CN108011357B - 一种晶闸管组串保护装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种晶闸管组串保护装置及方法。该装置包括人机交互模块、主控制器、触发模块、动态监测电路、晶闸管组串；所述人机交互模块与所述控制器连接，所述触发模块与所述晶闸管组串连接；所述动态监测电路分别与所述触发模块和所述主控制器连接，包括：现场可编程门阵列逻辑门构建器、微秒分时器、比较器、不平衡度判定器、第一光纤输入器、第一光纤输出器。本发明中的该装置及方法通过设置动态监测电路能够实现对晶闸管的监测与保护，达到对晶闸管的安全预警，可以发现晶闸管早期性能参数的蜕变。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别是涉及一种晶闸管组串保护装置及方法。
背景技术
晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称，又被称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电气公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和控制极；晶闸管具有硅整流器件的特性，但由于本身电气技术的瓶颈，单个晶闸管承受不了过高电压，目前都是将多只晶闸管相互串联形成晶闸管组串，依靠串联分压原理，使其能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、高压无触点电子开关、高压固态软起动器、高压TSC型无功补偿、逆变及变频等电子电路中。因此，对于晶闸管的保护显得尤为重要，目前现有技术中对于晶闸管好坏的判定是通过采集晶闸管两端的电压，通过光耦产生的状态量，判定其好坏，而这种判定方法只能判定晶闸管的好坏，不能判定晶闸管的性能参数的蜕变。因此，有必要提供一种晶闸管组串保护装置及方法，可以发现晶闸管组串中某只或多只晶闸管早期性能参数的蜕变。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶闸管组串保护装置及方法，来实现对晶闸管组串的安全预警，并及时发现晶闸管组串早期性能参数的蜕变。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种晶闸管组串保护装置，该装置包括：人机交互模块、触发模块、动态监测电路、主控制器、晶闸管组串；
所述人机交互模块与所述主控制器双向连接，用于向所述主控制器输入所述晶闸管组串保护装置的额定参数，并显示故障信息；
所述触发模块的输入端与所述晶闸管组串连接，用于采集所述晶闸管组串中单只晶闸管两端的电压，并进行多只晶闸管两端电压的比较和输出；
所述动态监测电路的输入端与所述触发模块的输出端连接，用于接收所述触发模块采集的电压，并进行处理；
所述主控制器的输入端与所述动态监测电路的输出端连接，用于接收所述动态监测电路发出的指令；
所述动态监测电路包括：第一光纤输入器、现场可编程门阵列逻辑门构建器、微秒分时器、不平衡度计算器、比较器、第一光纤输出器；
所述微秒分时器的输入端与所述第一光纤输入器连接，用于通过第一光纤输入器接收所述触发模块采集到的电压信号并进行切割；
所述现场可编程门阵列逻辑门构建器的输入端与所述微秒分时器的输出端连接，用于进行多只晶闸管角系数的计算；
所述比较器的输入端与所述现场可编程门阵列逻辑门构建器的输出端连接，用于进行多只晶闸管角系数的比较，得到比较结果；
所述不平衡度计算器的输入端与所述比较器的输出端连接，用于对所述比较结果进行不平衡度判定；
所述不平衡度计算器的输出端与所述第一光纤输出器连接。
可选的，所述装置还包括：保护模块、执行模块；
所述执行模块的输入端与所述主控制器连接，所述执行模块的输出端与电源连接，所述执行模块用于接收主控制器发出的指令并执行；
