CN107643454A - 一种高压直流换流阀在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压直流换流阀在线监测系统，包括晶闸管级在线监测板、智能监测机箱和后台监控系统；晶闸管级在线监测板，计算阻尼回路和直流均压回路所包含元件的元件参数；智能监测机箱，并依据所述晶闸管级的工作状态和换流站内各换流器输送的功率值制定换流阀检修方案。与现有技术相比，本发明提供的一种高压直流换流阀在线监测系统，可以实时监测晶闸管级中各元件的元件参数并制定换流阀检修计划，从而可以及时发现晶闸管级故障和维修。

Description

一种高压直流换流阀在线监测系统

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，具体涉及一种高压直流换流阀在线监测系统。

背景技术

高压直流输电换流阀是高压直流输电工程的关键设备，其主要由几十级晶闸管级串联组成。晶闸管级一般包括晶闸管、晶闸管触发监测板、阻尼回路和直流均压回路等电路。其中，阻尼回路用于实现晶闸管的动态均压功能，直流均压回路用于实现各串联的晶闸管级之间的静态电压平均分布功能。如图1所示的晶闸管级电路原理图中阻尼回路支路1包括电容Cd、电容Cd1和电阻Rd1，阻尼回路支路2包括电容Cd、电容Cd2和电阻Rd2，直流均压回路包括电阻Rdc1和电阻Rdc2。

阻尼回路和直流均压回路包含的电阻元件和电容元件长期运行在高电压、强电场和高功率的环境中，随着时间推移易发生老化现象，电阻元件的电阻值、电容元件的电容值等参数可能会出现偏移。当参数偏移的程度超过预置允许范围后会导致阻尼效果失效、电压分布不均匀，严重时会引发晶闸管击穿甚至直流系统停运等故障。

目前通常采用年度检修的方式测试高压直流输电换流阀中阻尼回路和直流均压回路各元件是否正常，然而并没有对其进行实时监测的技术方案，使得能够降低元件损坏程度，进一步降低晶闸管、晶闸管触发监测板的损坏，防止故障范围扩大。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种高压直流换流阀在线监测系统。

本发明的技术方案是：

所述在线监测系统包括晶闸管级在线监测板、智能监测机箱和后台监控系统；

所述晶闸管级在线监测板，实时采集晶闸管级中阻尼回路和直流均压回路的电气参数，计算所述阻尼回路和直流均压回路所包含元件的元件参数，并将所述元件参数发送至智能监测机箱；

所述智能监测机箱，判断所述晶闸管级的工作状态，接收所述后台监控系统下发的换流站内各换流器输送的功率值，并依据所述工作状态和所述功率值制定换流阀检修方案。

本发明进一步提供的优选技术方案为：

所述晶闸管级在线监测板包括逻辑处理单元；

所述阻尼回路包括多个RC阻尼支路；所述阻尼回路的电气参数包括所述RC阻尼支路的支路电流及其所包含元件的端电压；所述直流均压回路的电气参数包括直流均压回路的回路电流；

所述逻辑处理单元依据所述RC阻尼支路的支路电流及其所包含元件的端电压，计算所述RC阻尼支路中电容元件的电容值和电阻元件的电阻值；以及，依据所述直流均压回路的回路电流，计算所述直流均压回路中电阻元件的电阻值。

本发明进一步提供的优选技术方案为：

智能监测机箱，判断每个所述元件参数的偏差是否超过其预置值，若超过发出报警信息。

本发明进一步提供的优选技术方案为：

所述晶闸管级在线监测板包括逻辑处理单元；

所述电气参数包括阻尼回路的回路电流和直流均压回路的回路电流；

所述晶闸管级在线监测板接收所述智能监测机箱下发的输电系统的交流电压和所述高压直流换流阀的触发角；所述逻辑处理单元依据所述回路电流、交流电压和触发角，计算所述阻尼回路的回路阻抗和直流均压回路的回路阻抗。

