CN103941624A - 一种高压直流输电换流阀的vbe系统模拟运行及培训平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压直流输电换流阀的VBE系统模拟运行及培训平台，包括：换流阀仿真电路，用于模拟换流阀的实际工作情况；最小VBE系统，用于控制和监控所述换流阀发证电路中换流阀阀片的工作状态；监控系统，用于模拟最小VBE系统与极控系统之间的关键信号数据流，并读取最小VBE系统所反馈的信号。本发明通过模拟VBE系统的运行，并分析和总结VBE系统的各种状态表征，使新加入本领域的工作人员能够快速了解和全面掌握VBE系统。

Description

一种高压直流输电换流阀的VBE系统模拟运行及培训平台

技术领域

本发明涉及高压直流输电领域，具体涉及一种高压直流输电换流阀的VBE系统模拟运行及培训平台。

背景技术

高压直流输电是目前应用广泛且发展迅猛的电力工业领域，在国家跨区域远距离送电、区域电网互联中承担重要角色。高压直流输电的一种特殊方式是将高压直流输电的整流站和逆变站合并在一个换流站内，在同一处完成将交流变直流，再由直流变交流的换流过程，其整流和逆变的结构、交流侧的设施与高压直流输电完全一样，具有常规高压直流输电的最基本的优点，可实现异步联网，较好地实现不同交流电压的电网互联，将2个交流同步电网隔离，能有效地隔断各互联的交流同步网间的相互影响，限制短路电流，且联络线功率控制简单，调度管理方便。与常规直流输电比较，其优点更突出：没有直流线路，直流侧损耗小；直流侧可选择低压大电流运行方式，以降低换流变压器、换流阀等有关设备的绝缘水平，降低造价；直流侧谐波可全部控制在阀厅内，不会产生对通信设备的干扰；换流站不需要接地极，无需直流滤波器、直流避雷器、直流开关场、直流载波等直流设备，因而比常规的高压直流输电节省投资。

不难看出，换流站在高压直流输电中的重要性，换流站的极控系统和换流阀主电路在换流站中起重要作用，所以对VBE(valve base electronics，阀基电子设备)系统中各板卡的工作状况或者损坏与否等情况有必要随时做出判断；在不同工作环境下，或者是不同的使用需求时，VBE系统中各板卡所呈现的状态参数均不同，如何使新加入本领域的工作人员快速了解各种情况，使他们快速了解和全面掌握VBE系统是亟需解决的问题。但现有技术中，并没有一个很好的系统或者平台来让本领域人员快速获取上述能力。

综上所述，现有技术还存在一定的缺陷。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种高压直流输电换流阀的VBE系统模拟运行及培训平台，使新加入本领域的工作人员能够快速了解和全面掌握VBE系统。

为此本发明提供如下技术方案：

一种高压直流输电换流阀的VBE系统模拟运行及培训平台，包括：

换流阀仿真电路，用于模拟换流阀的实际工作情况；最小VBE系统，用于控制和监控所述换流阀仿真电路中换流阀阀片的工作状态；监控系统，用于模拟最小VBE系统与极控系统之间的关键信号数据流，并读取最小VBE系统所反馈的信号。

进一步的，所述换流阀仿真电路包括：

市电电源、开关、保险丝、调压器、RC(R为电阻的符号，C为电容的符号)阻尼电路、TVM(thyristor voltage monitor，阀电压监视)板、换流阀、负载，所述市电电源依次串联所述开关、保险丝、换流阀和负载构成通路；所述换流阀由4个阀片串联而成，每个阀片上均并联有一个RC阻尼电路和一块TVM板；所述调压器用于将市电电源的电压升高为实验电压，为换流阀仿真电路提供工作电压；所述RC阻尼电路用于限制阀片的电应力。

进一步的，所述最小VBE系统包括：

微控制板、光接收板、光发射板、RPU(Recovery protection unit,恢复期保护单元)板，所述微控制板用于与所述监控系统和其他板卡之间进行信号交互处理；所述微控制板向所述光发射板发送触发脉冲信号，所述光发射板将所述触发脉冲信号转换为光触发脉冲发送至所述换流阀内的阀片用以触发阀片，所述光发射板设置有两块，一块光发射板同时为2块阀片发射触发脉冲；所述光接收板用以接收所述TVM板所返回的TVM板回检信号，并将所述TVM板回检信号发送至所述微控制板，用以反馈所述阀片的状态；所述微控制板将阀片电流关断信号发送至所述RPU板，所述RPU板用以防止阀片因过压而损坏；所述微控制板、光接收板、光发射板、RPU板均将其各自的状态信号反馈至所述监控系统。