所述保护模块的输入端与电源连接，所述保护模块的输出端与所述主控制器连接，所述保护模块用于检测所述晶闸管组串保护装置的电流、电压以及相序，并将检测结果传输至所述主控制器。
可选的：触发器，所述触发器的输入端与所述主控制器连接，所述触发器的输出端与所述晶闸管组串连接，所述触发器用于接收所述主控制发出的触发指令触发所述晶闸管组串导通。
可选的，所述触发模块包括：电压采集器、电压比较器、电压输出器、第二光纤输入器、第二光纤输出器；
所述电压采集器的输入端与所述晶闸管组串连接，用于采集所述晶闸管组串中多只晶闸管两端的电压；
所述电压比较器的输入端与所述电压采集器的输出端连接，用于将所述电压采集器采集到的晶闸管组串中多只晶闸管两端的电压进行比较，得到比较结果；
所述电压输出器的输入端与所述电压比较器的输出端连接，用于将所述电压比较器的比较结果输出；
所述电压输出器的输出端与所述第二光纤输出器连接；
所述第二光纤输入器与所述第一光纤输出器连接。
可选的，所述保护模块包括：电流监测器、电压监测器、相序监测器；
所述电流监测器用于监测所述晶闸管组串保护装置的电流，并将电流监测结果传输至主所述控制器；
所述电压监测器用于监测所述晶闸管组串保护装置的电压，并将电压监测结果传输至所述主控制器；
所述相序监测器用于监测所述晶闸管组串保护装置的相序，并将相序监测结果传输至所述主控制器。
本发明还另外提供一种晶闸管组串保护方法，应用于上述晶闸管组串保护装置，该方法包括：
通过触发模块采集晶闸管组串中单只晶闸管两端的电压信号；
将所述电压信号转换成数字信号；
通过比较器进行多组晶闸管组串中多只晶闸管两端电压的比较，得到比较结果；
将所述比较结果和所述采集到的电压信号通过光纤传输至动态监测电路；
所述动态监测电路通过微秒分时器切割采集到的电压信号，并送入FPGA逻辑门构建器进行多只晶闸管角系数计算，通过比较器进行多只晶闸管角系数的比较，当多只晶闸管角系数大小不一致时，通过不平衡度判定器进行判定，当判定结果超出预定数值时，通过光纤将异常信号传输至主控制器；
所述主控制器根据异常信号向所述执行模块发出预警或跳闸指令。
可选的，所述方法还包括：
通过人机交互单元的触摸屏输入晶闸管组串保护装置的额定参数，并将所述晶闸管组串保护装置的额定参数传输给主控制器；
所述主控制器将所述晶闸管组串保护装置的额定参数传输给动态监测电路，作为逻辑判断依据，当动态监测电路监测到异常时，将异常信号通过光纤传输至所述主控制器，所述主控制器向执行模块发出预警或跳闸指令。
可选的，所述晶闸管组串保护装置的额定参数具体包括：该装置的额定电流、额定电压、以及相序。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过动态监测电路接收触发模块反馈来的光纤信号，利用现场可编程逻辑门进行多组不平衡度的计算判定，从而判定晶闸管阀组性能的蜕变，实现对晶闸管阀组的安全预警，能够发现早期晶闸管性能参数的蜕变，实现早发现、早实施、早预防。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例晶闸管组串保护装置结构示意图；
图2为本发明实施例晶闸管组串保护方法流程图；
图3为本发明实施例高压固态软起动器中晶闸管组串保护装置电路结构示意图；
图4为本发明实施例对电压信号进行切割示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种晶闸管组串保护装置及方法，来实现对晶闸管组串的安全预警，并及时发现晶闸管组串中晶闸管早期性能参数的蜕变。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例晶闸管组串保护装置结构示意图，如图1所示，该装置包括：人机交互模块101、主控制器102、动态监测电路103、触发模块104、晶闸管组串105。
