CN109672262A - 一种换流阀晶闸管级取能和储能模块 - Google Patents

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CN109672262A CN201910020770.5A CN201910020770A CN109672262A CN 109672262 A CN109672262 A CN 109672262A CN 201910020770 A CN201910020770 A CN 201910020770A CN 109672262 A CN109672262 A CN 109672262A
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刘近
马浩宇
郑林
王华锋
林志光
张海峰
杨树森
王雅洁
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Abstract

本发明提供了一种换流阀晶闸管级取能和储能模块，包括：与换流阀的换相失败监测单元连接的供电电路，用于向换相失败监测单元供电，供电电路包括第一供电模块和/或第二供电模块，其中，第一供电模块用于采集并存储换流阀中晶闸管级回路的电能后向换相失败监测单元供电；第二供电模块用于接收外部激光电源输出的光能，并将光能转换为电能向换相失败监测单元供电。通过第一供电模块和/或第二供电模块对换流阀中增设的换相失败单元进行供电，解决了换相失败单元供电困难的问题，进而使得在对换流阀系统的抵御换相失败技术升级改造时，不需要改变原换流阀的一、二次设备，而仅需在每台换流阀上增加安装几个换相失败监测单元即可。

Description

一种换流阀晶闸管级取能和储能模块
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种换流阀晶闸管级取能和储能模块。
背景技术
换相失败是直流输电系统中换流器(尤其是逆变侧)较易发生的故障之一。换相失败会引起换流变压器直流偏磁，换流阀过热，过电压等问题，继发性的换相失败还可能引起直流系统闭锁，给电网稳定造成更大的冲击。
在换流阀晶闸管级上安装换相失败监测单元可以实时监测本级晶闸管的换相过程，可及时检测出换相失败故障并提供关断角过小的预警。换流阀由多级晶闸管级串联组成，晶闸管级主要由晶闸管、触发监测板卡、阻容回路、电气接线等组成，其自身机械结构紧凑、电磁特性设计密集且绝缘冗余度不高，国内外不同技术路线和厂商的设计均不相同，且换流阀本体一二次设备和二次阀基电子设备构成独立完整的系统，因而工程实际中对于已经投入商业运行的换流阀系统进行抵御换相失败技术升级改造工作技术复杂性极高，尤其是在不破坏原换流阀阀体一次高压电气机械结构和晶闸管级回路性能设计基础上如何为增加安装的换相失败监测单元提供工作能量是一个技术难点。
发明内容
本发明实施例提供了一种换流阀晶闸管级取能和储能模块，以克服现有技术中的在不破坏原换流阀阀体一次高压电气机械结构和晶闸管级回路性能设计基础上为增加安装的换相失败监测单元提供工作能量困难的问题。
本发明实施例提供了一种换流阀晶闸管级取能和储能模块，包括：与换流阀的换相失败监测单元连接的供电电路，用于向所述换相失败监测单元供电，所述供电电路包括第一供电模块和/或第二供电模块，其中，所述第一供电模块用于采集并存储所述换流阀中晶闸管级回路的电能后向所述换相失败监测单元供电；所述第二供电模块用于接收外部激光电源输出的光能，并将所述光能转换为电能向所述换相失败监测单元供电。
可选地，所述换流阀晶闸管级取能和储能模块还包括：晶闸管、阻尼支路、取能支路、均压支路及晶闸管触发监测模块，其中，所述阻尼支路的两端分别连接至所述晶闸管的阴极和阳极；所述晶闸管触发监测模块通过所述阻尼支路和所述取能支路从主回路中的晶闸管两端进行取能，所述晶闸管触发监测模块与所述晶闸管的门极连接；所述均压支路的一端与所述晶闸管触发监测模块连接，所述均压支路的另一端与所述晶闸管的阳极连接。
