CN107390006B - 一种光控换流阀晶闸管电压监测单元 - Google Patents

一种光控换流阀晶闸管电压监测单元 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种光控换流阀晶闸管电压监测单元，包括主电路板TVM‑1、附属子电路板TVM‑2，以及两板卡间的屏蔽连接线，所述TVM‑1通过光纤连接换流阀控制系统，应用复杂可编程逻辑器件技术，负责实现晶闸管电压检测，回报信号生成及逻辑判别，光电转换，以及电路取能等功能；所述TVM‑2则可根据应用需求，灵活选配，负责配合TVM‑1，实现晶闸管反向恢复期的电压变化率检测，该晶闸管电压监测单元功能丰富、应用灵活、使用可靠，且检测精度高，回报信号一致性好。

Description

一种光控换流阀晶闸管电压监测单元
技术领域
本发明属于高压直流输电工程技术领域，涉及一种光控换流阀晶闸管电压监测单元。
背景技术
晶闸管电压监测单元(thyristor voltage monitoring,TVM)是光控换流阀设备核心部件，主要用于检测晶闸管级电压，并通过光纤适时回报电压监测信号，以配合换流阀控制系统，实现晶闸管元件的触发、监测与保护。
现有TVM产品功能简单，仅具有正、负向电压建立以及正向过电压检测功能，未集成反向恢复期内的正向电压变化率dv/dt检测功能。此外，现有TVM功能均由模拟电路实现，其回报信号脉宽由内部RC计时电路控制，易受温度、计时电容元件性能，以及换流阀工况影响，检测精度和回报信号一致性较差。同时，现有TVM产品将大功率直流均压电阻置于板卡内部，工作时电阻温度较高，存在一定的安全隐患。
基于上述原因，本发明应用复杂可编程逻辑器件(complex programmable logicdevice，CPLD)技术，设计了一种用于光控换流阀的晶闸管电压监测单元。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型晶闸管电压监测单元，以解决现有产品无反向恢复期dv/dt检测功能，检测精度低，回报信号一致性差，以及直流均压电阻温升高等不足。
为实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：
一种光控换流阀晶闸管电压监测单元，监测单元安装于换流阀组件内晶闸管元件两端，监测单元包括主电路板、附属子电路板以及连接在主电路板和附属子电路板间传递晶闸管正向电压变化率的检测信号的屏蔽连接线；
所述主电路板采用CPLD技术，包括CPLD逻辑模块、电压检测模块、时钟晶振模块、光发射模块和电源模块；所述主电路板通过光纤与换流阀控制系统相连接，负责实现正、负向电压和正向过电压检测，逻辑判别，回报信号生成，光电转换，以及电路取能功能；主电路板中X3端口连接附属子电路板，用以接收晶闸管反向恢复期中的电压变化率检测信号，X4端口经直流均压电阻连接晶闸管阳极用以监测晶闸管电压，X5端口经阻尼电容和阻尼电阻连接晶闸管阳极为主电路板和附属子电路板取能，X6端口连接于晶闸管阴极；
所述附属子电路板包括dv/dt检测模块，负责配合主电路板实现晶闸管反向恢复期的正向电压变化率检测；附属子电路板中X1端口连接于晶闸管阳极，X2端口经屏蔽连接线连接于主电路板。
进一步，所述屏蔽连接线采用同轴电缆。
进一步，主电路板中电压检测模块由电压比较器及附属电路构成，实现晶闸管电压检测。
进一步，CPLD逻辑模块由CPLD芯片和JTAG接口组成，用以进行检测信号的逻辑判别，并生成相应回报信号。
进一步，电源模块由储能电容、电压转换及稳压电路组成。