所述人机交互模块101与所述主控制器102双向连接，用于向所述主控制器102输入所述晶闸管组串保护装置的额定参数，还用于显示故障信息。
所述触发模块104的输入端与所述晶闸管组串105连接，用于采集所述晶闸管组串105中单只晶闸管两端的电压，并进行多只晶闸管两端电压的比较和输出。
所述动态监测电路103的输入端与所述触发模块104的输出端连接，用于接收所述触发模块104采集的电压，并进行处理。
所述主控制器102的输入端与所述动态监测电路103的输出端连接，用于接收所述动态监测电路103发出的指令；
具体的，所述动态监测电路103包括：第一光纤输入器、现场可编程门阵列逻辑门构建器、微秒分时器、不平衡度计算器、比较器、第一光纤输出器；
所述微秒分时器的输入端与所述第一光纤输入器连接，用于通过第一光纤输入器接收所述触发模块采集到的电压信号并进行微秒级切割；
所述现场可编程门阵列逻辑门构建器的输入端与所述微秒分时器的输出端连接，用于进行多只晶闸管角系数的计算；
所述比较器的输入端与所述现场可编程门阵列逻辑门构建器的输出端连接，用于进行多只晶闸管角系数的比较，得到比较结果，当比较结果表示多只晶闸管的角系数都高或者都低时，则晶闸管为正常工作，当比较结果表示多只晶闸管角系数高低不一时，表示晶闸管为异常工作；
所述不平衡度计算器的输入端与所述比较器的输出端连接，用于对所述比较结果进行不平衡度判定；
所述不平衡度计算器的输出端与所述第一光纤输出器连接。
具体的，所述装置还包括：执行模块107、保护模块108；
所述执行模块107的输入端与所述主控制器102连接，所述执行模块107的输出端与电源连接，所述执行模块107用于接收主控制器发出的指令并执行；
所述保护模块108的输入端与电源连接，所述保护模块108的输出端与所述主控制器102连接，所述保护模块108用于监测所述晶闸管组串保护装置的电流、电压以及相序，并将监测结果传输至所述主控制器102，当保护模块108监测到所述晶闸管组串保护装置的电流、电压以及相序出现异常时，此时，将异常信号发送至主控制器102，主控制器102接收到异常信号后，向执行模块107发出指令，断开所述执行模块107中的主接触器。
具体的，所述装置还包括：触发器106，所述触发器106的输入端与所述主控制器102连接，所述触发器106的输出端与所述晶闸管组串105连接，所述触发器106用于接收所述主控制发出的触发指令触发所述晶闸管组串105导通。
具体的，所述触发模块104包括：电压采集器、电压比较器、电压输出器、第二光纤输入器、第二光纤输出器；
所述电压采集器的输入端与所述晶闸管组串连接，用于采集多组晶闸管组串中单只晶闸管两端的电压；
所述电压比较器的输入端与所述电压采集器的输出端连接，用于将所述电压采集器采集到的多只晶闸管两端的电压进行比较，得到比较结果；
所述电压输出器的输入端与所述电压比较器的输出端连接，用于将所述电压比较器的比较结果输出；
所述电压输出器的输出端与所述第二光纤输出器连接；
所述第二光纤输入器与所述第一光纤输出器连接。
具体的，所述保护模块107包括：电流监测器、电压监测器、相序监测器；
所述执行模块106包括：主接触器、旁路接触器；
所述电流监测器用于监测所述晶闸管组串保护装置的电流，并将电流监测结果传输至主所述控制器；
所述电压监测器用于监测所述晶闸管组串保护装置的电压，并将电压监测结果传输至所述主控制器；
所述相序监测器用于监测所述晶闸管组串保护装置的相序，并将相序监测结果传输至所述主控制器；
图2为本发明实施例晶闸管组串保护方法流程图，如图2所示，本发明另外提供一种晶闸管组串保护方法，应用于上述晶闸管组串保护装置中，该方法包括：
步骤201输入保护装置的额定参数：通过人机交互单元的触摸屏输入所述晶闸管组串保护装置的额定电流、额定电压、以及相序，并将所述额定电流、额定电压、以及相序传输给主控制器；