可选地，所述第一供电模块串联于所述阻尼支路或均压支路或取能支路中；所述第一供电模块采集并存储所述阻尼支路或均压支路或取能支路中的电能，为所述换相失败监测单元供电。
可选地，所述第一供电模块并联于所述晶闸管触发监测模块或所述晶闸管的阴极和阳极两端；当所述晶闸管关断时，所述第一供电模块采集并存储所述晶闸管的阴极和阳极两端的电能，为所述换相失败监测单元供电。
可选地，所述第一供电模块包括：取能晶闸管、二极管、第一电阻、第一电容及稳压二极管，其中，所述取能晶闸管的阳极分别与所述二极管的正向端和所述稳压二极管的反向端连接，所述取能晶闸管的门极与所述稳压二极管的正向端连接；所述二极管的反向端与所述第一电容连接后与所述取能晶闸管的阴极连接；所述稳压二极管的正向端与所述第一电阻连接后与所述取能晶闸管的阴极连接。
可选地，所述第一供电模块还包括至少一电磁互感器，所述电磁互感器的原绕组设置于所述晶闸管的阳极或阴极，所述电磁互感器的副绕组接至所述取能晶闸管的阳极和阴极两端；所述第一供电模块通过所述电磁互感器进行电磁耦合采集并存储电能，为所述换相失败监测单元供电。
可选地，所述第二供电模块包括：光电转换器和电能转换器，所述光电转换器用于接收外部激光电源输出的光能，并将所述光能转换为电能发送至所述电能转换器进行调制后为所述换相失败监测单元供电。
可选地，所述外部激光电源为激光发射器。
可选地，所述阻尼支路包括：第一阻尼支路及第二阻尼支路，所述第一阻尼支路的一端分别与所述取能支路及连接所述第二阻尼支路的一端，所述第一阻尼支路的另一端与所述晶闸管的阴极连接，所述第二阻尼支路的另一端与所述晶闸管的阳极连接。
本发明实施例还提供了一种换流阀，包括：本发明提供的另一实施例及其任意一种可选实施方式中的换流阀晶闸管级取能和储能模块。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明实施例提供了一种换流阀晶闸管级取能和储能模块，设置于换流阀内，包括：与换流阀的换相失败监测单元连接的供电电路，该供电电路包括第一供电模块和/或第二供电模块，第一供电模块采集并存储换流阀中晶闸管级回路的电能为换相失败单元供电，第二供电模块接收外部激光电源输出的光能为换相失败单元供电，从而通过第一供电模块和/或第二供电模块对换流阀中增设的换相失败单元进行供电，解决了换相失败单元供电困难的问题，进而使得在对换流阀系统的抵御换相失败技术升级改造时，不需要改变原换流阀的一、二次设备，而仅需在每台换流阀上增加安装几个换相失败监测单元即可。
2.本发明实施例提供了一种换流阀，该换流阀包括设置于换流阀内的换流阀晶闸管级取能和储能模块，通过在该换流阀晶闸管级取能和储能模块中的第一供电模块和/或第二供电模块对换流阀中增设的换相失败单元进行供电，解决了换相失败单元供电困难的问题，进而使得在对换流阀系统的抵御换相失败技术升级改造时，不需要改变原换流阀的一、二次设备，而仅需在每台换流阀上增加安装几个换相失败监测单元即可。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中换流阀晶闸管级取能和储能模块的结构示意图；
图2为本发明实施例中换流阀晶闸管级取能和储能模块的另一结构示意图；
图3为本发明实施例中换流阀晶闸管级取能和储能模块的另一结构示意图；
图4A为本发明实施例中换流阀晶闸管级取能和储能模块的另一结构示意图；
图4B为本发明实施例中换流阀晶闸管级取能和储能模块的另一结构示意图；
图5为本发明实施例中换流阀晶闸管级取能和储能模块的另一结构示意图；
图6为本发明实施例中第二供电模块的结构示意图；
图7为本发明实施例中换流阀的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
