CN103457590A - 光控晶闸管内置过压保护的检测方法及状态信号的生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光控晶闸管内置过压保护的检测方法及状态信号的生成装置，检测方法步骤为：1）当光控晶闸管承受正向电压时，对晶闸管的电压状态进行采集并稳定在稳压值内，整形后得到晶闸管状态信号，转化为光信号后发出；2）接收晶闸管的状态信号与触发控制信号进行相与并在检测脉冲的控制下生成过压检测结果；3）读取过压检测结果，判断过压保护是否动作；状态信号的生成装置包括：位于每个晶闸管级中光控晶闸管两端的第一检测电路、第二检测电路，分别检测两个光控晶闸管中对应的光控晶闸管的电压状态，输出晶闸管状态信号。本发明具有实现方法简单、检测结果精确、有利于延长光控晶闸管的使用寿命、方便进行判断的优点。

Description

光控晶闸管内置过压保护的检测方法及状态信号的生成装置

技术领域

本发明涉及晶闸管领域，尤其涉及一种光控晶闸管内置过压保护的检测方法及状态信号的生成装置。

背景技术

光控晶闸管相比普通晶闸管具有直接光触发、内置过压保护装置两大优点，从而减少了触发部分的功率消耗和外部引线，解决了触发时的电磁干扰等难题。自问世以来广泛应用于可靠性要求、工作电压等级更高的高压直流输电系统和工业变流领域。

在SVC（Static Var Compensator ，静止无功补偿装置）中采用多个光控晶闸管串联结构，在正常工作条件下，其内置的过压保护装置不会动作，当触发光纤损坏或其他原因导致不能触发某一个光控晶闸管时，这个晶闸管将承受过压的电压；当正向电压大于其内部的预设值后，强制触发光控晶闸管，以避免高压击穿。如果长期工作于该状态，容易减少光控晶闸管的使用寿命，因此有必要对光控晶闸管的过压保护功能进行监测，判断其是否动作。

普通晶闸管的过压保护通常是在外部上增加过压保护功能的电路，并在增加的电路上进行判断是否动作，光控晶闸管则在内部集成了过压保护功能，不需要增加额外的电路，因此普通晶闸管上判断过压保护是否动作的检测方法不适用于光控晶闸管。

中国专利申请CN 102820874A公开了一种用于光控晶闸管的触发电路，包括电源处理回路、光接收回路、检测回路、光发射回路、驱动回路、逻辑回路和激光管串，采用可编程逻辑器件实现多种检测和触发逻辑。该方案中光控晶闸管的触发电路只能检测电路本身电源故障和驱动回路故障，并不能判断光控晶闸管的过压保护是否发生。

中国专利申请CN101764410A公开了一种光控晶闸管阀组触发电路，包括光电隔离电路、脉冲电路1、脉冲电路2、合成电路、驱动电路。触发输入脉冲通过光电隔离电路，将光信号转换为电信号并经过隔离放大，同时通过脉冲电路1和脉冲电路2，输出整形后送入合成电路，变为一个强触发信号，通过光纤触发光控晶闸管。该方案只对触发电路本身进行故障检测，并不能判断光控晶闸管的过压保护是否发生。

中国专利申请CN 201584765U公开了一种光控水冷晶闸管监测保护电路，包括取能、采样电路、稳压电路、控制电路、脉冲电路、储能电路、驱动电路、激光发射头，晶闸管的两端连接取能、采样电路，取能、采样电路分别连接稳压电路与控制电路，稳压电路分别连接储能电路与控制电路，储能电路分别连接脉冲电路与驱动电路，脉冲电路还分别与控制电路与驱动电路连接，驱动电路连接激光发射头。该方案中没有对过压保护动作的检测进行说明。

综上所述，现有技术中普通晶闸管过压保护动作的检测方法不适用于光控晶闸管，而针对光控晶闸管仅仅是判断光控晶闸管是否击穿，或者是通过光纤发射器的发光来粗略判断光控晶闸管的好坏，而没有针对光控晶闸管的过压保护是否动作进行的检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、检测结果精确、有利于延长光控晶闸管使用寿命的光控晶闸管内置过压保护的检测方法；本发明进一步提供一种结构简单紧凑、方便进行判断的状态信号的生成装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种光控晶闸管内置过压保护动作的检测方法，步骤为：

（1）当光控晶闸管承受正向电压时，对晶闸管的电压状态进行采集并将电压稳定在晶闸管的标称稳压值内，对该电压状态信号进行整形后得到晶闸管的状态信号，转化为光信号后发送至控制系统；当光控晶闸管承受反向电压时，不进行操作；

