CN110994566A - 一种机械开关触发回路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种机械开关触发回路及控制方法,机械开关触发回路包括储能电容、分合闸线圈、控制回路,控制回路包括放电回路、控制板卡,放电回路包括至少两组放电通路并联,每组放电通路至少包括两只功率半导体器件串联,每组独立的放电通路分别由独立的控制板卡控制,每块控制板卡配置冗余的电源模块、光接收模块、逻辑控制模块、功率半导体器件触发模块。在触发回路某单元发生故障时,本发明的方案能提高机械开关触发回路正确动作的可靠性,同时大大降低触发回路发生误动、拒动的概率,在直流系统发生故障时确保快速机械开关能正确动作,使高压直流断路器及时、可靠的切除故障点,保障直流输电系统安全、稳定运行。

Description

一种机械开关触发回路及控制方法
技术领域
本发明涉及柔性直流输电领域,尤其涉及一种机械开关触发回路及控制方法。
背景技术
柔性直流输电系统在发生直流侧短路时,由于直流侧等效电阻很小,所有换流器子模块的储能元件同时对故障点放电,会造成故障电流迅速上升,如果不对故障线路隔离,只能利用换流器交流侧的交流断路器切除故障电流,或者通过本身具有电流切除能力的换流器闭锁来切除短路电流,最终的结果是任何一条直流线路上发生短路故障,都会导致柔性直流输电系统的所有换流器闭锁,系统停运,严重危害直流电网及相连的交流系统安全。
通过在直流线路两侧装配高压直流断路器,在直流故障发生后,迅速将故障线路切除,可以保证整个系统不受故障线路影响,高压直流断路器已经成为直流电网故障元件快速隔离、构建直流电网的关键设备。快速机械开关作为混合式高压直流断路器的关键组成部件,可以在几毫秒内完成分断,并将故障电流转移至可以分断故障电流的转移支路电力电子开关中,从而实现系统短路故障电流的切断。快速机械开关之所以能达到这么快的分合闸速度,是通过触发回路控制放电回路的半导体开关导通,将分合闸储能电容中的能量迅速在分合闸线圈产生上千安培的电流,在斥力盘中产生强大的电磁斥力,带动触头实现分合闸操作。机械开关触发回路动作的可靠性直接决定快速机械开关、甚至整个断路器能否正常运行。
在实际工程应用中,一般通过半导体器件的串联来提高其防误动的可靠性,通过部分功能电路的冗余设计来提高其防拒动的可靠性,但是往往设计不足导致可靠性提升有限,本文基于快速机械开关在高压直流断路器中的应用工况以及工程应用经验,提出了一种提高机械开关动作可靠性的触发回路及控制方法。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明公布了一种机械开关触发回路及控制方法,在机械开关触发回路某一单元发生异常时,可以提高机械开关触发回路正确动作的可靠性,同时降低机械开关发生拒动、误动的概率。
为实现上述技术目的,本发明采取的技术方案为:
一种机械开关触发回路,所述机械开关触发回路包括储能电容、分合闸线圈和控制回路,所述控制回路包括放电回路和控制板卡,所述储能电容、分合闸线圈和放电回路串联连接;所述放电回路包括至少2组放电通路,所述放电通路之间并联连接,每组放电通路由至少2只功率半导体器件串联组成;每组放电通路由独立的控制板卡控制。
进一步地,各组放电通路的中点之间互相连接,或者相互不连接。
进一步地,所述功率半导体器件为晶闸管、IGBT、IGCT或者IEGT。
进一步地,所述控制板卡包括至少2套冗余配置的电源模块、至少2套冗余配置的光接收模块、至少2套冗余配置的逻辑模块和与放电通路中串联的功率半导体器件数量一致的功率半导体器件触发模块;所述电源模块用于给逻辑模块、光接收模块、触发模块供电;所述光接收模块从光纤链路接收功率半导体器件的控制命令并输出到逻辑模块;所述逻辑模块解析功率半导体器件的控制命令并根据光纤链路的状态综合判断控制功率半导体器件触发模块。