本发明进一步提供的优选技术方案为：

所述逻辑处理单元判断每个所述元件参数的偏差是否超过其预置值，并将判断结果发送至所述智能监测机箱；若元件参数的偏差超过其预置值则所述智能监测机箱发出报警信息。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述高压直流换流阀包括晶闸管触发监测板；所述晶闸管级在线监测板与晶闸管触发监测板彼此独立；

所述晶闸管触发监测板，接收所述智能监测机箱下发的换流阀触发信号，并将其发送至所述高压直流换流阀的晶闸管门极电路；

所述智能监测机箱接收阀基电子设备传输的晶闸管状态信息和晶闸管触发监测板状态信息，依据所述元件参数、晶闸管状态信息和晶闸管触发监测板状态信息判断所述晶闸管级的工作状态。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述晶闸管级在线监测板，还用于接收所述智能监测机箱下发的换流阀触发信号，并将其发送至所述高压直流换流阀的晶闸管门极电路；

所述智能监测机箱接收阀基电子设备传输的晶闸管状态信息，依据所述元件参数、晶闸管状态信息和晶闸管级在线监测板的晶闸管触发状态信息判断所述晶闸管级的工作状态。

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的一种高压直流换流阀在线监测系统，包括晶闸管级在线监测板、智能监测机箱和后台监控系统；其晶闸管级在线监测板可以实时监测晶闸管级中各元件的元件参数，智能监测机箱依据该元件参数等晶闸管级状态信息判断晶闸管级的工作状态，并制定换流阀检修计划，从而可以及时发现晶闸管级故障和维修；

2、本发明提供的一种高压直流换流阀在线监测系统，晶闸管级在线监测板包括两种晶闸管级中各元件的元件参数的检测方式，适于高压直流换流阀的不同工况要求；

3、本发明提供的一种高压直流换流阀在线监测系统，晶闸管级在线监测板包括两种结构：与高压直流换流阀的晶闸管触发监测板彼此独立或集成原有晶闸管触发监测板的功能，可以适用于在运和在建高压直流输电工程的换流阀技术升级。

附图说明

图1：晶闸管级电路原理图；

图2：本发明实施例中一种高压直流换流阀在线监测系统示意图；

图3：本发明实施例中一种高压直流换流阀在线监测系统实施方案示意图；

图4：本发明实施例中另一种高压直流换流阀在线监测系统实施方案示意图；

图5：本发明实施例中再一种高压直流换流阀在线监测系统实施方案示意图；

其中，11：晶闸管级在线监测板；12：智能监测机箱；13：后台监控系统。

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中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例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做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。

下面分别结合附图，对本发明实施例提供的一种高压直流换流阀在线监测系统进行说明。

图2为本发明实施例中一种高压直流换流阀在线监测系统示意图，如图所示，本实施例中高压直流换流阀在线监测系统包括晶闸管级在线监测板11、智能监测机箱12和后台监控系统13。其中，

晶闸管级在线监测板11，用于实时采集晶闸管级中阻尼回路和直流均压回路的电气参数，计算阻尼回路和直流均压回路所包含元件的元件参数，并将元件参数发送至智能监测机箱12。本实施例中晶闸管级在线监测板11可以通过光纤将元件参数发送至智能监测机箱12。

智能监测机箱12，用于判断晶闸管级的工作状态，接收后台监控系统13下发的换流站内各换流器输送的功率值，并依据工作状态和功率值确定换流阀检修方案。本实施例中智能监测机箱12处于地电位。

后台监控系统13，用于监控高压直流换流阀的运行状态、接收智能监测机箱12发送的报警信息。本实施例中后台监控系统13采用SCADA(Supervisory Control And DataAcquisition)系统。

本实施例提供的高压直流换流阀在线监测系统，能够实现对晶闸管级内阻尼回路和直流均压回路的实时在线监测，便于监测阻尼回路和直流均压回路的元件工作程度，也即元件损坏程度，使得降低元件损坏程度，进一步降低晶闸管级、晶闸管触发监测板的损坏，防止故障范围扩大。同时，智能监测机箱12依据元件参数判断晶闸管级的工作状态，其中工作状态可以是元件全部正常工作、元件部分故障、元件全部故障等状态。智能监测机箱12依据晶闸管级的工作状态和换流器输送的功率值可以确定换流阀检修方案，其中换流阀检修方案可以是对发生元件全部故障且输送功率值较小的换流器的换流阀进行检修，也可以是对发生元件部分故障且输送功率值较大的换流器的换流阀进行检修等等。