（2）控制系统接收晶闸管的状态信号，将晶闸管的状态信号与控制系统的触发控制信号进行相与，得到相与后信号；在控制系统的触发信号的每个上升沿时刻生成一个检测脉冲，在检测脉冲的控制下由相与后信号生成过压检测结果；

（3）在每个工频周期时刻之后至下个检测脉冲到来之前读取过压检测结果，若为高电平时，判断过压保护已经动作，若为低电平时，判断过压保护尚未动作。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤（2）中生成过压检测结果的方法为：输入相与后信号，在检测脉冲到来时刻，过压检测结果取相与后信号电压且保持不变直到下个检测脉冲到来。

一种状态信号的生成装置，包括位于每个晶闸管级中光控晶闸管两端的第一检测电路、第二检测电路；所述第一检测电路一端与SVC晶闸管级中反并联的两个光控晶闸管的一端连接，另一端通过SVC晶闸管级中的静态均压电阻R2与所述第二检测电路连接；所述第二检测电路的另一端与SVC晶闸管级中反并联的两个光控晶闸管另一端相连；所述第一检测电路、第二检测电路分别检测两个反并联光控晶闸管中对应光控晶闸管的电压状态，输出晶闸管状态信号。

所述第一检测电路包括第一稳压管V1、第一分压电阻R3、第一施密特触发电路及第一光纤发射回路；所述第一稳压管V1与所述第一分压电阻R3并联；所述第一施密特触发电路的一端连接第一稳压管V1，另一端连接第一光纤发射回路；所述第一光纤发射回路另一端连接电源。

所述第二检测电路包括第二稳压管V3、第二分压电阻R6、第二施密特触发电路及第二光纤发射回路；所述第二稳压管V3与所述第二分压电阻R6并联；所述第二施密特触发电路的一端连接第二稳压管V3，另一端连接第二光纤发射回路；所述第二光纤发射回路另一端连接电源；所述第一稳压管V1与所述第二稳压管V3方向相反。

作为本发明装置的进一步改进：所述第一施密特触发电路包括第一电阻R4、第一电容C4及第一非门S1、第二非门S2；所述第一非门S1与第二非门S2串联，所述第一非门S1与第二非门S2的串联分别与第一电阻R4、第一电容C4并联；

作为本发明装置的进一步改进：所述第一光纤发射回路包括依次串联的第一三极管V2、第一光纤发射器T1及第三电阻R5。

作为本发明装置的进一步改进：所述第二施密特触发电路包括第二电阻R7、第二电容C6及第三非门S3、第四非门S4；所述第三非门S3与第四非门S4串联，所述第一非门S1与第二非门S2的串联分别与第二电阻R7、第二电容C6并联；

作为本发明装置的进一步改进：所述第二光纤发射回路包括依次串联的第二三极管V4、第二光纤发射器T2及第四电阻R8。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明通过将采集到的晶闸管的状态信号与触发信号相与得到的高电平来判断过压保护已经动作，实现方法简单且检测结果精确，能够实时检测过压保护的动作，有效的了解光控晶闸管的运行状况，有利于延长光控晶闸管的寿命；

（2）本发明通过设置两个检测电路分别检测SVC晶闸管级两个光控晶闸管的晶闸管状态，并通过稳压、整流后转化为光信号输出，结构简单紧凑同时经过检查电路得到的晶闸管状态信号便于进行后续的过压保护动作的判断。

附图说明

图1是本发明光控晶闸管内置过压保护的检测方法的流程示意图。

图2是本发明在具体实施例中正常触发时晶闸管状态信号的工作时序示意图。

图3是本发明在具体实施例中过压保护时的工作时序。

图4是本发明状态信号的生成装置的结构示意图。

图5是本发明在具体实施例中第一检测电路的结构示意图。

图6是本发明在具体实施例中第二检测电路的结构示意图。

图7是本发明在具体实施例中第一检测电路工作时序示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明光控晶闸管内置过压保护的检测方法，步骤为：

（1）当光控晶闸管承受正向电压时，对晶闸管的电压状态进行采集并将电压稳定在晶闸管的标称稳压值内，对该电压状态信号进行整形后得到晶闸管的状态信号，转化为光信号后发送至控制系统；当光控晶闸管承受反向电压时，不进行操作；

（2）控制系统接收晶闸管的状态信号，将晶闸管的状态信号与控制系统的触发控制信号进行相与，得到相与后信号；在控制系统的触发信号的每个上升沿时刻生成一个检测脉冲，在检测脉冲的控制下由相与后信号生成过压检测结果；