进一步地,所述控制板卡的各路电源模块输入分别连接至独立的电源回路,或者是多路电源模块输入连接至非独立的一路或多路电源回路;各路电源模块输出并联后同时给所有逻辑模块、光接收模块、触发模块供电,或者是各路电源模块分别给单套逻辑模块、光接收模块、触发模块独立供电。
进一步地,所述控制板卡的各路光接收模块输入通过光纤连接至同一装置的同一块通讯板卡,或者是分别连接到同一装置中不同的通讯板卡,或者是分别连接至不同装置中的通讯板卡;各路光接收模块输出分别连接至独立的逻辑模块,或者是每路光纤模块的输出同时连接至所有逻辑模块。
进一步地,所述控制板卡的各路逻辑模块输出分别连接至独立的半导体器件触发模块,或者是每路逻辑模块输出同时连接至所有半导体器件触发模块;各路半导体器件触发模块输出分别连接至对应的功率半导体器件。
本发明还相应提供了一种机械开关触发回路控制方法,包括:上级控制装置通讯板卡下发给触发回路控制板卡的下行通讯协议中包含放电通路中所有串联的功率半导体器件的控制命令,每个逻辑模块判断各路光纤链路的通讯状态,在一路或多路通讯链路发生下行通讯故障时,根据设定逻辑自动切换到其他正常通讯链路,正常执行上级下发的分闸或合闸命令。
本发明的有益效果:本发明提供了一种易实现、实用性很强的提高机械开关触发回路可靠性的触发回路及控制方法,通过放电通路和控制板卡的冗余设计,在机械开关触发回路某些模块发生异常时,确保机械开关仍能够进行正常的分闸、合闸操作,同时极大地降低了机械开关发生误动、拒动的概率,大大提高了机械开关以及高压直流断路器的可靠性,从而保障整个柔性直流输电系统安全、稳定运行。
附图说明
图1为本发明的一种机械开关触发回路实施例一;
图2为本发明的一种机械开关触发回路实施例二;
图3为本发明的一种优选的控制板卡逻辑图;
图4为本发明的另一种控制板卡逻辑图;
图5为本发明的控制方法逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明一种机械开关触发回路,所包括储能电容、分合闸线圈和控制回路,所述控制回路包括放电回路和控制板卡,所述储能电容、分合闸线圈和放电回路串联连接;所述放电回路包括至少2组放电通路,所述放电通路之间并联连接,每组放电通路由至少2只功率半导体器件串联组成;每组放电通路由独立的控制板卡控制。功率半导体器件可以为晶闸管、IGBT、IGCT或者IEGT。优选的方案中,各组放电通路的中点之间互相连接,或者相互不连接。
优选的方案中,控制板卡包括至少2套冗余配置的电源模块、至少2套冗余配置的光接收模块、至少2套冗余配置的逻辑模块和与放电通路中串联的功率半导体器件数量一致的功率半导体器件触发模块;所述电源模块用于给逻辑模块、光接收模块、触发模块供电;所述光接收模块从光纤链路接收功率半导体器件的控制命令并输出到逻辑模块;所述逻辑模块解析功率半导体器件的控制命令并根据光纤链路的状态综合判断控制功率半导体器件触发模块。
优选的方案中,所述控制板卡的各路电源模块输入分别连接至独立的电源回路,或者是多路电源模块输入连接至非独立的一路或多路电源回路;各路电源模块输出并联后同时给所有逻辑模块、光接收模块、触发模块供电,或者是各路电源模块分别给单套逻辑模块、光接收模块、触发模块独立供电。
优选的方案中,所述控制板卡的各路光接收模块输入通过光纤连接至同一装置的同一块通讯板卡,或者是分别连接到同一装置中不同的通讯板卡,或者是分别连接至不同装置中的通讯板卡;各路光接收模块输出分别连接至独立的逻辑模块,或者是每路光纤模块的输出同时连接至所有逻辑模块。
优选的方案中,所述控制板卡的各路逻辑模块输出分别连接至独立的半导体器件触发模块,或者是每路逻辑模块输出同时连接至所有半导体器件触发模块;各路半导体器件触发模块输出分别连接至对应的功率半导体器件。
