CN104037778A - 一种具有故障自动重启功能的链式svg装置 - Google Patents

Abstract

一种具有故障自动重启功能的链式SVG装置，包括主控制器模块、具有H桥电路的SVG功率模块、主开关、第一故障检测模块、故障排除模块以及状态确认模块；第一故障检测模块用于对电网及SVG装置的运行状态进行故障检测；当该主控制器模块检测到第一故障检测模块异常时，主控制器模块向SVG功率模块发送用于关断H桥电路的闭锁信号且驱动故障排除模块投入运行，直至检测到第一故障检测模块恢复正常；当主控制器模块检测到第一故障检测模块恢复正常时，主控制器模块向SVG功率模块发送用于启动H桥电路的闭锁解除信号。本发明可实现SVG装置在发生故障后自动重启，整个过程非常快速，且无需人工处理。

Description

一种具有故障自动重启功能的链式SVG装置

技术领域

本发明涉及一种链式SVG装置，具体涉及一种具有故障自动重启功能的链式SVG装置。

背景技术

链式SVG装置（静止无功发生器）是一种应用于3kV-35kV电压等级的动态无功补偿装置，其具有输出谐波小、运行损耗低、模块化程度高及响应速度快等优点，目前广泛应用于风电、煤矿、冶金及电网等领域，并且已经逐渐取代SVC装置成为最新一代高压动态无功补偿装置优选的技术方案。现有的链式SVG装置一般包括主开关、SVG功率模块以及主控制器等，其中，SVG功率模块由多个H桥功率单元组成，主控制器通过控制H桥功率单元内的驱动板调整H桥功率单元交流侧输出电压的相位和幅值，以实现动态无功补偿的目的。

然而，由于链式SVG装置集成了大量的电子芯片和微处理器，其容易受到高压大电流产生的电磁干扰，出现误报故障而停机的现象。而且，电网运行过程中由电源和负荷共同作用产生波动、闪变甚至短时失压均是难以避免的，现有的链式SVG装置的主控制器一旦检测到SVG装置或者电网，例如SVG装置过电流、不平衡，电网过压、欠压，频率、不平衡度超范围等不正常状态，主控制器都会发出主开关分闸信号，驱动主开关断开。当主开关断开后，SVG装置即从电网中切除，且SVG装置再次投入运行必须依赖于人为操作，因此关于SVG装置故障后快速自动重启的技术方案还缺乏研究。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种具有故障自动重启功能的链式SVG装置，可实现SVG装置在发生故障后自动重启，整个过程非常快速，且无需人工处理。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种具有故障自动重启功能的链式SVG装置，包括主控制器模块、具有H桥电路的SVG功率模块、主开关、第一故障检测模块、故障排除模块以及用于判断SVG装置内部状态是否正确的状态确认模块；所述主开关的进线侧用于连接至电网母线，其出线侧连接至SVG功率模块；所述主控制器模块用于控制SVG功率模块进行电压输出；所述主控制器模块分别与第一故障检测模块、故障排除模块和状态确认模块连接，当该主控制器模块检测到第一故障检测模块异常时，主控制器模块向SVG功率模块发送用于关断H桥电路的闭锁信号且驱动故障排除模块投入运行，直至该主控制器模块检测到第一故障检测模块恢复正常；当该主控制器模块检测到第一故障检测模块恢复正常时，主控制器模块向SVG功率模块发送用于启动H桥电路的闭锁解除信号。

优选地，所述第一故障检测模块包括过温故障检测单元、电网故障检测单元及SVG内部故障检测单元；所述故障排除模块包括散热风机、旁路开关和限流电阻，其中，该散热风机连接至主控制器模块，该旁路开关和限流电阻并联连接在主开关和SVG功率模块之间；当主控制器模块检测到过温故障检测单元异常时，该主控制器模块驱动散热风机工作；当主控制器模块检测到电网故障检测单元异常时，该主控制器模块驱动旁路开关断开；当主控制器模块检测到SVG内部故障检测单元异常时，该主控制器模块在维持时间T后重新对SVG内部故障检测单元进行检测，该时间T设置为500ms至1s。