换流阀换相失败的根源在于晶闸管元件的半控特性，晶闸管的开通可以通过触发脉冲控制，但必须对其施加反向电压并持续一段时间，使晶闸管中的载流子去游离，恢复阻断能力，才能可靠关断。若施加反向电压的时间太短，晶闸管一旦承受正向电压，不需要触发脉冲也会重新导通。晶闸管正常换相后可以承受正向电压，如果发生换相失败，则换相后晶闸管依然导通，两端电压接近于零。因此在换相后一段时间内，连续测量晶闸管两端电压，如果晶闸管两端电压接近于零，说明换相失败，如果承受正向电压，说明正常换相。
本发明实施例提供了一种换流阀晶闸管级取能和储能模块，该换流阀晶闸管级取能和储能模块设置于换流阀内，如图1所示，该换流阀晶闸管级取能和储能模块包括：与换流阀的换相失败监测单元101连接的供电电路1，用于向所述换相失败监测单元101供电，所述供电电路1包括第一供电模块11和/或第二供电模块12，其中，所述第一供电模块11用于采集并存储所述换流阀中晶闸管级回路的电能后向所述换相失败监测单元101供电；所述第二供电模块12用于接收外部激光电源输出的光能，并将所述光能转换为电能向所述换相失败监测单元101供电。
通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供的换流阀晶闸管级取能和储能模块，通过第一供电模块和/或第二供电模块对换流阀中增设的换相失败单元进行供电，解决了换相失败单元供电困难的问题，进而使得在对换流阀系统的抵御换相失败技术升级改造时，不需要改变原换流阀的一、二次设备，而仅需在每台换流阀上增加安装几个换相失败监测单元即可。
在一较佳实施例中，如图2所示，上述的换流阀晶闸管级取能和储能模块还包括：晶闸管T、阻尼支路13、取能支路14、均压支路15及晶闸管触发监测模块16，其中，所述阻尼支路13的两端分别连接至所述晶闸管T的阴极和阳极；所述晶闸管触发监测模块16通过所述阻尼支路13和所述取能支路14从主回路中的晶闸管T两端进行取能，所述晶闸管触发监测模块16与所述晶闸管T的门极连接；所述均压支路15的一端与所述晶闸管触发监测模块16连接，所述均压支路15的另一端与所述晶闸管T的阳极连接。
具体地，在一实施例中，如图2所示，上述的第一供电模块11串联于所述阻尼支路13中；所述第一供电模块11采集并存储所述阻尼支路13或均压支路15或取能支路14中的电能，为所述换相失败监测单元101供电。需要说明的是，本发明实施例是以上述的第一供电模块11为一个且该第一供电模块串联于阻尼支路13为例进行的说明，在实际应用中，可以根据实际需要将上述的第一供电模块11可以设置为多个，可以将多个第一供电模块11安装于阻尼支路13或均压支路15或取能支路14中的一个支路或多个支路中，由各个第一供电模块11同时为上述换相失败监测单元101供电，本发明并不以此为限。
具体地，在一实施例中，如图3所示，所述第一供电模块11并联于所述晶闸管触发监测模块16两端，当所述晶闸管T关断时，所述第一供电模块11采集并存储所述晶闸管T的阴极和阳极两端的电能，为所述换相失败监测单元101供电。在实际应用中，当该第一供电模块11并联于晶闸管触发监测模块16时，该第一供电模块11的一端连接于晶闸管触发监测模块16与取能支路14的连接点，另一端连接于晶闸管触发监测模块16与晶闸管T阴极的连接点，晶闸管T关断时刻的阴阳极两端电压通过上述的取能支路14施加于第一供电模块11上，进而实现对换相失败监测单元101进行供电；如图4A所示，当第一供电模块11并联于上述晶闸管T的阴极和阳极两端时，晶闸管T的阴阳极两端电压直接施加在上述第一供电模块11上，实现对换相失败监测单元101进行供电。
