CN101860033A - 一种基于晶闸管投切电容器的光电触发装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于高压晶闸管投切电容器TSC的光电触发装置，该触发装置分别与高压晶闸管投切电容器和晶闸管阀串的触发板相连接实现，该触发装置包括触发逻辑板、光发射板和电容残压检测装置，触发逻辑板分别与光发射板和电容残压检测装置相连接。该光电触发装置以触发逻辑板上的逻辑处理单元作为逻辑运算核心，接收各种控制命令和角度信号，通过检测电容残压作为首次投入时刻的相位角度和阀串方向的判据，完成A、B、C三相各自的逻辑运算，层次清晰，逻辑简单明了，便于维护和后续的升级开发。

Description

一种基于晶闸管投切电容器的光电触发装置
技术领域
本发明属于电力系统控制器领域，具体涉及一种基于高压晶闸管投切电容器TSC的光电触发装置。
背景技术
目前，电力系统和工业系统中，投切电容器普遍采用的机械式的断路器或其他机械式设备完成，例如申请号为01276142.7的中国实用新型专利，其公开了一种高压电容器用多组循环投切开关，其虽然可以实现投切电容器补偿无功功率的目的，但存在着断路器使用寿命低，电容投切时冲击电流大等缺点。而电力电子设备普遍采用的的晶闸管阀基电子(VBE)装置主要应用于晶闸管控制电抗器装置中，例如申请号为200510102659.9的中国发明专利，其公开了一种分层分布式结构的静止无功补偿器监控平台，该监控平台可以很好的适用于电抗器的投切控制，但是当投切对象为电容时，由于负载特性的不同，其不能满足电容可靠投切的需要。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种层次清晰、逻辑简单明了、便于维护和升级开发的基于高压晶闸管投切电容器TSC的光电触发装置。
本发明的技术方案如下：
一种基于高压晶闸管投切电容器的光电触发装置，该触发装置分别与高压晶闸管投切电容器(TSC)和晶闸管阀串的触发板(TE板)相连接，其特征在于：该触发装置包括触发逻辑板、光发射板和电容残压检测装置，所述触发逻辑板分别与光发射板和电容残压检测装置相连接。
其中，所述触发逻辑板包括输入电路、逻辑处理单元和驱动电路，所述输入电路将接收到的信号传给逻辑处理单元，所述逻辑处理单元对信号进行逻辑运算后再发送给驱动电路进行缓冲驱动。
其中，所述输入电路包括TSC投退命令输入电路、电压同步信号输入电路、跳闸命令输入电路、闭锁命令输入电路和电容残压信号输入电路。
其中，所述逻辑处理单元采用三片复杂可编程逻辑器件CPLD。
其中，所述光发射板包括电光转换电路。
其中，所述触发逻辑板和光发射板均插接于机箱的背板上并通过背板上的印制线实现信号的传递。
其中，所述电容残压检测装置采用电压比较电路实时检测并联于电容两端的电阻电压。
本发明的有益效果在于：该光电触发装置以触发逻辑板上的逻辑处理单元(三片CPLD)作为逻辑运算核心，接收各种控制命令和角度信号，通过检测电容残压作为首次投入时刻的相位角度和阀串方向的判据，完成A、B、C三相各自的逻辑运算，层次清晰，逻辑简单明了，便于维护和后续的升级开发。
附图说明
图1是本发明所述光电触发装置的结构示意图；
图2是本发明所述光电触发装置首次投切的逻辑示意图；
图3是电容残压检测装置的逻辑示意图；
图4是电容残压信号输入电路原理图；
图5是跳闸命令、闭锁、TSC投退命令输入电路原理图；
图6是三相电压同步信号输入电路原理图；
图7是CPLD的电路原理图；
图8是驱动电路原理图；