（3）在每个工频周期时刻之后至下个检测脉冲到来之前读取过压检测结果，若为高电平时，判断过压保护已经动作，若为低电平时，判断过压保护尚未动作。

步骤（2）中生成过压检测结果的方法为：输入相与后信号，在检测脉冲到来时刻，过压检测结果取相与后信号的电压且保持不变直到下个检测脉冲到来。

实际工作过程中，是由多个晶闸管级共同承担系统电压，如图2所示，本发明在具体实施例中正常触发时晶闸管状态信号的工作时序，当所有光控晶闸管正常触发导通时，控制系统的触发控制信号与晶闸管的状态信号没有交集，即状态信号的高低电平是交错分布的。

当某个光控晶闸管不能正常触发导通时，系统电压会直接加该光控晶闸管上，达到光控晶闸管内置的过压保护值后，强制其触发导通，保护晶闸管免于击穿。如图3所示，本发明在具体实施例中过压保护时的工作时序，晶闸管电压在t0- t1时刻高于晶闸管标称稳压值，而在t1-t2时刻由于出现不能正常触发导通，系统电压在t1-t2时刻直接加在光控晶闸管上而使得晶闸管电压也高于晶闸管标称稳压值，对该电压信号进行整形后得到的晶闸管状态信号在t0-t2时刻均保持高电平。本实施例中，在触发控制信号的上升沿延迟几个微秒后生成一个检测脉冲，将这个检测脉冲送入D触发器的脉冲端，将触发控制信号与晶闸管的状态信号相与产生的t1-t2时刻的高电平送入D触发器的D端，D触发器的输出即是过压检测结果。在每个工频周期的t3时刻之后，下个过压检测脉冲之前的时间内读取此高电平信号，即可检测出光控晶闸管内置过压保护已经动作，若读取为高电平，则判断过压保护已经动作，若读取为低电平，则判断过压保护尚未动作。

如图4所示，本发明在具体实施例中状态信号的生成装置结构，包括两个反并联的光控晶闸管第一光控晶闸管T1和第二光控晶闸管T2、由第五电阻R1和第三电容C1串联构成的动态均压回路、位于光控晶闸管两端的第一检测电路和第二检测电路以及连接在第一检测电路与第二检测电路之间的静态均压电阻R2。第一检测电路一端与SVC晶闸管级中反并联的两个光控晶闸管的一端连接，另一端通过SVC晶闸管级中的静态均压电阻R2与第二检测电路连接，第二检测电路的另一端与SVC晶闸管级中反并联的两个光控晶闸管另一端相连。第一检测电路、第二检测电路分别检测SVC晶闸级中两个反并联光控晶闸管中对应的光控晶闸管的电压状态，输出晶闸管状态信号至SVC的控制系统。

如图5所示，本发明在具体实施例中第一检测电路的结构，包括第一稳压管V1、第一分压电阻R3、第一施密特触发电路及第一光纤发射回路。第一稳压管V1与第一分压电阻R3并联，第一施密特触发电路的一端连接第一稳压管V1，另一端连接第一光纤发射回路；第一光纤发射回路另一端连接电源。第一施密特触发电路由第一电阻R4、第一电容C4及第一非门S1、第二非门S2构成，其中第一非门S1与第二非门S2串联，第一非门S1与第二非门S2的串联分别与第一电阻R4、第一电容C4并联。第一光纤发射回路由第一三极管V2、第一光纤发射器T1及第三电阻R5构成，第一三极管V2、第一光纤发射器T1及第三电阻R5依次串联。

如图6所示，本发明在具体实施例中第二检测电路的结构，包括第二稳压管V3、第二分压电阻R6、第二施密特触发电路及第二光纤发射回路。第二稳压管V3与第二分压电阻R6并联，第二施密特触发电路的一端连接第二稳压管V3，另一端连接第二光纤发射回路，第二光纤发射回路另一端连接电源。第二施密特触发电路由第二电阻R7、第二电容C6及第三非门S3、第四非门S4构成，其中第三非门S3与第四非门S4串联，第三非门S3与第四非门S4的串联分别与第二电阻R7、第二电容C6并联。第二光纤发射回路由第二三极管V4、第二光纤发射器T2及第四电阻R8构成，其中第二三极管V4、第二光纤发射器T2及第四电阻R8依次串联。

本实施例中，第一检测电路的的第一稳压管V1与第二检测电路的第二稳压管V3方向相反。由于当第一光控晶闸管T1导通时，第一检测电路工作，第二检测电路不工作，相应的第二光控晶闸管T2导通时，第一检测电路不工作，第二检测电路工作，因此由第一检测电路1与第一光控晶闸管T1对应，即第一检测电路检测第一光控晶闸管T1的状态，相应的第二光控晶闸管T2与第二检测电路对应，检测第二检测电路的状态。