在一较佳实施例中，如图4A所示，上述的第一供电模块11包括：取能晶闸管T1、二极管D、第一电阻R1、第一电容C1及稳压二极管DV，其中，所述取能晶闸管T1的阳极分别与所述二极管D的正向端和所述稳压二极管DV的反向端连接，所述取能晶闸管T1的门极与所述稳压二极管DV的正向端连接；所述二极管D的反向端与所述第一电容C1连接后与所述取能晶闸管T1的阴极连接；所述稳压二极管DV的正向端与所述第一电阻R1连接后与所述取能晶闸管T1的阴极连接。
具体地，在一实施例中，如图4B所示，上述的第一供电模块11还包括至少一电磁互感器P，所述电磁互感器P的原绕组设置于所述晶闸管T的阳极或阴极，所述电磁互感器P的副绕组接至所述取能晶闸管T1的阳极和阴极两端；所述第一供电模块11通过所述电磁互感器P进行电磁耦合采集并存储电能，为所述换相失败监测单元101供电。在实际应用中，该电磁互感器P利用晶闸管T所在电路中流过电流的交流分量进行电磁耦合取能，取能后为上述的换相失败监测单元101进行供电。上述电磁互感器P的个数可以根据实际需要进行设置，各个电磁互感器P的安装位置既可以全部设置于上述晶闸管T的阳极或阴极侧，也可以在阳极和阴极两侧均进行设置，本发明并不以此为限。
具体地，在一实施例中，如图5所示，上述的阻尼支路13包括：第一阻尼支路131及第二阻尼支路132，所述第一阻尼支路131的一端分别与所述取能支路14及连接所述第二阻尼支路132的一端，所述第一阻尼支路131的另一端与所述晶闸管T的阴极连接，所述第二阻尼支路132的另一端与所述晶闸管T的阳极连接。在实际应用中，上述的第一阻尼支路131由第二电阻R2和第三电阻R3并联后与第二电容C2串联构成，上述的第二阻尼支路132由第四电阻R4和第五电阻R5并联后与第三电容C3构成，第二电容C2与第三电容C3连接，上述的取能支路14由第四电容C4与第六电阻R6串联构成，该第四电容C4的一端分别与第三电容C3及第二电容C2连接，另一端与第六电阻的一端连接，第六电阻的另一端与上述的晶闸管触发监测模块16连接，上述的均压支路15由第七电阻R7和第八电阻R8串联构成。
在一较佳实施例中，如图6所示，上述的第二供电模块12包括：光电转换器121和电能转换器122，所述光电转换器121用于接收外部激光电源102输出的光能，并将所述光能转换为电能发送至所述电能转换器122进行调制后为所述换相失败监测单元101供电。具体地，在实际应用中，上述的外部激光电源102为激光发射器，该激光发射器可以根据实际应用场景安装于底面或换流阀内部其他部位等，本发明并不以此为限。
通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供的换流阀晶闸管级取能和储能模块，通过第一供电模块和/或第二供电模块对换流阀中增设的换相失败单元进行供电，解决了换相失败单元供电困难的问题，进而使得在对换流阀系统的抵御换相失败技术升级改造时，不需要改变原换流阀的一、二次设备，而仅需在每台换流阀上增加安装几个换相失败监测单元即可。
实施例2
本发明实施例提供了一种换流阀，如图7所示，上述的换流阀包括：上述实施例1中的换流阀晶闸管级取能和储能模块201。该换流阀晶闸管级取能和储能模块201设置于换流阀的内部，详细内容详见实施例1中的相关描述，在此不再进行赘述。
本发明实施例提供的换流阀，通过在该换流阀晶闸管级取能和储能模块中的第一供电模块和/或第二供电模块对换流阀中增设的换相失败单元进行供电，解决了换相失败单元供电困难的问题，进而使得在对换流阀系统的抵御换相失败技术升级改造时，不需要改变原换流阀的一、二次设备，而仅需在每台换流阀上增加安装几个换相失败监测单元即可。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种换流阀晶闸管级取能和储能模块，设置于换流阀内，其特征在于，包括：
与换流阀的换相失败监测单元(101)连接的供电电路(1)，用于向所述换相失败监测单元(101)供电，所述供电电路(1)包括第一供电模块(11)和/或第二供电模块(12)，其中，