图9是电光转换电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的光电触发装置做进一步详细的说明。
如图1所示，该光电触发装置包括触发逻辑板、光发射板和电容残压检测装置，分别插接于机箱背板上的触发逻辑板和光发射板通过背板上的印制线实现信号的传递，触发逻辑板与电容残压检测装置通过线缆连接。在使用时，需将该光电触发装置的光发射板与晶闸管阀串的触发板(TE板)通过光纤连接，将触发逻辑板与高压晶闸管投切电容通过光纤和线缆相连接。
触发逻辑板包括输入电路、逻辑处理单元和驱动电路，逻辑处理单元以采用三片CPLD为佳，输入电路包括处理同步电压角度信号的TSC投退命令输入电路、电压同步信号输入电路、跳闸命令输入电路、闭锁命令输入电路和电容残压信号输入电路。输入电路接收高压晶闸管投切电容器TSC发送的TSC投退命令、同步电压角度信号、跳闸命令、闭锁命令以及由电容残压检测装置发送的电容残压信号，然后将上述命令及信号发送至逻辑处理单元进行逻辑计算，再发送给驱动电路进行缓冲驱动后，驱动电路输出电脉冲信号到光发射板，通过光发射板上的电光转换电路完成电光转换，输出光脉冲信号。
本发明采用触发逻辑板和光发射板作为高压晶闸管投切电容装置的光电触发装置的主体，利用电容残压检测装置采集到的电容残压作为电容首次投切时刻的判据，光发射板与晶闸管阀串的触发板(TE板)采用光纤进行连接，完成在TE板上晶闸管阀的触发和阀电源阀状态的回报判断。触发逻辑板接收高压晶闸管投切电容调节单元发送的同步电压角度信号、TSC投退命令、跳闸命令、闭锁命令以及电容残压检测装置发送的电容残压信号，由三片CPLD组成的逻辑处理单元完成逻辑运算输出电脉冲到光发射板完成电光转换，通过光纤发送光脉冲信号到晶闸管阀的触发板(TE板)实现包括触发、阀电源召唤、阀状态召唤在内的不同逻辑功能。
如图2所示，逻辑处理单元接收经输入电路传来的TSC投退命令、同步电压角度信号、跳闸命令、闭锁命令以及电容残压检测装置发送的电容残压信号，完成A、B、C三相各自的逻辑运算，在所在相的不同角度输出脉冲群，实现相应功能。高压晶闸管投切电容光电触发装置的具体逻辑实现如下：光电触发单元发送TE板三脉冲表示触发，双脉冲表示阀电源召唤，单脉冲表示阀状态召唤，其中母线电压正向90°向正向阀发送双脉冲，负向90°向负向阀发送双脉冲，正向165°向正向阀发送单脉冲，负向165°向负向阀发送单脉冲，而三脉冲触发信号的角度位置首次与其后的则不同，首次三脉冲出现位置依据残压监测箱实时检测TSC所投切电容的电压而定，当电容电压大于2500V时，电容残压检测装置输出24V传给触发逻辑板，否则输出0V。触发逻辑板通过比较电路判断电容残压状态，当残压检测输入为高时，认定电容为正向残压状态，则首次三脉冲发送为负向阀母线电压180°，否则，认定电容为负向残压状态，则首次三脉冲发送为正向阀母线电压0°。其后的三脉冲触发命令，则遵循正向阀负相90°触发，负相阀正向90°触发的原则。触发逻辑板同时接收高压晶闸管投切电容器TSC中的调节单元发送的TSC投退命令、跳闸命令、闭锁命令，其中跳闸命令、闭锁命令具有最高的优先级，当至少其一有效(高电平)时，触发逻辑板只发送单脉冲、双脉冲，没有三脉冲触发信号，而当其均为低电平时，触发逻辑板发送脉冲参照TSC投退命令，当TSC投退命令有效时(高电平)，触发逻辑板发送单脉冲双脉冲三脉冲，且在TSC投退命令有效的首个母线电压周期内，区分三脉冲触发位置。
如图3所示，电容残压检测装置采用电压比较电路实时检测并联于电容两端的电阻电压，比例后即为电容电压，作为电容首次投切时刻的判定依据。当电容电压大于2500V时，电容残压检测装置输出24V，否则输出0V。
