CN106017733A - 一种模块化多电平换流阀温度在线监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种模块化多电平换流阀温度在线监测装置及方法，在模块化多电平换流阀的子模块散热器表面上安装温度传感器，子模块控制器采集温度传感器的温度数据，然后通过换流阀与阀控装置之间的通信介质将温度数据传输给阀控装置，阀控装置根据收集到的子模块温度数据进行温度保护处理，同时阀控装置向上层换流阀监控系统发送子模块温度数据，用于换流阀在线监测。本发明通用性和灵活性强，换流阀温度监测的准确度和精确度高；换流阀温度传输给阀控装置用于温度保护，提高了换流阀的安全性和可靠性；换流阀温度传输给上层换流阀监控系统，实现换流阀的温度在线监测，自动化程度高，广泛适用于采用模块化多电平换流阀的工程应用场合。

Description

一种模块化多电平换流阀温度在线监测装置及方法

技术领域

本发明属于模块化多电平换流阀状态监测领域，具体地说是一种模块化多电平换流阀温度在线监测装置及方法。

背景技术

模块化多电平换流阀通过模块化、标准化的子模块串联构成换流阀，易于系统扩展，是实现交\直和直\交变换的基本单元，模块化多电平拓扑结构使系统谐波含量少、开关损耗低，适用于柔性直流输电、静止无功补偿器STATCOM、高压变频器等应用场合。模块化多电平换流阀的子模块在运行过程中，全控型开关器件(如IGBT)会产生损耗，该损耗会造成子模块的开关器件温度上升，开关器件一般压装在散热器上实现强制冷却，开关器件对温度非常敏感，如果开关器件内部芯片温度超过允许的最高结温，则开关器件将极有可能发生损坏，所以模块化多电平换流阀的可靠散热是工程中研究的重点问题。在线监测模块化多电平换流阀运行时的实时温度，防止换流阀运行温度高于安全阈值，对提高模块化多电平换流阀的运行可靠性具有重要的意义。

目前，模块化多电平换流阀在工程中在线监测温度的主要方法为：(1)通过监测冷却系统进、出口冷却介质的温度间接推算换流阀的温度。该方法只能监测换流阀冷却介质的整体温度，不能监测模块化多电平换流阀中每个子模块的实时温度，而且，由于冷却介质传输路径长，通过推算得到的换流阀温度准确性不够，不能监测换流阀内局部区域的热点，特别是压装开关器件的散热器温度。(2)换流阀阀厅安装红外测温仪。该方法是在换流阀阀厅中安装可沿固定导轨移动的红外测温仪或工作人员手持红外测温仪进行换流阀表面温度的测量，红外测温仪会显示所测区域的表面温度分布图，从图中可观测所测换流阀局部表面区域的温度分布情况，该方法的缺陷是只能监测模块化多电平换流阀局部表面温度，无法检测换流阀内部开关器件散热器的温度，测量范围及深度不够，而且测量精确度受调焦及测量距离影响大、测量结果不能实时用于换流阀的温度保护，主要用作工作人员巡视用途。

随着模块化多电平换流阀向高压、大容量方向快速发展，换流阀功率等级不断提升，换流阀的温度在线监测尤为重要，而目前工程中现有的换流阀温度在线监测方法存在诸多局限，因此，迫切需要一种可靠的模块化多电平换流阀的温度在线监测方法，解决换流阀状态监测中的温度监测盲点。

发明内容

本发明的目的，在于克服现有技术存在的不足，提出一种模块化多电平换流阀温度在线监测装置及方法，本发明能够在线监测换流阀内子模块散热器的实时温度，用于换流阀的在线监测及保护，测量精度高，自动化程度高，广泛适用于采用模块化多电平换流阀的工程应用场合，具有较高的通用性和灵活性。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

本发明提供一种模块化多电平换流阀温度在线监测装置，所述装置包括温度传感器、换流阀子模块控制器、阀控装置、换流阀监控系统，所述温度传感器与换流阀子模块控制器相连接，所述换流阀子模块控制器与阀控装置相连接，所述阀控装置与换流阀监控系统相连接。

所述温度传感器为无源式温度传感器，温度传感器的输出线连接到子模块控制器的温度采样输入接口。

所述温度传感器安装在模块化多电平换流阀子模块散热器表面上，邻接开关器件安装，或者安装在开关器件的基板下方，用于提高换流阀温度测量的准确性和精确性。

所述温度传感器安装在模块化多电平换流阀的所有子模块中，或者安装在需要监控的部分子模块中。

所述换流阀子模块控制器与阀控装置之间通过通信介质或采用无线传输方式进行连接，所述阀控装置与换流阀监控系统通过光纤或网线进行连接。

本发明基于另一目的提供的一种模块化多电平换流阀温度在线监测方法，所述方法具体为：

A、温度传感器产生换流阀温度所对应的模拟量温度数据；

B、子模块控制器采集温度传感器的模拟量温度数据，并转换成数字量温度数据，然后通过换流阀子模块控制器与阀控装置之间的通信介质将数字量温度数据传输给阀控装置；

C、阀控装置收集子模块控制器发送的数字量温度数据，进行换流阀的温度保护处理，同时，将收集的数字量温度数据发送给换流阀监控系统；

D、换流阀监控系统收集阀控装置发送的数字量温度数据，进行在线监测。

本发明将温度传感器安装在位于高电位区域的换流阀内部，而阀控装置及换流阀监控系统位于就地操作的低电位区域，换流阀子模块控制器通过通信方式将子模块的温度数据传输给阀控装置，实现换流阀的温度保护，同时阀控装置将温度数据传输给换流阀监控系统，实现换流阀的温度在线监测，本发明所提模块化多电平换流阀在线监测装置及方法不影响换流阀原有功能及性能。