优选地，SVG装置还包括一用于判断闭锁信号是否生效的闭锁检测模块，其包括一连接在旁路开关与SVG功率模块之间的电流传感器，该电流传感器连接至所述主控制器模块上的闭锁检测接口；当主控制器模块检测到该电流传感器上的电流下降或并稳定为零时，该主控制器模块判断闭锁信号生效并驱动故障排除模块投入运行；当主控制器模块检测到该电流传感器上的电流最终不为零时，该主控制器模块判断闭锁信号不生效并驱动主开关断开。

优选地，状态确认模块包括用于采集SVG功率模块内各H桥功率单元的直流电压信号的直流电压采集单元和用于采集电网电压信号的电网电压采集单元；所述主控制器模块包括MCU、直流电压平衡判断单元和锁相判断单元，该直流电压平衡判断单元通过直流电压采集单元采集的直流电压信号判断SVG装置是否处于直流电压平衡，该锁相判断单元通过电网电压采集单元采集的电网电压信号判断SVG装置是否锁相成功，当MCU检测到SVG装置处于直流电压平衡且SVG装置锁相成功时，该MCU 向SVG功率模块发送用于启动H桥电路的闭锁解除信号。

优选地，所述主控制器模块还包括重启计时存储单元和重启次数存储单元，重启计时存储单元用于存储SVG装置自重启后再次发生故障的时间，当该时间小于MCU的时间预设参考值时，该MCU驱动主开关断开；所述重启次数存储单元用于存储SVG装置的重启次数，当该重启次数大于MCU的次数预设参考值时，该MCU驱动主开关断开。

优选地，SVG装置还包括第二故障检测模块，当该主控制器模块检测到第二故障检测模块异常时，该主控制器模块驱动主开关断开，该第二故障检测模块包括电网电压过压速断检测单元、SVG电流过流速断检测单元和压板开关检测单元，其中电网电压过压速断检测单元用于检测电网电压过压速断保护是否正常，SVG电流过流速断检测单元用于检测SVG电流过流速断保护是否正常，压板开关检测单元用于检测压板开关是否处于断开状态。

优选地，所述主开关的输入端还设有一隔离开关。

与现有技术相比，本发明在检测到故障时，主控制器模块无需直接断开主开关，而是向SVG功率模块发送用于关断H桥电路的闭锁信号进入暂停状态，同时主控制器模块通过故障排除模块排除故障，并经状态确认模块确定SVG装置内部状态正确后向SVG功率模块发送用于启动H桥电路的闭锁解除信号，实现SVG装置在发生故障后自动重启，整个过程非常快速，无需人工处理。而且，本发明在检测到故障时，可相应采取不同的方式进行处理，且当故障来源于第二故障检测模块时，主控制器模块驱动主开关断开，SVG装置不会进行自动重启操作，对SVG装置的自动重启操作构成约束，以提高SVG装置可靠性。进一步地，主控制器模块还通过重启计时存储单元和重启次数存储单元分别对SVG装置自重启后再次发生故障的时间和SVG装置的重启次数进行约束，以进一步提高SVG装置可靠性、安全性。

附图说明

图1为本发明具有故障自动重启功能的链式SVG装置的较佳实施例的方框图；

图2为图1中SVG功率模块的三相拓扑结构图；

图3为图2中H桥功率单元的拓扑结构图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，以便于更清楚的理解本发明所要求保护的技术思想。

请参见图1，本发明涉及一种具有故障自动重启功能的链式SVG装置，其较佳实施方式包括主开关100、SVG功率模块200、主控制器模块300、闭锁检测模块400、第一故障检测模块500、第二故障检测模块600、故障排除模块700以及状态确认模块800。

主开关100的进线侧用于连接至电网母线，其出线侧连接至SVG功率模块，以构成由电网母线、主开关和SVG功率模块连接而成的SVG装置的主回路。主开关100优选为一断路器，且由该主控制器模块300控制该断路器的断开和闭合。当需要断开断路器时，该主控制器模块300向断路器发送分闸信号，此时，SVG装置的主回路断开，SVG装置即从电网中切除。具体地，在实际应用中，该主开关100的输入端还设有一隔离开关，并经该隔离开关通过开关柜连接至电网母线。