如图4所示为电容残压信号输入电路原理图，采用电压比较器芯片LM393完成电压比较的功能，设置门槛电压为3V，迟滞0.1V，防治波动。比较结果经光耦隔离及非门74LS04缓冲后形成三相电容残压信号VA、VB、VC传给图6中CPLD的引脚19，图4中只列出了A相电压的比较电路，B相、C相电路与此相同。电容残压检测装置实时检测电容残压，电容残压高于2500V时，输出信号24V，否则，输出信号0V。
如图5所示，跳闸信号TZ和闭锁信号BS经光耦隔离后，采用阻容进行滤波，然后通过非门74LS04驱动整形后传给图6中CPLD的引脚9(TZR)和引脚8(BSR)。TSC投退信号(即TSC触发信号)通过光纤输入，经光纤接收器HFBR-2412将光脉冲信号转换成电脉冲信号后，通过非门74LS04驱动整形后输出信号Trigger1、Trigger2传给图6中CPLD的引脚4(Trigger1)和引脚6(Trigger2)。
如图6所示为三相电压0°信号的同步方波信号输入电路原理图，0°信号经过光耦隔离和非门74LS04缓冲后传给图6中CPLD的引脚15(UAFR)、引脚17(UAHR)和引脚2(UAMR)。三相电压90°信号和165°信号的同步方波信号输入电路图与图6所示相同。
如图7所示为逻辑处理单元的电路原理图，逻辑处理单元采用三片CPLD实现A、B、C三相各自的逻辑运算，该图仅列出了A相的电路图，其余B、C两相的电路原理与A相的电路原理相同。CPLD根据采集到的各种信号：包括跳闸信号、闭锁信号、TSC投退信号、三相电压0°信号、三相电压90°信号、三相电压165°信号、三相电容残压信号，完成触发和状态召唤的逻辑运算。
如图8所示为逻辑处理单元完成逻辑运算后输出的电脉冲信号的驱动电路，由于信号通过背板上的印制线进行连接，采用了三态缓冲器74LS126进行驱动，并通过阻容进行滤波处理。
如图9所示为电脉冲信号的电光转换电路，电脉冲信号先经与非门HCF40107驱动，再通过光纤发送器HFBR-1414进行电光转换后形成光脉冲信号。HFBR-1414与HCF40107的个数决定了光脉冲信号的输出路数。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于高压晶闸管投切电容器的光电触发装置，该触发装置分别与高压晶闸管投切电容器和晶闸管阀串的触发板相连接，其特征在于：该触发装置包括触发逻辑板、光发射板和电容残压检测装置，所述触发逻辑板分别与光发射板和电容残压检测装置相连接。
2.如权利要求1所述的光电触发装置，其特征在于：所述触发逻辑板包括输入电路、逻辑处理单元和驱动电路，所述输入电路将接收到的信号传给逻辑处理单元，所述逻辑处理单元对信号进行逻辑运算后再发送给驱动电路进行缓冲驱动。
3.如权利要求2所述的光电触发装置，其特征在于：所述输入电路包括TSC投退命令输入电路、电压同步信号输入电路、跳闸命令输入电路、闭锁命令输入电路和电容残压信号输入电路。
4.如权利要求2所述的光电触发装置，其特征在于：所述逻辑处理单元采用三片复杂可编程逻辑器件CPLD。
5.如权利要求1所述的光电触发装置，其特征在于：所述光发射板包括电光转换电路。
6.如权利要求1所述的光电触发装置，其特征在于：所述触发逻辑板和光发射板均插接于机箱的背板上并通过背板上的印制线实现信号的传递。
7.如权利要求1所述的光电触发装置，其特征在于：所述电容残压检测装置采用电压比较电路实时检测并联于电容两端的电阻电压。
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