步骤202将所述额定参数传输至动态监测电路：所述主控制器将所述晶闸管组串保护装置的额定参数传输给动态监测电路，作为逻辑判断依据，当动态监测电路监测到异常时，将异常信号通过光纤传输至所述主控制器，所述主控制器向执行模块发出预警或跳闸指令；
步骤203采集晶闸管组串中多只晶闸管两端电压：通过触发模块采集多组晶闸管组串中单只晶闸管两端的电压信号；
步骤204，将所述电压信号转换成数字信号；
步骤205，多组晶闸管组串中多只晶闸管两端电压的比较：通过比较器进行多组晶闸管组串中多只晶闸管两端电压的比较，得到比较结果；
具体的所述对多组晶闸管组串中多只晶闸管两端电压的比较是针对晶闸管组串中多只的晶闸管两端电压共同进行的比较。例如图3中，晶闸管组串306中，包含三组正反并联的晶闸管，其，是对6只晶闸管两端的电压进行的比较。
步骤206，传输比较结果：将所述比较结果和所述采集到的电压信号通过光纤传输至动态监测电路；
步骤207，对电压信号进行处理：所述动态监测电路通过微秒分时器切割采集到的电压信号，并送入FPGA逻辑门构建器进行多只晶闸管角系数计算，通过比较器进行多只晶闸管角系数的比较，当多只晶闸管角系数大小不一致时，通过不平衡度判定器进行判定，当判定结果超出预定数值时，通过光纤将异常信号传输至主控制器；
步骤208，根据处理结果发出指令：所述主控制器根据异常信号向所述执行模块发出预警或跳闸指令。
图3为本发明实施例高压固态软起动器中晶闸管组串保护装置电路结构示意图，高压固态软起动器又称中高压固态软起动器，是一种新型的中高压电机软起动器，主要适用于10KV以下的中高压电动机，应用了先进的DSP控制技术、电力电子技术，它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相正反并联晶闸管及其电子控制电路，运用不同的方法，控制三相正反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压按照不同的要求变化，可实现不同的功能，而高压固态软起动器的核心部件就是晶闸管。
如图3所示，本实施例提供一种高压固态软起动器中晶闸管组串保护装置以电压等级为6kv为例，该装置包括：人机交互模块301、主控制器302、动态监测电路303、主接触器304、旁路接触器305、晶闸管组串306、电流监测器307、电压监测器308、相序监测器309。
具体的，高压固态软起动器中晶闸管组串保护装置中包含三组晶闸管组串，每组晶闸管组串中包括有三组正反并联的晶闸管。
此外，当电压等级为10kv时，对应5组晶闸管组串，本发明的晶闸管组串可以为n个，n大于1，不同的电压等级对应不同数量的晶闸管组串。
图4为本发明实施例对电压信号进行切割示意图，如图4所示，所述对晶闸管角系数的计算公式为：
其中k表示晶闸管的角系数，v1、v2为电压值，Tn+1、Tn表示时间。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种晶闸管组串保护装置，其特征在于，该装置包括：人机交互模块、触发模块、动态监测电路、主控制器、晶闸管组串；
所述人机交互模块与所述主控制器双向连接，用于向所述主控制器输入所述晶闸管组串保护装置的额定参数，并显示故障信息；
所述触发模块的输入端与所述晶闸管组串连接，用于采集所述晶闸管组串中单只晶闸管两端的电压，并进行多只晶闸管两端电压的比较和输出；
所述动态监测电路的输入端与所述触发模块的输出端连接，用于接收所述触发模块采集的电压，并进行处理；
所述主控制器的输入端与所述动态监测电路的输出端连接，用于接收所述动态监测电路发出的指令；
所述动态监测电路包括：第一光纤输入器、现场可编程门阵列逻辑门构建器、微秒分时器、不平衡度计算器、比较器、第一光纤输出器；
所述微秒分时器的输入端与所述第一光纤输入器连接，用于通过第一光纤输入器接收所述触发模块采集到的电压信号并进行切割；