SVG功率模块200为换流链装置，其包括多个H桥功率单元210，用于根据该主控制器模块300的控制向电网输出电压，以实现动态无功补偿的目的，本领域技术人员也可根据现有技术得知其结构和原理。如图2所示，为图1中SVG功率模块的三相拓扑结构图，三相换流链的的末端直接相连成为中性点。如图3所示，为图2中H桥功率单元的拓扑结构图，其包括驱动板211、直流支撑电容212、放电电阻213和H桥电路214，直流支撑电容212与放电电阻213并联后与H桥电路214的直流侧相连。单相换流链的各H桥电路214的交流侧依次串联，且三个单相换流链的首端均通过一电抗器连接至主开关100的出线侧，三个单相换流链的末端直接相连成为中性点。该驱动板211通过光纤与该主控制器模块300连接，通过高压电线与直流支撑电容212连接，且通过屏蔽双绞线与H桥电路214连接，驱动板211用于根据该主控制器模块300的控制信号控制H桥电路214的工作状态，使H桥功率单元210向电网输出电压。

第一故障检测模块500用于对电网及SVG装置的运行状态进行故障检测并生成相应的故障信号发送至主控制器模块300，其包括过温故障检测单元510、电网故障检测单元520及SVG内部故障检测单元530。其中，过温故障检测单元510包括对H桥功率单元210过温故障的检测、对电抗器过温故障的检测等；电网故障检测单元520包括对电网频率超限、电网过压故障、电网欠压故障和电网不平衡等故障的检测；SVG内部故障检测单元530包括对SVG过流故障、光纤通讯故障、H桥功率单元过压以及H桥功率单元欠压等故障。需要说明的是，上述故障检测装置及方法均为现有的已知技术，本领域技术人员可根据现有技术找出其实现方案，此处不再赘述。

主控制器模块300分别与该第一故障检测模块500、该故障排除模块700和该状态确认模块800连接，当主控制器模块300检测到第一故障检测模块500异常时，（例如接收到来自第一故障检测模块500的故障信号的高电平），本SVG装置无需断开主开关，此时，主开关仍然处于闭合状态，同时该主控制器模块300向SVG功率模块200发送用于关断H桥电路214的闭锁信号，使SVG装置进入暂停状态。该闭锁检测模块400用于判断闭锁信号是否生效，其包括连接在SVG装置主回路上的电流传感器，该电流传感器连接至所述主控制模块上的闭锁检测接口。具体地，在闭锁信号生效时，SVG装置主回路上电流下降并稳定为零，因此，当该主控制器模块300通过电流传感器检测到主回路上的电流下降或并稳定为零时，该主控制器模块300判断闭锁信号生效并驱动故障排除模块投入运行；当主控制模块300检测到该电流传感器上的电流最终不为零时，该主控制器模块300判断闭锁信号不生效并驱动主开关100断开。

当该主控制器模块300通过上述电流传感器检测到闭锁信号生效时，该主控制器300基于该闭锁信号驱动故障排除模块700投入运行，直至该主控制器模块检测到第一故障检测模块恢复正常。具体地，故障排除模块700包括散热风机、旁路开关和限流电阻，其中，该散热风机连接至主控制器模块300，该旁路开关和限流电阻并联连接在主开关100和SVG功率模块200之间。

当主控制器模块300检测到过温故障检测单元510异常时，该主控制器模块300驱动散热风机工作，此时，保持散热风机运转以使装置逐渐冷却，在维持一段时间后，主控制器模块300对过温故障检测单元510重新检测，此维持时间可以设置为1min至10min。需要说明的是，上述检测过程可通过高低电平信号来实现，例如，当过温故障检测单元510异常时，主控制器模块300接收到一低电平信号，此时主控制器模块300即驱动散热风机工作，当过温故障检测单元510恢复正常时，主控制器模块300接收到一高电平信号，此时主控制器模块300则判断过温故障检测单元510正常并进行下一步操作。

