CN103956914A - 一种用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器，包括光路切换单元、有源分光单元、有源分光备用单元、光纤自检单元和激光取能单元；光路切换单元将光纤通路从有源分光单元切换到有源分光备用单元，所述光纤自检单元对来自阀基电子设备的光纤进行监测，所述激光取能单元为有源分光器供电。本发明提供的用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器，通过在换流阀塔上使用有源分光器，可以将送往阀塔的触发信号光纤由每台换流阀的72根减少为4根，12脉动换流阀塔的光纤需求总量降低为912根，不到原数量的55％，可以非常有效地减少建造、维护、检修的工作量。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器。
背景技术
近年来，随着经济的高速发展和人们环保意识的提升，对于清洁能源的需求日益上升，新能源：风力发电场、光伏发电场大规模使用，这些新能源基地一般建设在西北偏远地区，远离主网，并且受气候影响很大，所提供的电能极不稳定，因此需要特高压输电通道将这些电能送到东部人口密集地区的主电网进行消纳，为此近年来我国建设了多条直流输电线路。
超/特高压直流输电工程的设备一般包括换流阀塔、VBE、控制保护系统、直流场设备等，其中换流阀塔和VBE负责实现交/直流的变换，是直流输电工程核心功率部件，换流阀使用光纤接收来自VBE的触发信号，并通过光纤将自身的状态回报给VBE，VBE汇集所有的光纤信号并负责与控制保护系统互连，从而令控制保护系统可以有效地控制换流阀塔进行包括移相触发、极性反转、投旁路等控制动作。
超/特高压直流输电技术一般采用晶闸管串联构成换流阀，12路换流阀构成12脉动高压整流器(逆变器)的方式进行交/直流的变换，以±800kV直流输电整流站为例，该站包括2极(+800kV及-800kV)共3456级晶闸管级，每级晶闸管需要2路光纤用于接收触发脉冲信号和回报晶闸管级状态，则总共需要6912根光纤用于VBE与换流阀塔的信号互联，光纤接线复杂而且容易出错，无论是建造、维护、维修的工作量都非常庞大。
同时，HVDC(高压直流输电)TTM(晶闸管控制单元)的取能是晶闸管控制单元的核心技术之一。晶闸管控制单元(TTM)工作在晶闸管级上的高电位，需要外界为晶闸管控制单元提供工作电源。目前，晶闸管控制单元的取能方式主要有两种：(1)高压侧取能、(2)低压侧送能。
高压侧取能是从动态均压阻尼回路引入电流，对储能电容充电，在经过电压变换得到所需的工作电压。这种方式虽然不存在高低电位隔离的问题，但是引入的电流较高，影响了晶闸管控制单元抗电磁干扰能力。而低压侧送能一般是通过电磁送能方式，电磁送能用低压侧的电源经过脉冲变压器隔离，经过晶闸管控制单元整流得到电源电压，再经过转换成工作所需的电压。而由于HVDC电压等级很高，脉冲变压器需要隔离阀体的高电位与低压侧电源的低电位，实现起来非常困难。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器，通过在换流阀塔上使用有源分光器，可以将送往阀塔的触发信号光纤由每台换流阀的72根减少为4根，12脉动换流阀塔的光纤需求总量降低为912根，不到原数量的55％，可以非常有效地减少建造、维护、检修的工作量。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器，所述有源分光器包括光路切换单元、有源分光单元、有源分光备用单元、光纤自检单元和激光取能单元；所述光路切换单元、有源分光单元、有源分光备用单元和光纤自检单元均与激光取能单元并联。
所述光路切换单元将光纤通路从有源分光单元切换到有源分光备用单元，所述光纤自检单元对来自阀基电子设备的光纤进行监测，所述激光取能单元为有源分光器供电。
所述有源分光单元和有源分光备用单元均包括光电转换单元和信号分光单元；所述光电转换单元将来自阀基电子设备的光信号转换为电信号，并将电信号发送给所述信号分光单元，所述信号分光单元将电信号转换为光信号，并将单路光信号分为N路光信号，通过光纤将N路光信号发送给换流阀。
通过有源分光单元的光纤发生断线或电路故障情况下，光路切换单元将光纤通路从有源分光单元切换到有源分光备用单元。
所述光纤自检单元不仅对来自阀基电子设备的光纤进行监测，同时对有源分光器内部电路进行监测。
所述光纤为高压光纤。
所述激光取能单元接收来自阀基电子设备的激光送能信号并进行光电转换，为有源分光器供电。
所述有源分光器安装在阀基电子设备和换流阀之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)可以有效地降低换流阀塔的光纤使用量，从而降低了换流站的建造、维护、检修工作量。
(2)引入了激光光纤取能单元，采用全光纤接口，具备优越的电磁兼容性，提高了换流设备整体的可靠性。
(3)有源分光器具备光纤自检功能并可以根据自检结果自动切换光路，分光器内自备冗余光路，具备故障下运行能力。
(4)有源分光器可将光纤自检和内部自检结果通过1路回报光纤回报给VBE，有利于运行人员掌握设备自身状态，可有效提高设备运行的透明性。
附图说明
图1是用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器结构框图；
图2是有源分光器与VBE和阀塔的光纤接线示意图；