进一步地，晶闸管级在线监测板11采集晶闸管级中阻尼回路和直流均压回路的电气参数可以采用下述方式实现：

本实施例中阻尼回路包括多个RC阻尼支路，阻尼回路的电气参数为RC阻尼支路的支路电流及其所包含元件的端电压。直流均压回路的电气参数为直流均压回路的回路电流。

图3为本发明实施例中一种高压直流换流阀在线监测系统实施方案示意图，如图所示，本实施例中晶闸管级在线监测板11包括逻辑处理单元、电流测量单元、电压测量单元、光纤接收单元和光纤发射单元。阻尼回路包括两条RC阻尼支路，阻尼回路支路1包括电容Cd、电容Cd1和电阻Rd1，阻尼回路支路2包括电容Cd、电容Cd2和电阻Rd2；直流均压回路包括电阻Rdc1和电阻Rdc2。其中，

电流采集模块Im1、电流采集模块Im2、电流采集模块Im3，分别采集阻尼回路支路1的支路电流、阻尼回路支路2的支路电流和直流均压回路的回路电流。电流测量单元接收上述电流采集模块的输出信号，并将其发送至逻辑处理单元。本实施例中上述电流采集模块可以采用分流器，也可以采用电流互感器。

电压测量单元测量RC阻尼支路所包含元件的端电压的具体方法是：电压测量单元的一个采集点设置在电容Cd与电容Cd1之间，一个采集点设置在电容Cd1和电阻Rd1之间，一个采集点设置在电容Cd2和电阻Rd2之间。电压测量单元将采集到的电压值发送至逻辑处理单元，逻辑处理单元计算得到各元件的端电压。

本实施例提供的采集晶闸管级中阻尼回路和直流均压回路的电气参数的实施方案，可以实时、准确获得阻尼回路和直流均压回路的电气参数。

相应地，晶闸管级在线监测板11计算阻尼回路和直流均压回路所包含元件的元件参数可以采用下述方式：

本实施例中逻辑处理单元，依据RC阻尼支路的支路电流及其所包含元件的端电压，计算所述RC阻尼支路中电容元件的电容值和电阻元件的电阻值；以及，依据直流均压回路的回路电流，计算直流均压回路中电阻元件的电阻值。同时，逻辑处理单元还判断每个元件参数的偏差是否超过其预置值，若超过发出报警信息。

本实施例中RC阻尼支路中电阻元件的电阻值可以下述方法计算：

依据公式计算该电阻元件的电阻值，其中U和I分别为电阻元件的端电压和电路.

本实施例中RC阻尼支路中电容元件的电容值可以下述方法计算：

依据公式计算该电容元件的电容值，其中i(t)和分别为电容元件两端电流变化率和电压变化率。

进一步地，晶闸管级在线监测板11采集晶闸管级中阻尼回路和直流均压回路的电气参数还可以采用下述方式实现：

本实施例中阻尼回路的电气参数包括回路电流，直流均压回路的电气参数包括回路电流。

图4为本发明实施例中一种高压直流换流阀在线监测系统实施方案示意图，如图所示，本实施例中晶闸管级在线监测板11包括逻辑处理单元、电流测量单元、光纤接收单元和光纤发射单元。阻尼回路包括两条RC阻尼支路，阻尼回路支路1包括电容Cd、电容Cd1和电阻Rd1，阻尼回路支路2包括电容Cd、电容Cd2和电阻Rd2；直流均压回路包括电阻Rdc1和电阻Rdc2。其中，

