发命令、结温值仅需要2根光纤来传输,这就大大降低了光纤数目,增加了控制保护系统和VBE之间单根光纤传输的信息量,也使通信信息的校验成为可能,大大增强了通讯功能的抗干扰能力,同时,增加了单根光纤所传输的信息量。
第三,本发明的VBE采用异步串行编码来完成VBE和GU之间的通信,这样,触发编码不仅可以表示晶闸管触发与否的信息,还可以表示晶闸管结温,回检编码则可以将晶闸管是否承受负压、晶闸管是否成功触发、各项保护性触发是否动作等详细信息返回VBE。串行的编码中还可以加入校验位,以便接收端对接收到的编码进行校验,将增加通讯的抗干扰能力。控制保护系统发送至VBE的触发命令及晶闸管结温编码如图4、5所示,VBE发送至GU的触发编码如图7所示,GU返回VBE的回检编码如图8所示。
最后,本发明在每个光控机箱中加入了中继元件,这就使触发命令和晶闸管结温能够通过链式结构在各光控机箱之间传输,如图6所示。这样的设计省略了专门的接口单元,简化了触发命令(及晶闸管结温)在VBE内部的传输过程。采用链式结构在各光控机箱之间传输控制保护系统下达的触发命令和晶闸管结温,这就使得控制保护系统发送的信息只要送至一个光控制机箱,就可以同时被其它光控机箱使用,简化了触发命令和晶闸管结温在VBE内部的传输过程。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点,提供一种新型的直流换流阀阀基电子设备(简称VBE),降低了设备中的光纤数目,增加了控制保护系统和VBE之间单根光纤传输的信息量,也使通信信息的校验成为可能,大大增强了通讯功能的抗干扰能力,简化了触发命令和晶闸管结温在VBE内部的传输过程。
本发明的一种直流换流阀阀基电子设备VBE,该设备应用于直流输电工程中,是位于主控制室内的控制保护系统与位于换流阀上的门极电子单元GU之间的接口部件,其特征在于,在阀基电子设备内部加入了针对晶闸管结温的逻辑处理能力,从而使得控制保护系统计算得到的结温能够实时地、正确地发送给对应的门极电子单元,并使门极电子单元GU及时得到晶闸管的结温信息,从而随温度自适应地调整保护性触发的动作阈值,所述晶闸管结温的逻辑处理能力通过VBE内部的“晶闸管结温锁存器”和“触发编码发生器”来实现,这两个硬件部件均采用大规模可编程逻辑门阵列(FPGA)来编程实现,VBE采用晶闸管结温锁存器接收控制保护系统下发的各个阀的晶闸管结温,并将这些晶闸管结温值由串行编码转化为对应的并行编码,然后锁存在该部件的输出信号线上,触发编码发生器根据阀编号来选择阀的晶闸管结温并行编码,并加入对应阀的触发命令信息,最终,汇总为新的异步串行编码,触发编码,发送至对应的阀上。
其中,阀基电子设备VBE和控制保护系统之间、阀基电子设备VBE和门极电子单元GU之间采用异步串行编码的通讯方式。
其中,所述阀基电子设备VBE接收控制保护系统下发的触发命令时,采用这样的编码格式,位1为起始位,固定为“1”;位2~13表示阀1至阀12是否需要触发导通,“1”表示触发,“0”表示不触发;位14为奇偶校验位。
其中,所述阀基电子设备VBE接收控制保护系统下发的晶闸管结温时,采用这样的编码格式,位1为起始位,固定为“1”;位2为阀1标志,“1”表示当前数值为阀1的晶闸管结温,“0”表示当前数值为阀2~12的晶闸管结温;位3~13为晶闸管结温值。
其中,所述阀基电子设备VBE向门极电子单元GU发送的触发编码共有12位,分别是位0~位11,起始位的宽度大于其它数据位,该位由一个固定宽度的脉冲表示,其它数据位以窄脉冲表示“0”,以宽脉冲表示“1”,位0表示触发命令,“1”为触发,“0”为不触发,位1~9为晶闸管结温编码,位10为奇偶校验位,位11为结束位。
其中,所述阀基电子设备VBE接收门极电子单元GU返回的回检编码共有11位,分别是位0~位10,起始位的宽度大于其它数据位,该位由一个固定宽度的脉冲表示,其它数据位以窄脉冲表示“0”,以宽脉冲表示“1”,位0表示晶闸管状态,“1”为导通,“0”为不导通,位1为保护性触发标志,“1”为动作,“0”为不动作,位2~8为晶闸管各种事件的状态编码,位9为奇偶校验位,位10为结束位。
其中,使用多个光控机箱来完成数据的传输和处理,按照直流输电工程规模的大小,机箱的个数在1~12之间灵活配置。
其中,在每个光控机箱中还具有中继元件,使触发命令和晶闸管结温能够通过链式结构在各光控机箱之间传输。
其中,所述光控机箱内配置有阀状态处理器和回检编码缓冲器,阀状态处理器读取回检编码缓冲器的各个存储单元,统计各项回检信息,若发现某阀出现异常情况,则向触发编码发生器发出保护性触发请求,要求触发编码发生器对该阀实施保护性触发,如有必要,向控制保护系统发出跳闸请求,阀状态处理器还将阀的各项信息汇总后通过现场总线发送至控制保护系统。
本发明的有益效果是:
1、根据晶闸管结温自适应地调整保护触发阈值,有效地提高保护触发的合理性,增强了换流阀的输电能力,提高了直流输电系统运行的安全性和稳定性。