所述现场可编程门阵列逻辑门构建器的输入端与所述微秒分时器的输出端连接，用于进行多只晶闸管角系数的计算；
所述比较器的输入端与所述现场可编程门阵列逻辑门构建器的输出端连接，用于进行多只晶闸管角系数的比较，得到比较结果；
所述不平衡度计算器的输入端与所述比较器的输出端连接，用于对所述比较结果进行不平衡度判定；
所述不平衡度计算器的输出端与所述第一光纤输出器连接。
2.根据权利要求1所述的一种晶闸管组串保护装置，其特征在于，所述装置还包括：保护模块、执行模块；
所述执行模块的输入端与所述主控制器连接，所述执行模块的输出端与电源连接，所述执行模块用于接收主控制器发出的指令并执行；
所述保护模块的输入端与电源连接，所述保护模块的输出端与所述主控制器连接，所述保护模块用于检测所述晶闸管组串保护装置的电流、电压以及相序，并将检测结果传输至所述主控制器。
3.根据权利要求1所述的一种晶闸管组串保护装置，其特征在于，所述装置还包括：触发器，所述触发器的输入端与所述主控制器连接，所述触发器的输出端与所述晶闸管组串连接，所述触发器用于接收所述主控制器发出的触发指令触发所述晶闸管组串导通。
4.根据权利要求1所述的一种晶闸管组串保护装置，其特征在于，所述触发模块包括：电压采集器、电压比较器、电压输出器、第二光纤输入器、第二光纤输出器；
所述电压采集器的输入端与所述晶闸管组串连接，用于采集所述晶闸管组串中单晶闸管两端的电压；
所述电压比较器的输入端与所述电压采集器的输出端连接，用于将所述电压采集器采集到的晶闸管组串中多只晶闸管两端的电压进行比较，得到比较结果；
所述电压输出器的输入端与所述电压比较器的输出端连接，用于将所述电压比较器的比较结果输出；
所述电压输出器的输出端与所述第二光纤输出器连接；
所述第二光纤输出器与所述第一光纤输入器连接。
5.根据权利要求2所述的一种晶闸管组串保护装置，其特征在于，
所述保护模块包括：电流监测器、电压监测器、相序监测器；
所述电流监测器用于监测所述晶闸管组串保护装置的电流，并将电流监测结果传输至所述主控制器；
所述电压监测器用于监测所述晶闸管组串保护装置的电压，并将电压监测结果传输至所述主控制器；
所述相序监测器用于监测所述晶闸管组串保护装置的相序，并将相序监测结果传输至所述主控制器。
6.一种晶闸管组串保护方法，应用于如权利要求1-5任意一项所述的晶闸管组串保护装置，其特征在于，该方法包括：
通过触发模块采集晶闸管组串中单只晶闸管两端的电压信号；
将所述电压信号转换成数字信号；
通过比较器进行多组晶闸管组串中多只晶闸管两端电压的比较，得到比较结果；
将所述比较结果和所述采集到的电压信号通过光纤传输至动态监测电路；
所述动态监测电路通过微秒分时器切割采集到的电压信号，并送入现场可编程门阵列逻辑门构建器进行多只晶闸管角系数计算，通过比较器进行多只晶闸管角系数的比较，当多只晶闸管角系数大小不一致时，通过不平衡度计算器进行判定，当判定结果超出预定数值时，通过光纤将异常信号传输至主控制器；
所述主控制器根据异常信号向执行模块发出预警或跳闸指令。
7.根据权利要求6所述的一种晶闸管组串保护方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过人机交互单元的触摸屏输入晶闸管组串保护装置的额定参数，并将所述晶闸管组串保护装置的额定参数传输给主控制器；
所述主控制器将所述晶闸管组串保护装置的额定参数传输给动态监测电路，作为逻辑判断依据，当动态监测电路监测到异常时，将异常信号通过光纤传输至所述主控制器，所述主控制器向执行模块发出预警或跳闸指令。
8.根据权利要求6所述的一种晶闸管组串保护方法，其特征在于，所述晶闸管组串保护装置的额定参数具体包括：该装置的额定电流、额定电压、以及相序。
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