图3是有源滤波器所接受的来自VBE的触发信号示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供了一种新型的用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器，是为实现减少VBE到换流阀塔的光纤数量而设计的，以±800kV直流输电单极12脉动换流器为例，有源分光器接收来自VBE的2根触发光纤信号并将其分为若干路独立的触发光纤信号给换流阀的晶闸管级，同时实现光纤自检和光纤激光取能的功能。由于实际高压直流输电主设备换流阀塔结构复杂，12脉动单极换流阀塔合计的晶闸管级达到上千级，每级需要两种光纤与VBE通讯，在使用本发明之前共约几千根光纤，接线复杂，不好维护，同时运行电压高达几百千伏，一旦发生光纤断线的情况必须全站停电才能维修。本发明的试验装置通过在阀塔上使用有源分光器，可以将送往阀塔的触发信号光纤大大减少，12脉动换流阀塔的光纤需求总量大大降低，不到原数量的55％，可以非常有效地减少建造、维护、检修的工作量。
如图1，本发明提供一种用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器，所述有源分光器包括光路切换单元、有源分光单元、有源分光备用单元、光纤自检单元和激光取能单元；所述光路切换单元、有源分光单元、有源分光备用单元和光纤自检单元均与激光取能单元并联。
所述光路切换单元将光纤通路从有源分光单元切换到有源分光备用单元，所述光纤自检单元对来自阀基电子设备的光纤进行监测，所述激光取能单元为有源分光器供电。
所述有源分光单元和有源分光备用单元均包括光电转换单元和信号分光单元；所述光电转换单元将来自阀基电子设备的光信号转换为电信号，并将电信号发送给所述信号分光单元，所述信号分光单元将电信号转换为光信号，并将单路光信号分为N路光信号，通过光纤将N路光信号发送给换流阀。
通过有源分光单元的光纤发生断线或电路故障情况下，光路切换单元将光纤通路从有源分光单元切换到有源分光备用单元。
所述光纤自检单元不仅对来自阀基电子设备的光纤进行监测，同时对有源分光器内部电路进行监测。
所述光纤为高压光纤。
所述激光取能单元接收来自阀基电子设备的激光送能信号并进行光电转换，为有源分光器供电。
如图2，所述有源分光器安装在阀基电子设备和换流阀之间。
有源滤波器所接受的来自VBE的触发信号(如图3)是由1MHz调制10kHz实现，在有触发脉冲时为10kHz，在没有触发脉冲时为1MHz，若发生光纤断线或过度折弯，则检测不到这两种信号。
本发明的实施例中的激光取能单元的输出功率为5W，由于一根常规高压通信光纤的传输功率最高可以达到1W，根据有源分光器需要的功率，当一根光纤传输功率不够时，可以通过多根光并联或使用特制的半径更高的光纤来传输以达到相应的功率。所述光纤的直径可以为62.5微米或100微米，激光波长为790～980nm，输送距离大于1km。所述光电功率转换单元转换电压范围为2～12VDC。当光电功率转换单元转换成的电压为2V时，转换效率为100％，输出功率可达到5W；当光功率转换成电功率单元转换成的电压为12V时，转换效率为45％，输出功率可达到1W。
本发明的实施例中的1路转72路信号单元由采用可编程逻辑器件编制相应的程序实现。
本发明的实施例中的分光器内部自检和光路切换是由可编程逻辑器件编制程序实现，本例中的VBE发来的触发信号为经过1MHz载波调制的10kHz信号，在没有触发信号时为1MHz信号，在有触发信号时为10kHz，在光纤断线时，分光器检测不到这两种信号因此可以判断光纤断线。
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 (8)
1.一种用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器，其特征在于：所述有源分光器包括光路切换单元、有源分光单元、有源分光备用单元、光纤自检单元和激光取能单元；所述光路切换单元、有源分光单元、有源分光备用单元和光纤自检单元均与激光取能单元并联。
2.根据权利要求1所述的用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器，其特征在于：所述光路切换单元将光纤通路从有源分光单元切换到有源分光备用单元，所述光纤自检单元对来自阀基电子设备的光纤进行监测，所述激光取能单元为有源分光器供电。
3.根据权利要求1所述的用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器，其特征在于：所述有源分光单元和有源分光备用单元均包括光电转换单元和信号分光单元；所述光电转换单元将来自阀基电子设备的光信号转换为电信号，并将电信号发送给所述信号分光单元，所述信号分光单元将电信号转换为光信号，并将单路光信号分为N路光信号，通过光纤将N路光信号发送给换流阀。
4.根据权利要求2所述的用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器，其特征在于：通过有源分光单元的光纤发生断线或电路故障情况下，光路切换单元将光纤通路从有源分光单元切换到有源分光备用单元。
5.根据权利要求1所述的用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器，其特征在于：所述光纤自检单元不仅对来自阀基电子设备的光纤进行监测，同时对有源分光器内部电路进行监测。
6.根据权利要求5所述的用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器，其特征在于：所述光纤为高压光纤。
7.根据权利要求1所述的用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器，其特征在于：所述激光取能单元接收来自阀基电子设备的激光送能信号并进行光电转换，为有源分光器供电。
8.根据权利要求1-7任一所述的用于高压直流输电换流阀塔的有源分光器，其特征在于：所述有源分光器安装在阀基电子设备和换流阀之间。
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