2、VBE和控制保护系统之间、VBE和GU之间采用异步串行编码的通讯方式,通讯稳定可靠且能够承载大量信息。这种通讯方式可以加入校验位,因此,具有很强的抗干扰能力。同时,编码承载的信息远大于其它通信方式。
3、采用链式结构来在VBE内部传输控制保护系统下发的触发命令编码及晶闸管结温编码,这就省略了VBE与控制保护系统之间专用的接口设备。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1示出了本发明的VBE的构造;
图2示出了本发明的VBE的接口原理;
图3示出了本发明的光控机箱原理图;
图4示出了本发明的“触发命令”编码;
图5示出了本发明的“晶闸管结温”编码;
图6示出了本发明的控制保护系统下发编码的链式传输结构;
图7示出了本发明的触发编码;
图8示出了本发明的回检编码;
图9示出了本发明的回检信息存储方式。
具体实施方式
下面参照附图详细介绍本发明,本发明的设备构造如图1所示。
VBE内部包括6U和3U两个电源机箱及光控机箱等部件。其中,电源机箱用于为整套VBE设备提供工作电能。光控机箱是实现VBE核心数据处理功能的单元。光控机箱数目的多少可根据晶闸管阀规模的大小而变化,最多可配置12个。
VBE的接口原理如图2所示。
控制保护系统向VBE发送触发命令和晶闸管结温。VBE接到触发命令和结温后,经过相应的数据处理,组成触发编码,发送至阀上的门极电子单元。阀上的每个晶闸管配置一个门极电子单元,用于根据VBE的触发编码来触发晶闸管,监视晶闸管的工作情况,并以回检编码的形式返回VBE。VBE整理所有门极电子单元的回检编码,将阀的整体监视信息通过现场总线返回控制保护系统。另外,控制保护系统与VBE之间通过开关量来传输跳闸请求信号。
VBE的技术组成部分介绍如下。
VBE的核心功能由光控机箱完成,每个光控机箱的工作原理如图3所示。
VBE采用图4和图5的编码来接收控制保护系统发送来的触发命令和晶闸管结温。
在“触发命令”编码中,若某位为“1”,则该位将出现一个脉冲,若为“0”,则不出现脉冲。位1为起始位,固定为“1”;位2~13表示阀1至阀12是否需要触发导通,“1”表示触发,“0”表示不触发;位14为奇偶校验位。每当阀1至阀12的触发命令发生变化,该编码就由控制保护系统发送至VBE。
在“晶闸管结温”编码中,若某位为“1”,则该位将出现一个脉冲,若为“0”,则不出现脉冲。位1为起始位,固定为“1”;位2为阀1标志,“1”表示当前数值为阀1的晶闸管结温,“0”表示当前数值为阀2~12的晶闸管结温;位3~13为晶闸管结温值;位14为特殊作用位,具体作用视具体工程要求而定;位15为奇偶校验位。在正常运行情况下,晶闸管结温编码总是从阀1至阀12循环发送。
控制保护系统只需将这些数据直接发送给VBE的一个光控机箱,其它光控机箱可以依次转发,原理如图6所示。
光控机箱通过触发命令锁存器、晶闸管结温锁存器及触发编码发生器来产生发送至门极电子单元的触发编码。触发命令锁存器将触发命令编码由串行编码转化为对应于阀1~12触发与否的并行状态信号,并锁存。晶闸管结温锁存器将晶闸管结温由串行编码转化为对应于阀1~12晶闸管结温的并行编码,并锁存。触发编码发生器根据阀编号来选择相应的阀触发命令及晶闸管结温,转化为新的异步串行编码,触发编码,并发送至阀编号所对应的阀上。
门极电子单元位于晶闸管阀上,电磁环境非常恶劣。为提高抗干扰能力,VBE采用图7的触发编码来向阀上的门极电子单元发送触发命令及晶闸管结温信息。
在触发编码中,起始位的宽度大于其它数据位,该位由一个固定宽度的脉冲表示。其它数据位以窄脉冲表示“0”,以宽脉冲表示“1”。位0表示触发命令,“1”为触发,“0”为不触发。位1~9为晶闸管结温编码。位10为奇偶校验位,位11为结束位。
每个门极电子单元通过图8的回检编码来向VBE报告本级晶闸管的状态。
与触发编码相同,回检编码起始位的宽度大于其它数据位,该位由一个固定宽度的脉冲表示。其它数据位以窄脉冲表示“0”,以宽脉冲表示“1”。位0表示晶闸管状态,“1”为导通,“0”为不导通。位1位保护性触发标志,“1”为动作,“0”为不动作。位2~8为晶闸管各种事件的状态编码。位9为奇偶校验位。
光控机箱通过回检编码缓冲器和阀状态处理器来处理门极电子单元上报的回检信息。回检编码缓冲器接收各门极单元上报的回检编码,并将其存入内部的存储单元。存储方式如图9所示。
阀状态处理器读取回检编码缓冲器的各个存储单元,统计各项回检信息。若发现某阀出现异常情况,则向触发编码发生器发出保护性触发请求,要求触发编码发生器对该阀实施保护性触发,如有必要,向控制保护系统发出跳闸请求。此外,阀状态处理器还将阀的各项信息汇总后通过现场总线发送至控制保护系统。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的,而不是对本发明的范围的限制,本发明的范围由所附的权利要求定义。