进一步的，所述TVM板回检信号包括：

2us脉冲，其表征阀片承受的负压；

6us脉冲，其表征阀片承受的正压；

12us脉冲，其表征阀片承受的过电压。

进一步的，所述监控系统包括：

单片机微控制板、USB数据采集卡、监控PG(program，程序或软件)，所述监控PG内设置有VBE程序调试软件，用于显示所述最小VBE系统内所反馈的信号，并依据实际需求发出改变关键极控模拟信号状态的指令；所述USB数据采集卡内设置有DSP(Digital Signalprocessor，数字信号处理器)编程芯片，用于读取最小VBE系统内所反馈的信号，并将所读取的信号上传至所述监控PG；所述单片机微控制板由单片机系统组成，用于接收所述监控PG的指令并输出相应的极控模拟信号，并根据实际需求对相应信号电平进行转换。

进一步的，所述极控模拟信号包括：FCS(fire control signal,触发控制信号)、CB_ON(circuit breaker on,断路器合闸)、CONV_DBLK(converter deblock,换流器解锁)、SYSTEM ACT(systemactive,系统有效)、UV(under voltage，低电压)、BYPPAS-ACT(bypassactive,旁通路有效)、SYSTEM PAS(system passive,系统无效)、SPARE(spare，备用)。

进一步的,所述USB数据采集卡所读取的最小VBE系统内的反馈信号包括：阀片电流关断信号、触发信号、负压信号、正压信号、FCS。

本发明通过设置换流阀仿真电路、最小VBE系统、监控系统三者的有机结合，模拟出了换流站的极控系统和换流阀主电路的工作状况，并通过监控PG、USB数据采集卡、微控制板、光发射板、光接收板、RPU板、RC阻尼电路、TVM板、换流阀阀片的设置，能够及时的显示VBE系统的各种状态表征，通过对各种状态表征就行分析和总结，可以对新加入本领域的工作人员进行有的放矢的培训，使他们能快速了解和全面掌握VBE系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的结构图；

图2是本发明实施例的具体接线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

实施例

如图1所示，本实施例提供的一种高压直流输电换流阀的VBE系统模拟运行及培训平台，包括：换流阀仿真电路，用于模拟换流阀的实际工作情况；最小VBE系统，用于控制和监控所述换流阀发证电路中换流阀阀片的工作状态；监控系统，用于模拟最小VBE系统与极控系统之间的关键信号数据流，并读取最小VBE系统所反馈的信号。

如图2所示，作为优选，所述换流阀仿真电路包括：

市电电源、开关、保险丝、调压器、RC阻尼电路、TVM板、换流阀、负载，所述市电电源依次串联所述开关、保险丝、换流阀和负载构成通路；所述换流阀由4个阀片串联而成，采用单相半波整流电路拓扑，具有进行整流或逆变的功能，即将交流转换为直流或将直流转换为交流，每个阀片均采用光触发；每个阀片上均并联有一个RC阻尼电路和一块TVM板；所述调压器用于将市电电源的电压升高为实验电压，为换流阀仿真电路提供工作电压；所述RC阻尼电路用于限制阀片的电应力，在阀片开通或关断过程中的均压起重要作用，作为优选，所述RC阻尼电路为一个电阻与一个电容串联。

需要说明的是，换流阀仿真电路的设计旨在模拟换流阀的实际工作情况，使VBE系统的控制与监测过程尽可能地接近实际，从而真实地反映VBE系统与换流阀之间的关键信号数据流，以便对VBE系统的各板卡进行测试。直流输电工程中换流阀采用6脉波整流电路，该电路是工作在三相电压输入的情况下。如果换流阀仿真电路的输入也采用三相电压，将大大增加该电路的复杂程度。经研究发现，当换流阀仿真电路拓扑采用单相半波整流电路时，电路输出及阀片工作波形与实际直流输电工程换流阀阀片的波形相似。因此换流阀仿真电路采用4个阀片串联的单相半波可控整流电路，用来模拟换流阀的实际工作情况。

作为优选，所述最小VBE系统包括：

微控制板、光接收板、光发射板、RPU板，所述微控制板用于与所述监控系统和其他板卡之间进行信号交互处理；所述微控制板向所述光发射板发送触发脉冲信号，所述光发射板将所述触发脉冲信号转换为光触发脉冲发送至所述换流阀内的阀片用以触发阀片，所述光发射板设置有两块，一块光发射板同时为2块阀片发射触发脉冲；所述光接收板用以接收所述TVM板所返回的TVM板回检信号，并将所述TVM板回检信号发送至所述微控制板，用以反馈所述阀片的状态；所述微控制板将阀片电流关断信号发送至所述RPU板，所述RPU板用以防止阀片因过压而损坏；所述微控制板、光接收板、光发射板、RPU板均将其各自的状态信号反馈至所述监控系统。