进一步，光发射模块由发光二极管和控制电路组成，用以实现回报信号的光电转换功能。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明的光控换流阀晶闸管电压监测单元，除具备常规正、负向电压建立以及正向过电压检测功能外，增加了晶闸管反向恢复期的正向电压变化率检测功能。产品设置有CPLD逻辑模块，可通过CPLD芯片的在系统编程功能，实现各类回报信号脉宽，以及晶闸管反向恢复期检测窗口时间的便捷调整。此外，与现有晶闸管电压监测单元不同，该产品由电压比较器完成电压检测，并由CPLD逻辑单元根据晶振时钟信号，进行回报信号的脉宽控制，其检测精度高，回报信号一致性好。
本发明提出的晶闸管电压监测单元，具有以下技术特点：
所述晶闸管电压监测单元由主电路板TVM-1和附属子电路板TVM-2构成。其中，附属子电路板TVM-2可根据需求，灵活配置。TVM-2与主电路板TVM-1配合，可实现晶闸管反向恢复期的正电压变化率检测。
所述晶闸管电压监测单元应用CPLD技术，其回报信号包括：正、负电压建立、正向过电压保护，以及反向恢复期保护信号。各类信号脉宽均可通过CPLD芯片进行编程修改。与现有产品相比，检测精度高，回报信号一致性好，且修改方便，应用灵活。
所述晶闸管电压监测单元，将直流均压电阻移至板卡外部，避免了因电阻功率大、温度高所导致的安全隐患。
附图说明
图1是晶闸管电压监测单元的电路结构示意图。
图2是晶闸管电压监测单元的工作时序示意图。
图中，TVM-1为主电路板，TVM-2是附属子电路板，RS为阻尼电阻，CS为阻尼电容，RDC为直流均压电阻，X1～X6为板卡连接端口，trp为晶闸管反向恢复期的窗口时间。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本机构作进一步的详细描述：
请参阅图1，一种光控换流阀晶闸管电压监测单元，安装于换流阀组件内晶闸管元件两端，包括：主电路板TVM-1、附属子电路板TVM-2，以及两块板卡间的屏蔽连接线。所述屏蔽连接线采用同轴电缆，用于连接主电路板TVM-1和附属子电路板TVM-2，传递晶闸管正向电压变化率的检测信号。
请参阅图1，主电路板TVM-1通过光纤与换流阀控制系统相连接，负责实现正、负向电压和正向过电压检测，逻辑判别，回报信号生成，光电转换，以及电路取能等功能。其特征在于：所述主电路板TVM-1采用CPLD技术，通过光纤与换流阀控制系统相连接，负责实现正、负向电压和正向过电压检测，逻辑判别，回报信号生成，光电转换，以及电路取能等功能，主要包括CPLD逻辑模块、电压检测模块、时钟晶振模块、光发射模块、电源模块。
主电路板TVM-1中X3端口连接附属子电路板TVM-2，用以接收晶闸管反向恢复期中的电压变化率检测信号；X4端口经直流均压电阻RDC，连接晶闸管阳极，用以实现晶闸管电压监测功能；X5端口经为阻尼电容CS和阻尼电阻RS，连接晶闸管阳极，用以板卡取能；X6端口连接于晶闸管阴极。
其中，电压检测模块由电压比较器及附属电路构成，实现晶闸管电压检测功能；CPLD逻辑模块主要由CPLD芯片和JTAG接口组成，用以进行检测信号的逻辑判别，并生成相应回报信号；高精度有源晶振为CPLD逻辑模块提供时钟信号；光发射模块由发光二极管和控制电路组成，用以实现回报信号的光电转换功能；而电源模块则主要由储能电容、电压转换及稳压电路组成，为板卡提供稳定的直流工作电压。
请参阅图1，TVM-2内部包括由高压电容和电阻构成的dv/dt检测模块，用以检测晶闸管两端的电压变化率，配合主电路板TVM-1，实现晶闸管反向恢复期中的dv/dt检测功能。附属子电路板TVM-2中X1端口连接于晶闸管阳极，X2端口经屏蔽连接线连接于主电路板TVM-1。