当主控制器模块300检测到电网故障检测单元520异常时，该主控制器模块300驱动旁路开关断开，此时，旁路开关从闭合变成断开，限流电阻串联到SVG装置的主回路中，在维持一段时间后，主控制器模块300对电网故障检测单元520重新检测，此维持时间可以设置为1s至10s。

当主控制模块检测到SVG内部故障检测单元530异常时，该主控制器模块在维持时间T后重新对SVG内部故障检测单元530进行检测，该时间T设置为500ms至1s。

当该主控制器模块300检测到第一故障检测模块500恢复正常，主控制器模块300通过状态确认模块800判断SVG装置内部状态是否正确，该SVG装置内部状态包括SVG装置是否处于直流电压平衡且SVG装置是否锁相成功。具体地，状态确认模块800包括直流电压采集单元810和电网电压采集单元820，其中，直流电压采集单元810用于采集SVG功率模块200内各H桥功率单元210的直流电压信号，电网电压采集单元820用于采集电网电压信号。该主控制器模块300包括MCU、直流电压平衡判断单元310和锁相判断单元320。

该直流电压平衡判断单元310通过直流电压采集单元810采集的直流电压信号判断SVG装置是否处于直流电压平衡。在本实施例中，直流电压平衡判断单元310可采用一逻辑电路或者现有的多种直流电压平衡判断软件来判断SVG装置是否处于直流电压平衡，且当该SVG装置处于直流电压平衡时，直流电压平衡判断单元310向MCU发送高电平信号，具体地，直流电压采集单元810通过光纤从驱动板211采集各H桥功率单元210的直流电压信号，直流电压平衡判断单元310根据最大直流电压U_{dc_max}和最小直流电压U_{dc_min}之间的差值ΔU_dc是否小于预设值ΔU来向MCU输出高低电平，如果ΔU_dc 小于预设值ΔU，则认为SVG装置处于直流电压平衡，其中，该预设值ΔU为200V至400V。

该锁相判断单元320通过电网电压采集单元820采集的电网电压信号判断SVG装置是否锁相成功。在本实施例中，锁相判断单元320可采用PID锁相控制器来实现，当SVG装置锁相成功时，该PID锁相控制器向MCU发送高电平信号。在其他一些实施例中，锁相判断单元320也可采用现有的多种锁相判断软件来实现。

当MCU检测到SVG装置处于直流电压平衡且SVG装置锁相成功时，该MCU 向SVG功率模块200发送用于启动H桥电路214的闭锁解除信号，此时，SVG装置的主回路导通，实现SVG装置在发生故障后自动重启，整个过程非常快速，无需人工处理。

第二故障检测模块600包括电网电压过压速断检测单元610、SVG电流过流速断检测单元620和压板开关检测单元630，其中电网电压过压速断检测单元610用于检测电网电压过压速断保护是否正常，SVG电流过流速断检测单元620用于检测SVG电流过流速断保护是否正常，压板开关检测单元630用于检测压板开关是否处于断开状态。当该主控制器模块300检测到第二故障检测模块600异常时，该主控制器模块300驱动主开关100断开，因此，当故障来源于第二故障检测模块600时，主控制器模块300驱动主开关100断开，SVG装置不会进行自动重启操作，对SVG装置的自动重启操作构成约束，以提高SVG装置可靠性。需要说明的是，上述电网电压过压速断保护和SVG电流过流速断保护为预设在SVG装置中的功能保护装置。

作为优选，本实施例的主控制器模块300还包括均连接至MCU的重启计时存储单元330和重启次数存储单元340。重启计时存储单元330用于存储SVG装置自重启后再次发生故障的时间，当该时间小于MCU的时间预设参考值时，该MCU驱动主开关100断开。重启次数存储单元430用于存储SVG装置的重启次数，当该重启次数大于MCU的次数预设参考值时，该MCU驱动主开关100断开。本发明通过重启计时存储单元和重启次数存储单元分别对SVG装置自重启后再次发生故障的时间和SVG装置的重启次数进行约束，以进一步提高SVG装置可靠性、安全性。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有故障自动重启功能的链式SVG装置，其特征在于：包括主控制器模块、具有H桥电路的SVG功率模块、主开关、第一故障检测模块、故障排除模块以及用于判断SVG装置内部状态是否正确的状态确认模块；所述主开关的进线侧用于连接至电网母线，其出线侧连接至SVG功率模块；所述主控制器模块用于控制SVG功率模块进行电压输出；所述第一故障检测模块用于对电网及SVG装置的运行状态进行故障检测；所述主控制器模块分别与第一故障检测模块、故障排除模块和状态确认模块连接，当该主控制器模块检测到第一故障检测模块异常时，主控制器模块向SVG功率模块发送用于关断H桥电路的闭锁信号且驱动故障排除模块投入运行，直至该主控制器模块检测到第一故障检测模块恢复正常；当该主控制器模块检测到第一故障检测模块恢复正常时，主控制器模块向SVG功率模块发送用于启动H桥电路的闭锁解除信号。