本发明的有益效果是：

本发明通用性和灵活性强，与目前工程中现有的换流阀温度在线监测方法相比，本发明将温度传感器安装到换流阀子模块的散热器表面，换流阀温度监测的准确度和精确度高；换流阀温度传输给阀控装置，用于换流阀的温度保护，提高了换流阀的安全性和可靠性；换流阀温度传输给位于低电位区的换流阀监控系统，实现换流阀的温度在线监测，提升了换流阀温度监测自动化程度，综合效益显著，广泛适用于采用模块化多电平换流阀的工程应用场合。

附图说明

图1是模块化多电平换流阀及典型子模块的拓扑结构示意图。

图2是本发明的装置结构示意图和原理示意图。

图3是实施例中温度传感器在模块化多电平换流阀上的安装位置示意图。

图中：1—模块化多电平换流阀拓扑结构 2—半桥型子模块 3—全桥型子模块 4—类全桥型子模块 5—子模块开关器件散热器 6—开关器件 7—温度传感器 8—子模块控制器 9—阀控装置 10—换流阀温度监控系统 11—模块化多电平换流阀 12—模块化多电平换流阀子模块

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

一种模块化多电平换流阀温度在线监测方法及装置，所述模块化多电平换流阀及典型子模块的拓扑结构如图1所示，模块化多电平换流阀使用低压开关器件实现高电压等级输出，不需要开关器件的直接串联，模块化多电平换流阀采用模块化设计，由若干个完全相同的子模块串联构成，如图1中标号1所示；所述子模块的典型拓扑结构有半桥型子模块(如图1中标号2所示)、全桥性子模块(如图1中标号3所示)、类全桥型子模块(如图1中标号4所示)。

本发明所述一种模块化多电平换流阀温度在线监测装置及方法的装置结构示意和原理示意如图2所示，所述一种模块化多电平换流阀温度在线监测装置包括安装在模块化多电平换流阀子模块散热器表面的温度传感器(标号7)、换流阀子模块控制器(标号8)、阀控装置(标号9)、换流阀监控系统(标号10)，所述换流阀子模块控制器与阀控装置相连接，所述阀控装置与换流阀监控系统相连接。

所述温度传感器为在具体实施例中采用的是无源式温度传感器，型号为PT100，其安装在子模块散热器(如图2中标号5所示)上邻接开关器件(如图2中标号6所示)的区域，或者安装在开关器件基板下方，用于提高换流阀温度测量的准确性和精确性。

所述温度传感器安装在模块化多电平换流阀的所有子模块中，或者安装在需要监控的部分子模块中。

所述温度传感器的输出线连接到子模块控制器的温度采样输入接口，子模块控制器将温度传感器的模拟量温度信号转换为数字量温度信号，再通过将数字量温度信号按照子模块控制器与阀控装置之间设定的通信协议传输给阀控装置，阀控装置通过设定的通信协议将数字量温度信号传输给换流阀监控系统。

实施例：

图3为所述一种模块化多电平换流阀温度在线监测方法及装置在200kV模块化多电平换流阀中的安装示意图，温度传感器安装在换流阀所有子模块的开关器件散热器上，能够直接精确测量子模块开关器件散热器的温度，子模块控制器采集温度传感器的温度信号后，将温度信号转换为数字量温度信号，通过换流阀与阀控之间的通信光纤将温度数据传输给阀控装置，阀控装置根据收集到的子模块温度数据进行温度保护处理，同时阀控装置向上层换流阀监控系统发送子模块温度数据，用于换流阀在线监测。相对于目前工程中现有的换流阀温度在线监测方法，采用本发明所提出的一种模块化多电平换流阀温度在线监测装置及方法准确度和精确性高、自动化程度高、安全系数更高。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模块化多电平换流阀温度在线监测装置，其特征在于：所述装置包括温度传感器、换流阀子模块控制器、阀控装置、换流阀监控系统，所述温度传感器与换流阀子模块控制器相连接，所述换流阀子模块控制器与阀控装置相连接，所述阀控装置与换流阀监控系统相连接。

2.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流阀温度在线监测装置，其特征在于：所述温度传感器为无源式温度传感器，温度传感器的输出线连接到子模块控制器的温度采样输入接口。

3.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流阀温度在线监测装置，其特征在于：所述温度传感器安装在模块化多电平换流阀子模块散热器表面上，邻接开关器件安装，或者安装在开关器件的基板下方，用于提高换流阀温度测量的准确性和精确性。

4.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流阀温度在线监测装置，其特征在于：所述温度传感器安装在模块化多电平换流阀的所有子模块中，或者安装在需要监控的部分子模块中。

5.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流阀温度在线监测装置，其特征在于：所述换流阀子模块控制器与阀控装置之间通过通信介质或采用无线传输方式进行连接，所述阀控装置与换流阀监控系统通过光纤或网线进行连接。

6.一种模块化多电平换流阀温度在线监测方法，用于权利1所述的模块化多电平换流阀温度在线监测装置，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

A、温度传感器产生换流阀温度所对应的模拟量温度数据；

B、子模块控制器采集温度传感器的模拟量温度数据，并转换成数字量温度数据，然后通过换流阀子模块控制器与阀控装置之间的通信介质将数字量温度数据传输给阀控装置；

C、阀控装置收集子模块控制器发送的数字量温度数据，进行换流阀的温度保护处理，同时，将收集的数字量温度数据发送给换流阀监控系统；

D、换流阀监控系统收集阀控装置发送的数字量温度数据，进行在线监测。