所述第一供电模块(11)用于采集并存储所述换流阀中晶闸管级回路的电能后向所述换相失败监测单元(101)供电；
所述第二供电模块(12)用于接收外部激光电源输出的光能，并将所述光能转换为电能向所述换相失败监测单元(101)供电。
2.根据权利要求1所述的换流阀晶闸管级取能和储能模块，其特征在于，还包括：晶闸管(T)、阻尼支路(13)、取能支路(14)、均压支路(15)及晶闸管触发监测模块(16)，其中，
所述阻尼支路(13)的两端分别连接至所述晶闸管(T)的阴极和阳极；
所述晶闸管触发监测模块(16)通过所述阻尼支路(13)和所述取能支路(14)从主回路中的晶闸管两端进行取能，所述晶闸管触发监测模块(16)与所述晶闸管(T)的门极连接；
所述均压支路(15)的一端与所述晶闸管触发监测模块(16)连接，所述均压支路(15)的另一端与所述晶闸管(T)的阳极连接。
3.根据权利要求2所述的换流阀晶闸管级取能和储能模块，其特征在于，
所述第一供电模块(11)串联于所述阻尼支路(13)或均压支路(15)或取能支路(14)中；
所述第一供电模块(11)采集并存储所述阻尼支路(13)或均压支路(15)或取能支路(14)中的电能，为所述换相失败监测单元(101)供电。
4.根据权利要求2所述的换流阀晶闸管级取能和储能模块，其特征在于，
所述第一供电模块(11)并联于所述晶闸管触发监测模块(16)或所述晶闸管(T)的阴极和阳极两端；
当所述晶闸管(T)关断时，所述第一供电模块(11)采集并存储所述晶闸管(T)的阴极和阳极两端的电能，为所述换相失败监测单元(101)供电。
5.根据权利要求2所述的换流阀晶闸管级取能和储能模块，其特征在于，所述第一供电模块(11)包括：取能晶闸管(T1)、二极管(D)、第一电阻(R1)、第一电容(C1)及稳压二极管(DV)，其中，
所述取能晶闸管(T1)的阳极分别与所述二极管(D)的正向端和所述稳压二极管(DV)的反向端连接，所述取能晶闸管(T1)的门极与所述稳压二极管(DV)的正向端连接；
所述二极管(D)的反向端与所述第一电容(C1)连接后与所述取能晶闸管(T1)的阴极连接；
所述稳压二极管(DV)的正向端与所述第一电阻(R1)连接后与所述取能晶闸管(T1)的阴极连接。
6.根据权利要求5所述的换流阀晶闸管级取能和储能模块，其特征在于，
所述第一供电模块(11)还包括至少一电磁互感器(P)，所述电磁互感器(P)的原绕组设置于所述晶闸管(T)的阳极或阴极，所述电磁互感器(P)的副绕组接至所述取能晶闸管(T1)的阳极和阴极两端；
所述第一供电模块(11)通过所述电磁互感器(P)进行电磁耦合采集并存储电能，为所述换相失败监测单元(101)供电。
7.根据权利要求1所述的换流阀晶闸管级取能和储能模块，其特征在于，
所述第二供电模块(12)包括：光电转换器(121)和电能转换器(122)，所述光电转换器(121)用于接收外部激光电源(102)输出的光能，并将所述光能转换为电能发送至所述电能转换器(122)进行调制后为所述换相失败监测单元(101)供电。
8.根据权利要求7所述的换流阀晶闸管级取能和储能模块，其特征在于，
所述外部激光电源(102)为激光发射器。
9.根据权利要求2所述的换流阀晶闸管级取能和储能模块，其特征在于，所述阻尼支路(13)包括：第一阻尼支路(131)及第二阻尼支路(132)，所述第一阻尼支路(131)的一端分别与所述取能支路(14)及连接所述第二阻尼支路(132)的一端，所述第一阻尼支路(131)的另一端与所述晶闸管(T)的阴极连接，所述第二阻尼支路(132)的另一端与所述晶闸管(T)的阳极连接。
10.一种换流阀，其特征在于，包括：
如权利要求1-9任意一项所述的换流阀晶闸管级取能和储能模块(201)。
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