通过对放电回路和控制板卡进行冗余配置,以提高触发回路的可靠性。
如图1所示为一种机械开关触发回路实施例一,包括储能电容、分合闸线圈和控制回路,所述控制回路包括放电回路和控制板卡,所述储能电容、分合闸线圈和放电回路串联连接。放电回路由放电通路1和放电通路2并联组成,放电通路1或放电通路2导通时放电回路导通,放电回路1和放电回路2都不导通时放电回路不导通。放电通路1由晶闸管1和晶闸管2串联构成,当晶闸管1和晶闸管2同时导通时放电通路1导通;放电通路2由晶闸管3和晶闸管4串联构成,晶闸管3和晶闸管4同时导通时放电通路2导通。放电回路1中的晶闸管1和晶闸管2由控制板卡1控制,放电回路2中的晶闸管3和晶闸管4由控制板卡2控制,控制板卡1和控制板卡2完全相同。
如图2所示为一种机械开关触发回路实施例二。
放电回路包括4个放电通路组成,晶闸管1和晶闸管2串联组成放电通路1,晶闸管3和晶闸管4串联组成放电通路2,放电通路1的中点和放电通路2的中点相互连接,晶闸管1和晶闸管4串联组成放电通路3,晶闸管3和晶闸管2串联组成放电通路4,晶闸管1和晶闸管2同时导通时放电回路1导通,晶闸管3和晶闸管4同时导通时放电回路2导通,晶闸管1和晶闸管4同时导通时放电回路3导通,晶闸管3和晶闸管2同时导通时放电回路4导通。放电回路1中的晶闸管1和晶闸管2由控制板卡1控制,放电回路2中的晶闸管3和晶闸管4由控制板卡2控制。
控制板卡实现的一种优选实施例如图3所示,包括:
控制板卡主要由电源模块、光接收模块、逻辑控制模块、功率半导体器件触发模块等组成,控制板卡1控制晶闸管1和晶闸管2,控制板卡2控制晶闸管3和晶闸管4,控制板卡1和控制板卡2完全相同。电源模块1由电源总线1供电,电源模块2由电源总线2供电,电源总线1和电源总线2完全独立,电源模块1输出和电源模块2输出并联后给控制板卡其它所有模块供电,电源总线1或电源模块1故障任一故障不影响板卡正常供电,电源总线2或电源模块2任一故障不影响板卡正常供电。
光接收模块1输入通过通讯光纤1连接至通讯板卡1,光接收模块1输出同时连接至逻辑1和逻辑模块2,光接收模块2输入通过通讯光纤2连接至通讯板卡2,光接收模块2输出同时连接至逻辑1和逻辑模块2。通讯光纤1和通讯光纤2中同时传输两个晶闸管的控制命令。通讯板卡1或通讯光纤1或光接收模块1任一故障不影响逻辑模块1和逻辑模块2接收两个晶闸管的控制命令,通讯板卡2或通讯光纤2或光接收模块2任一故障不影响逻辑模块1和逻辑模块2接收两个晶闸管的控制命令。
触发模块1输入同时接连至逻辑模块1和逻辑模块2,输出连接至晶闸管1或3;触发模块2输入同时接连至逻辑模块1和逻辑模块2,输出连接至晶闸管2或4,逻辑模块1或逻辑模块2任一故障不影响晶闸管的正常触发。
控制板卡实现的另一种优选实施例如图4所示,包括:
控制板卡主要由电源模块、光接收模块、逻辑控制模块、功率半导体器件触发模块等组成,控制板卡1控制晶闸管1和晶闸管2,控制板卡2控制晶闸管3和晶闸管4,控制板卡1和控制板卡2完全相同。电源模块1由电源总线1供电,电源模块2由电源总线2供电,电源总线1和电源总线2完全独立,电源模块1给逻辑模块1、光接收模块1、触发模块1供电,电源模块2给逻辑模块2、光接收模块2、触发模块2供电。光接收模块1输入通过通讯光纤1连接至通讯板卡1,光接收模块1输出连接至逻辑模块1,逻辑模块1连接至触发模块1;光接收模块2输入通过通讯光纤2连接至通讯板卡2,光接收模块2输出连接至逻辑模块2,逻辑模块2连接至触发模块2。通讯光纤1中传输晶闸管1的控制命令,通讯光纤2中传输晶闸管2的控制命令。
单独一个晶闸管以及与其相连的电源总线、电源模块、光纤链路、光接收模块、逻辑模块、触发模块中,任一单元故障只影响该晶闸管的导通,其它三只晶闸管仍能正常工作,保证放电回路可以正常导通。