电流采集模块Im1、电流采集模块Im2、电流采集模块Im3，分别采集阻尼回路支路1的支路电流、阻尼回路支路2的支路电流和直流均压回路的回路电流。电流测量单元接收上述电流采集模块的输出信号，并将其发送至逻辑处理单元。本实施例中电流采集模块可以采用分流器，也可以采用电流互感器。

本实施例提供的采集晶闸管级中阻尼回路和直流均压回路的电气参数的实施方案，可以实时、准确获得阻尼回路和直流均压回路的电气参数。

相应地，晶闸管级在线监测板11计算阻尼回路和直流均压回路所包含元件的元件参数可以采用下述方式：

本实施例中逻辑处理单元，接收智能监测机箱12下发的输电系统的交流电压和高压直流换流阀的触发角；依据上述回路电流、交流电压和触发角，计算阻尼回路的回路阻抗和直流均压回路的回路阻抗。同时，逻辑处理单元还判断每个元件参数的偏差是否超过其预置值，并将判断结果发送至智能监测机箱12，若元件参数的偏差超过其预置值则智能监测机箱12发出报警信息。

本实施例中直流均压回路的回路阻抗可以采用下述方法计算：

后台监控系统13采集输电系统的交流电压并传输至智能监测机箱12；智能监测机箱12根据其计算得到晶闸管级电压峰值U_m并传输至晶闸管级在线监测板11；智能监测机箱12接收后台监控系统13下发的换流阀触发角α并将其传输至晶闸管级在线监测板11。晶闸管级在线监测板11采集换流阀触发时刻直流均压回路的回路电流I，依据公式计算得到直流均压回路的回路阻抗。本实施例中计算阻尼回路的回路阻抗的方法与上述直流均压回路的计算方法基本相同，区别主要在于回路电流I为晶闸管级在线监测板11在晶闸管导通后采集到的阻尼回路的放电电流。

本实施例提供的计算阻尼回路所包含元件的元件参数的实施例方案，基于阻尼回路放电时间常数的变化规律监测器回路阻抗的偏差：阻尼回路放电时间常数τ＝RC，晶闸管触发导通后，RC阻尼支路分别按照τ＝RC的时间常数放电，当RC阻尼支路元件值发生变化时，放电时间会相应地出现偏差。

进一步地，实现上述功能的晶闸管触发监测板11可以采用下述结构：

本实施例中高压直流换流阀包括晶闸管触发监测板，晶闸管级在线监测板11与晶闸管触发监测板彼此独立。其中，晶闸管触发监测板，接收智能监测机箱12下发的换流阀触发信号，并将其发送至高压直流换流阀的晶闸管门极电路。

如图3和4所示，本实施例中晶闸管触发监测板和晶闸管级在线监测板11分别与智能监测机箱12连接，二者彼此独立。本实施例提供的晶闸管触发监测板11结构可以适用于在运和在建高压直流输电工程的换流阀技术升级。

相应地，智能监测机箱12接收阀基电子设备传输的晶闸管状态信息和晶闸管触发监测板状态信息，依据元件参数、晶闸管状态信息和晶闸管触发监测板状态信息判断晶闸管级的工作状态。本实施例中判断晶闸管级的工作状态可以为：若元件参数的偏差超过其预置许范围，晶闸管状态信息为晶闸管损坏，进而晶闸管触发监测板状态信息为自检异常，则判断该晶闸管级存在故障。

进一步地，实现上述功能的晶闸管触发监测板11还可以采用下述结构：

本实施例中晶闸管级在线监测板11集成有原晶闸管触发监测板的功能，用于接收智能监测机箱12下发的换流阀触发信号，并将其发送至高压直流换流阀的晶闸管门极电路。

图5为本发明实施例中再一种高压直流换流阀在线监测系统实施方案示意图，如图所示，本实施例中晶闸管级在线监测板11不仅用于监测晶闸管级各元件参数，还用于触发各晶闸管级。本实施例提供的晶闸管触发监测板11结构也可以适用于在运和在建高压直流输电工程的换流阀技术升级。