2.如权利要求1所述的具有故障自动重启功能的链式SVG装置，其特征在于：所述第一故障检测模块包括过温故障检测单元、电网故障检测单元及SVG内部故障检测单元；所述故障排除模块包括散热风机、旁路开关和限流电阻，其中，该散热风机连接至主控制器模块，该旁路开关和限流电阻并联连接在主开关和SVG功率模块之间；当主控制器模块检测到过温故障检测单元异常时，该主控制器模块驱动散热风机工作；当主控制器模块检测到电网故障检测单元异常时，该主控制器模块驱动旁路开关断开；当主控制器模块检测到SVG内部故障检测单元异常时，该主控制器模块在维持时间T后重新对SVG内部故障检测单元进行检测，该时间T设置为500ms至1s。

3.如权利要求2所述的具有故障自动重启功能的链式SVG装置，其特征在于：SVG装置还包括一用于判断闭锁信号是否生效的闭锁检测模块，其包括一连接在旁路开关与SVG功率模块之间的电流传感器，该电流传感器连接至所述主控制器模块上的闭锁检测接口；当主控制器模块检测到该电流传感器上的电流下降或并稳定为零时，该主控制器模块判断闭锁信号生效并驱动故障排除模块投入运行；当主控制器模块检测到该电流传感器上的电流最终不为零时，该主控制器模块判断闭锁信号不生效并驱动主开关断开。

4.如权利要求1所述的具有故障自动重启功能的链式SVG装置，其特征在于：状态确认模块包括用于采集SVG功率模块内各H桥功率单元的直流电压信号的直流电压采集单元和用于采集电网电压信号的电网电压采集单元；所述主控制器模块包括MCU、直流电压平衡判断单元和锁相判断单元，该直流电压平衡判断单元通过直流电压采集单元采集的直流电压信号判断SVG装置是否处于直流电压平衡，该锁相判断单元通过电网电压采集单元采集的电网电压信号判断SVG装置是否锁相成功，当MCU检测到SVG装置处于直流电压平衡且SVG装置锁相成功时，该MCU 向SVG功率模块发送用于启动H桥电路的闭锁解除信号。

5.如权利要求4所述的具有故障自动重启功能的链式SVG装置，其特征在于：所述主控制器模块还包括重启计时存储单元和重启次数存储单元，重启计时存储单元用于存储SVG装置自重启后再次发生故障的时间，当该时间小于MCU的时间预设参考值时，该MCU驱动主开关断开；所述重启次数存储单元用于存储SVG装置的重启次数，当该重启次数大于MCU的次数预设参考值时，该MCU驱动主开关断开。

6.如权利要求1所述的具有故障自动重启功能的链式SVG装置，其特征在于： SVG装置还包括第二故障检测模块，当该主控制器模块检测到第二故障检测模块异常时，该主控制器模块驱动主开关断开，该第二故障检测模块包括电网电压过压速断检测单元、SVG电流过流速断检测单元和压板开关检测单元，其中电网电压过压速断检测单元用于检测电网电压过压速断保护是否正常，SVG电流过流速断检测单元用于检测SVG电流过流速断保护是否正常，压板开关检测单元用于检测压板开关是否处于断开状态。

7.如权利要求1所述的具有故障自动重启功能的链式SVG装置，其特征在于：所述主开关的输入端还设有一隔离开关。