本发明的一种机械开关触发回路控制方法,包括:上级控制装置通讯板卡下发给触发回路控制板卡的下行通讯协议中包含放电通路中所有串联的功率半导体器件的控制命令,每个逻辑模块判断各路光纤链路的通讯状态,在一路或多路通讯链路发生下行通讯故障时,根据设定逻辑自动切换到其他正常通讯链路,正常执行上级下发的分闸或合闸命令。
一种优选的机械开关触发回路控制方法实施例包括:
机械开关触发回路控制板卡中各逻辑模块可以使用相同的控制逻辑及程序,光纤链路1和光纤链路2中下行的控制命令完全相同,均包含晶闸管1和2的控制命令。所述控制方法的优选逻辑如图5所示。
上电后,逻辑模块首先进行自检,自检不通过则闭锁输出不做任何操作,自检通过则进行下一步;
先判断光纤链路1通讯是否正常,正常则解析光纤链路1的命令,根据命令导通晶闸管1和2,或者不做任何操作;
如果光纤链路1通讯不正常,则判断光纤链路2通讯是否正常,正常则解析光纤链路2的命令,根据命令导通晶闸管1和2,或者不做任何操作;
如果光纤链路2通讯不正常,则闭锁输出不做任何操作。
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 (8)

1.一种机械开关触发回路,所述机械开关触发回路包括储能电容、分合闸线圈和控制回路,所述控制回路包括放电回路和控制板卡,其特征在于:所述储能电容、分合闸线圈和放电回路串联连接;所述放电回路包括至少2组放电通路,所述放电通路之间并联连接,每组放电通路由至少2只功率半导体器件串联组成;每组放电通路由独立的控制板卡控制。
2.如权利要求1所述的机械开关触发回路,其特征在于,各组放电通路的中点之间互相连接,或者相互不连接。
3.如权利要求1所述的机械开关触发回路,其特征在于,所述功率半导体器件为晶闸管、IGBT、IGCT或者IEGT。
4.如权利要求1所述的机械开关触发回路,其特征在于,所述控制板卡包括至少2套冗余配置的电源模块、至少2套冗余配置的光接收模块、至少2套冗余配置的逻辑模块和与放电通路中串联的功率半导体器件数量一致的功率半导体器件触发模块;所述电源模块用于给逻辑模块、光接收模块、触发模块供电;所述光接收模块从光纤链路接收功率半导体器件的控制命令并输出到逻辑模块;所述逻辑模块解析功率半导体器件的控制命令并根据光纤链路的状态综合判断控制功率半导体器件触发模块。
5.如权利要求4所述的机械开关触发回路,其特征在于,所述控制板卡的各路电源模块输入分别连接至独立的电源回路,或者是多路电源模块输入连接至非独立的一路或多路电源回路;各路电源模块输出并联后同时给所有逻辑模块、光接收模块、触发模块供电,或者是各路电源模块分别给单套逻辑模块、光接收模块、触发模块独立供电。
6.如权利要求4所述的机械开关触发回路,其特征在于,所述控制板卡的各路光接收模块输入通过光纤连接至同一装置的同一块通讯板卡,或者是分别连接到同一装置中不同的通讯板卡,或者是分别连接至不同装置中的通讯板卡;各路光接收模块输出分别连接至独立的逻辑模块,或者是每路光纤模块的输出同时连接至所有逻辑模块。
7.如权利要求4所述的机械开关触发回路,其特征在于,所述控制板卡的各路逻辑模块输出分别连接至独立的半导体器件触发模块,或者是每路逻辑模块输出同时连接至所有半导体器件触发模块;各路半导体器件触发模块输出分别连接至对应的功率半导体器件。
8.一种机械开关触发回路控制方法,其特征在于,上级控制装置通讯板卡下发给触发回路控制板卡的下行通讯协议中包含放电通路中所有串联的功率半导体器件的控制命令,每个逻辑模块判断各路光纤链路的通讯状态,在一路或多路通讯链路发生下行通讯故障时,根据设定逻辑自动切换到其他正常通讯链路,正常执行上级下发的分闸或合闸命令。
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