相应地，智能监测机箱12接收阀基电子设备传输的晶闸管状态信息，依据元件参数、晶闸管状态信息和晶闸管级在线监测板的晶闸管触发状态信息判断晶闸管级的工作状态。本实施例中判断晶闸管级的工作状态可以为：若元件参数的偏差超过其预置许范围，晶闸管状态信息为晶闸管损坏，进而晶闸管级在线监测板的晶闸管触发状态信息为自检异常，则判断该晶闸管级存在故障。

本发明提供的一种高压直流换流阀在线监测系统，能够实时监测高压直流输电换流阀中阻尼回路和直流均压回路各元件是否正常，降低元件损坏程度，进一步降低晶闸管、晶闸管触发监测板的损坏，防止故障范围扩大。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种高压直流换流阀在线监测系统，其特征在于，所述在线监测系统包括晶闸管级在线监测板、智能监测机箱和后台监控系统；

所述晶闸管级在线监测板，实时采集晶闸管级中阻尼回路和直流均压回路的电气参数，计算所述阻尼回路和直流均压回路所包含元件的元件参数，并将所述元件参数发送至智能监测机箱；

所述智能监测机箱，判断所述晶闸管级的工作状态，接收所述后台监控系统下发的换流站内各换流器输送的功率值，并依据所述工作状态和所述功率值制定换流阀检修方案。

2.如权利要求1所述的一种高压直流换流阀在线监测系统，其特征在于，

所述晶闸管级在线监测板包括逻辑处理单元；

所述阻尼回路包括多个RC阻尼支路；所述阻尼回路的电气参数包括所述RC阻尼支路的支路电流及其所包含元件的端电压；所述直流均压回路的电气参数包括直流均压回路的回路电流；

所述逻辑处理单元依据所述RC阻尼支路的支路电流及其所包含元件的端电压，计算所述RC阻尼支路中电容元件的电容值和电阻元件的电阻值；以及，依据所述直流均压回路的回路电流，计算所述直流均压回路中电阻元件的电阻值。

3.如权利要求1或2所述的一种高压直流换流阀在线监测系统，其特征在于，

智能监测机箱，判断每个所述元件参数的偏差是否超过其预置值，若超过发出报警信息。

4.如权利要求1所述的一种高压直流换流阀在线监测系统，其特征在于，

所述晶闸管级在线监测板包括逻辑处理单元；

所述电气参数包括阻尼回路的回路电流和直流均压回路的回路电流；

所述晶闸管级在线监测板接收所述智能监测机箱下发的输电系统的交流电压和所述高压直流换流阀的触发角；所述逻辑处理单元依据所述回路电流、交流电压和触发角，计算所述阻尼回路的回路阻抗和直流均压回路的回路阻抗。

5.如权利要求1或4所述的一种高压直流换流阀在线监测系统，其特征在于，

所述逻辑处理单元判断每个所述元件参数的偏差是否超过其预置值，并将判断结果发送至所述智能监测机箱；若元件参数的偏差超过其预置值则所述智能监测机箱发出报警信息。

6.如权利要求1所述的一种高压直流换流阀在线监测系统，其特征在于，所述高压直流换流阀包括晶闸管触发监测板；所述晶闸管级在线监测板与晶闸管触发监测板彼此独立；

所述晶闸管触发监测板，接收所述智能监测机箱下发的换流阀触发信号，并将其发送至所述高压直流换流阀的晶闸管门极电路；

所述智能监测机箱接收阀基电子设备传输的晶闸管状态信息和晶闸管触发监测板状态信息，依据所述元件参数、晶闸管状态信息和晶闸管触发监测板状态信息判断所述晶闸管级的工作状态。

7.如权利要求1所述的一种高压直流换流阀在线监测系统，其特征在于，所述晶闸管级在线监测板，还用于接收所述智能监测机箱下发的换流阀触发信号，并将其发送至所述高压直流换流阀的晶闸管门极电路；

所述智能监测机箱接收阀基电子设备传输的晶闸管状态信息，依据所述元件参数、晶闸管状态信息和晶闸管级在线监测板的晶闸管触发状态信息判断所述晶闸管级的工作状态。