当第一光控晶闸管T1承受正向电压时，第一检测电路工作，第二检测电路不工作。如图7所示，本发明在具体实施例中第一检测电路工作时序，第一检测电路的第一分压电阻R3与外部的静态均压电阻R2分担晶闸管级的电压，当第一分压电阻R3分担的电压超过第一稳压管V1的稳压值时，Uv1点的电压稳定在晶闸管标称稳压值内，Uv1点位于第一稳压管V1的负极；Uv1点的电压经过由第一电阻R4、第一电容C4及第一非门S1、第二非门S2构成施密特触发器后整形为方波信号Uv2，Uv2点位于施密特触发器的负极。方波信号Uv2通过第一光纤发射器T1、第一三极管V2、第三电阻R5组成的第一光纤发射回路转换为光信号，由光纤传输至控制系统进行接收。

当第二光控晶闸管T2承受正向电压时，第二检测电路工作，第一检测电路不工作，第二检测电路工作原理与第一检测电路原理相同。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种光控晶闸管内置过压保护的检测方法，其特征在于，步骤为：

（1）当光控晶闸管承受正向电压时，对晶闸管的电压状态进行采集并将电压稳定在晶闸管的标称稳压值内，对该电压状态信号进行整形后得到晶闸管的状态信号，转化为光信号后发送至控制系统；当光控晶闸管承受反向电压时，不进行操作；

（2）控制系统接收晶闸管的状态信号，将晶闸管的状态信号与控制系统的触发控制信号进行相与，得到相与后信号；在控制系统的触发信号的每个上升沿时刻生成一个检测脉冲，在检测脉冲的控制下由相与后信号生成过压检测结果；

（3）在每个工频周期时刻之后至下个检测脉冲到来之前读取过压检测结果，若为高电平时，判断过压保护已经动作；若为低电平时，判断过压保护尚未动作。

2.根据权利要求1所述的光控晶闸管内置过压保护的检测方法，其特征在于，所述步骤（2）中生成过压检测结果的方法为：输入相与后信号，在检测脉冲到来时刻，过压检测结果取相与后信号电压并保持不变直到下个检测脉冲到来。

3.一种采用上述权利要求1或2所述检测方法的状态信号的生成装置，其特征在于：包括位于每个晶闸管级中光控晶闸管两端的第一检测电路、第二检测电路；所述第一检测电路一端与SVC晶闸管级中反并联的两个光控晶闸管的一端连接，另一端通过SVC晶闸管级中的静态均压电阻R2与所述第二检测电路连接；所述第二检测电路的另一端与SVC晶闸管级中反并联的两个光控晶闸管另一端相连；所述第一检测电路检测、第二检测电路分别检测两个反并联光控晶闸管中对应光控晶闸管的电压状态，输出晶闸管状态信号；

所述第一检测电路包括第一稳压管V1、第一分压电阻R3、第一施密特触发电路及第一光纤发射回路；所述第一稳压管V1与所述第一分压电阻R3并联；所述第一施密特触发电路的一端连接第一稳压管V1，另一端连接第一光纤发射回路；所述第一光纤发射回路另一端连接电源；

所述第二检测电路包括第二稳压管V3、第二分压电阻R6、第二施密特触发电路及第二光纤发射回路；所述第二稳压管V3与所述第二分压电阻R6并联；所述第二施密特触发电路的一端连接第二稳压管V3，另一端连接第二光纤发射回路；所述第二光纤发射回路另一端连接电源；所述第一稳压管V1与所述第二稳压管V3方向相反。

4.根据权利要求3所述的状态信号的生成装置，其特征在于：所述第一施密特触发电路包括第一电阻R4、第一电容C4及第一非门S1、第二非门S2；所述第一非门S1与第二非门S2串联，所述第一非门S1与第二非门S2的串联分别与第一电阻R4、第一电容C4并联。

5.根据权利要求4所述的状态信号的生成装置，其特征在于：所述第一光纤发射回路包括依次串联的第一三极管V2、第一光纤发射器T1及第三电阻R5。

6.根据权利要求3所述的状态信号的生成装置，其特征在于：所述第二施密特触发电路包括第二电阻R7、第二电容C6及第三非门S3、第四非门S4；所述第三非门S3与第四非门S4串联，所述第一非门S1与第二非门S2的串联分别与第二电阻R7、第二电容C6并联。

7.根据权利要求6所述的状态信号的生成装置，其特征在于：所述第二光纤发射回路包括依次串联的第二三极管V4、第二光纤发射器T2及第四电阻R8。

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