需要说明的是，所述微控制板送至RPU板的信号为阀片电流关断信号阀片电流关断信号，RPU板接收到所述阀片电流关断信号后将RPU使能光脉冲传送至换流阀仿真电路RPU单元，RPU使能光脉冲持续期间换流阀仿真电路RPU单元启动保护功能，用于防止阀片在反向恢复期内因过压而损坏。最小VBE系统启动时会自检各板卡是否正常，因此必须存在RPU板最小VBE系统才能工作，但是换流阀仿真电路上的RPU单元并不会传送信号至最小VBE系统，所以换流阀仿真电路RPU单元存在与否并不影响最小VBE系统的工作，同时换流阀仿真电路为低压环境，不存在过压情况，所以并不需要RPU单元，为了简化考虑测试系统中，本实施例中的换流阀仿真电路并未配置RPU单元。

作为优选，所述TVM板回检信号包括：2us脉冲，其表征阀片承受的负压；6us脉冲，其表征阀片承受的正压；12us脉冲，其表征阀片承受的过电压。需要说明的是，所述：2us脉冲、6us脉冲：12us脉冲均表示所述阀片的不同状态。

作为优选，所述监控系统包括：

单片机微控制板、USB数据采集卡、监控PG，所述监控PG内设置有VBE程序调试软件，用于显示所述最小VBE系统内所反馈的信号，并依据实际需求发出改变关键极控模拟信号状态的指令；所述USB数据采集卡内设置有DSP编程芯片，用于读取最小VBE系统内所反馈的信号，并将所读取的信号上传至所述监控PG；所述单片机微控制板由单片机系统组成，用于接收所述监控PG的指令并输出相应的极控模拟信号，并根据实际需求对相应信号电平进行转换。

作为优选，所述极控模拟信号包括：FCS、UV、CB_ON、CONV DBLK、BYPPAS-ACT、SYSTEM ACT、SYSTEM PAS、SPARE。

作为优选,所述USB数据采集卡所读取的最小VBE系统内的反馈信号包括：阀片电流关断信号、触发信号、负压信号、正压信号、FCS。

作为优选，为使本实施例更易理解，下面对本实施例的工作流程、工作状态等方面进行详细说明：

本实施例的工作流程如下：

首先，启动监控系统，在监控系统人机交互界面上(未图示)设置模拟极控信号的状态，包括：FCS、UV、CB_ON、CONV DBLK、BYPPAS-ACT、SYSTEM ACT、SYSTEM PAS、SPARE。其中FCS设置为其一个周期内高电平出现的初始电角度，其余均为设置电平高低；其次，合上最小VBE系统电源开关，合上换流阀仿真电路开关；然后，USB数据采集卡采集最小VBE系统上的数据，在监控系统人机交互界面上显示各信号波形，并提示故障所在板卡。

当监控PG显示系统发出正常的模拟极控信号，包括：SYSTEM ACT、CB_ON、FCS、CONV DBLK，无UV信号时，若光接收板接收到的TVM板回检信号不正常，如无正压或者负压脉冲，或者一个周期内多次出现，或者波形不是正常的脉冲信号，则代表VBE系统的光发射板处于不正常运行状态。

若RPU板无阀片电流关断信号，或者阀片电流关断信号一个周期内多次出现，或者波形不是正常的脉冲电平信号，且此时触发控制信号正常，则代表VBE系统的RPU板处于不正常运行状态。

若光发射板无触发脉冲信号，或者一个周期内多次出现，或者波形不是正常的电平信号，且此时触发控制信号正常，则代表VBE系统的光发射板处于不正常运行状态。

若微控制板无触发控制信号，或者一个周期内多次出现，或者波形不是正常电平信号，则代表VBE系统的微控制板处于不正常运行状态。

若所有反馈信号均正常，说明VBE系统正常工作。

当监控PG显示系统发出SYSTEM ACT、CB_ON信号，无FCS、CONV DBLK、UV信号，表明极控信号没有发出的触发控制信号且处于VBE系统闭锁光发射板状态。

当监控PG显示系统发出SYSTEM ACT、CB_ON、FCS信号，无CONV DBLK、UV信号，表明此时VBE系统处于闭锁光发射板状态。

全文所述各种信号中，对于正常板卡，一些典型模拟情况如下：

极控发出SYSTEM ACT、CB_ON信号，无FCS、CONV DBLK、UV，则两路TVM板回检信号有波形但不正常，触发控制信号、触发信号和阀片电流关断信号无波形。