请参阅图2，一种光控换流阀晶闸管电压监测单元，用于检测晶闸管两端电压，并适时回报检测信号。当晶闸管电压正向过零，电压超过预设检测定值时，TVM板向阀控VBE系统回报正电压建立信号，此后VBE系统将根据极控系统命令，触发导通晶闸管。若晶闸管触发失败，其两端电压持续升高，当超过预设保护值时，TVM板向阀控VBE系统回报正向过电压保护信号。当晶闸管元件关断，两端电压负向过零，电压超过预设检测值时，TVM板向阀控VBE系统回报负电压建立信号。此后，晶闸管元件需要一定时间，恢复其正向电压阻断能力，TVM板将在产生负电压建立信号后，开启反向恢复期保护窗口trp，在此期间若晶闸管受到超过100V/μs的正向电压冲击，则TVM板将向VBE系统回报反向恢复期保护信号。阀控VBE系统根据信号脉宽，区分和辨识不同回报信号。晶闸管电压监测单元可通过CPLD芯片中的在系统编程功能，实现各类回报信号脉宽及晶闸管反向恢复期检测窗口时间trp的便捷调整。通常，反向恢复期保护信号脉宽设定为2～3μs，负电压建立信号脉宽设定为4～5μs，正电压建立信号脉宽设定为6～8μs，正向过电压保护信号设定为12～15μs，而反向恢复期检测窗口时间trp则可根据晶闸管元件特能的不同，在500μs到1500μs范围内灵活选取。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所述领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种光控换流阀晶闸管电压监测单元，其特征在于：监测单元安装于换流阀组件内晶闸管元件两端，监测单元包括主电路板(TVM-1)、附属子电路板(TVM-2)以及连接在主电路板(TVM-1)和附属子电路板(TVM-2)间传递晶闸管正向电压变化率的检测信号的屏蔽连接线；
所述主电路板(TVM-1)采用CPLD技术，包括CPLD逻辑模块、电压检测模块、时钟晶振模块、光发射模块和电源模块；所述主电路板(TVM-1)通过光纤与换流阀控制系统相连接，负责实现正、负向电压和正向过电压检测，逻辑判别，回报信号生成，光电转换，以及电路取能功能；通过CPLD逻辑模块的在系统编程功能，实现回报信号脉宽和晶闸管反向恢复期检测窗口时间的调整；主电路板(TVM-1)中X3端口连接附属子电路板(TVM-2)，用以接收晶闸管反向恢复期中的电压变化率检测信号，X4端口经直流均压电阻(RDC)连接晶闸管阳极用以监测晶闸管电压，X5端口经阻尼电容(CS)和阻尼电阻(RS)连接晶闸管阳极为主电路板(TVM-1)和附属子电路板(TVM-2)取能，X6端口连接于晶闸管阴极；
所述附属子电路板(TVM-2)包括dv/dt检测模块，负责配合主电路板(TVM-1)实现晶闸管反向恢复期的正向电压变化率检测；附属子电路板(TVM-2)中X1端口连接于晶闸管阳极，X2端口经屏蔽连接线连接于主电路板(TVM-1)。
2.根据权利要求1所述的光控换流阀晶闸管电压监测单元，其特征在于：所述屏蔽连接线采用同轴电缆。
3.根据权利要求1所述的光控换流阀晶闸管电压监测单元，其特征在于：主电路板(TVM-1)中电压检测模块由电压比较器及附属电路构成，实现晶闸管电压检测。
4.根据权利要求1所述的光控换流阀晶闸管电压监测单元，其特征在于：CPLD逻辑模块由CPLD芯片和JTAG接口组成，用以进行检测信号的逻辑判别，并生成相应回报信号。
5.根据权利要求1所述的光控换流阀晶闸管电压监测单元，其特征在于：电源模块由储能电容、电压转换及稳压电路组成。
6.根据权利要求1所述的光控换流阀晶闸管电压监测单元，其特征在于：光发射模块由发光二极管和控制电路组成，用以实现回报信号的光电转换功能。
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