极控发出SYSTEM ACT、CB_ON、FCS信号，无CONV DBLK、UV信号；则触发控制信号和两路TVM板回检信号有正常波形，其他信号无波形。

极控发出SYSTEM ACT、CB_ON、FCS、CONV DBLK信号，无UV信号，则触发控制信号、触发信号、两路TVM板回检信号和阀片电流关断信号均有正常波形，VBE系统正常工作。

其他信号的组合还有很多，在此不再赘述。

需要说明的是，所设置的参数主要是模拟极控信号的信号参数，其中FCS设置其一个周期内高电平出现的初始电角度，其余均为设置电平高低。

本发明通过设置换流阀仿真电路、最小VBE系统、监控系统三者的有机结合，模拟出了换流站的极控系统和换流阀主电路的工作状况，并通过监控PG、USB数据采集卡、微控制板、光发射板、光接收板、RPU板、RC阻尼电路、TVM板、换流阀阀片的设置，能够及时的显示VBE系统的各种状态表征，通过对各种状态表征就行分析和总结，可以对新加入本领域的工作人员进行有的放矢的培训，使他们能快速了解和全面掌握VBE系统。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种高压直流输电换流阀的VBE系统模拟运行及培训平台，其特征在于，包括：

换流阀仿真电路，用于模拟换流阀的实际工作情况；最小VBE系统，用于控制和监控所述换流阀仿真电路中换流阀阀片的工作状态；监控系统，用于模拟最小VBE系统与极控系统之间的关键信号数据流，并读取最小VBE系统所反馈的信号。

2.根据权利要求1所述的高压直流输电换流阀的VBE系统模拟运行及培训平台，其特征在于，所述换流阀仿真电路包括：

市电电源、开关、保险丝、调压器、RC阻尼电路、TVM板、换流阀、负载，所述市电电源依次串联所述开关、保险丝、换流阀和负载构成通路；所述换流阀由4个阀片串联而成，每个阀片上均并联有一个RC阻尼电路和一块TVM板；所述调压器用于将市电电源的电压升高为实验电压，为换流阀仿真电路提供工作电压；所述RC阻尼电路用于限制阀片的电应力。

3.根据权利要求2所述的高压直流输电换流阀的VBE系统模拟运行及培训平台，其特征在于，所述最小VBE系统包括：

微控制板、光接收板、光发射板、RPU板，所述微控制板用于与所述监控系统和其他板卡之间进行信号交互处理；所述微控制板向所述光发射板发送触发脉冲信号，所述光发射板将所述触发脉冲信号转换为光触发脉冲发送至所述换流阀内的阀片用以触发阀片，所述光发射板设置有两块，一块光发射板同时为2块阀片发射触发脉冲；所述光接收板用以接收所述TVM板所返回的TVM板回检信号，并将所述TVM板回检信号发送至所述微控制板，用以反馈所述阀片的状态；所述微控制板将阀片电流关断信号发送至所述RPU板，所述RPU板用以防止阀片因过压而损坏；所述微控制板、光接收板、光发射板、RPU板均将其各自的状态信号反馈至所述监控系统。

4.根据权利要求3所述的高压直流输电换流阀的VBE系统模拟运行及培训平台，其特征在于，所述TVM板回检信号包括：

2us脉冲，其表征阀片承受的负压；

6us脉冲，其表征阀片承受的正压；

12us脉冲，其表征阀片承受的过电压。

5.根据权利要求1所述的高压直流输电换流阀的VBE系统模拟运行及培训平台，其特征在于，所述监控系统包括：

单片机微控制板、USB数据采集卡、监控PG，所述监控PG内设置有VBE程序调试软件，用于显示所述最小VBE系统内所反馈的信号，并依据实际需求发出改变关键极控模拟信号状态的指令；所述USB数据采集卡内设置有DSP编程芯片，用于读取最小VBE系统内所反馈的信号，并将所读取的信号上传至所述监控PG；所述单片机微控制板由单片机系统组成，用于接收所述监控PG的指令并输出相应的极控模拟信号，并根据实际需求对相应信号电平进行转换。

6.根据权利要求5所述的高压直流输电换流阀的VBE系统模拟运行及培训平台，其特征在于，所述极控模拟信号包括：FCS、UV、CB_ON、CONV DBLK、BYPPAS-ACT、SYSTEM ACT、SYSTEM PAS、SPARE。

7.根据权利要求5所述的高压直流输电换流阀的VBE系统模拟运行及培训平台，其特征在于,所述USB数据采集卡所读取的做小VBE系统内的反馈信号包括：阀片电流关断信号、触发信号、负压信号、正压信号、FCS。