CN111830313A - 用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统 - Google Patents

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王宁燕
许军
李功新
丁登伟
刘卫东
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State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明提出一种用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统,包括:与模块化多电平换流器同侧设置的:相连接的阻容型分压模块和高电位采集模块,以及与高电位采集模块通过光纤连接并设置在远端的:地电位采集模块;所述分压模块与模块化多电平换流器连接。其在模块化多电平换流器上有限的空间实现了暂态过电压的耦合传感与高速采集,兼顾了宽频频响特性、高速采集以及低功耗需求。将采集模块分割为高电位和地电位模块,满足了测量的电气绝缘要求,提高了抗干扰能力。

Description

用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统
技术领域
本发明涉及电气设备技术领域,尤其涉及一种用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统。
背景技术
模块化多电平换流器(Modular multilevel converter,简称MMC)是高压大容量柔性直流(voltage sourced converter high voltage direct current,简称VSC-HVDC)输电工程的核心。与传统开关类型的电压源换流器相比,模块化多电平换流器可方便地获得很高的输出电平数,显著地提升了输出电压波形质量,同时降低了功率半导体器件的开关频率和损耗,成为目前高压大容量柔性直流输电工程最常采用的一种换流器型式。在众多高压大容量柔性直流输电工程的实际运行中,时常发生由于暂态过电压引发模块化多电平换流器频繁损坏,严重影响了直流输电工程的安全稳定运行。由于目前大多工程中主要是依靠暂态仿真软件来分析换流站交流侧、直流侧及换流站内部过电压水平,从而确定换流阀的绝缘配合方案。由于换流站中关键设备的过电压仿真模型的选取方面还比较粗糙,基本上采用的都是集中参数的理想模型,并没有考虑到关键设备寄生参数的影响,特别是针对雷击过电压下高频分量,现有模型并不能很好的适用。此外对于引起换流阀系统内部过电压的机理还缺少充分的认识,因此现阶段的过电压分析还比较理想化,导致仿真分析结果存在一定的局限,与实际内部的暂态过电压水平存在差异。由于阀厅内电磁环境复杂,模块众多,电气参量测量方法欠缺,已有控制系统无法对其电磁暂态特性进行在线监测,对于模块化多电平换流器子模块暂态过电压监测的研究较少。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷和不足,提出一种用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统,能够对运行中模块化多电平换流器承受的暂态过电压进行实时监测,为评估模块化多电平换流器的运行状态和分析故障原因提供有力支撑。
其具体采用以下技术方案:
一种用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统,其特征在于,包括:与模块化多电平换流器同侧设置的:相连接的阻容型分压模块和高电位采集模块,以及与高电位采集模块通过光纤连接并设置在远端的:地电位采集模块;所述分压模块与模块化多电平换流器连接。
优选地,所述分压模块包括相连接的高压臂和低压臂;所述高压臂包括相并联的高压臂电容和高压臂电阻,所述低压臂包括相并联的低压臂电容和低压臂电阻;所述模块化多电平换流器两端的电压作为分压模块的输入信号,连接高压臂;所述低压臂引出模拟输出信号至高电位采集模块。
优选地,所述高压臂电容由相互垂直的圆柱形高压电极和平板型感应电极,以及设置在圆柱形高压电极和平板型感应电极之间的绝缘介质构成;所述高压臂和低压臂通过绝缘薄膜隔离。
优选地,所述分压模块的分压比为10000:1。
优选地,所述高电位采集模块对模拟输出信号以100Msps采集。
优选地,所述高电位采集模块包括:高阻抗输入单元、高速ADC采集单元、并串行转换以及电光转换单元;所述电光转换单元通过光纤连接地电位采集模块。
优选地,所述高电位采集模块与模块化多电平换流器共用直流电源,所述高电位采集模块通过电源滤波模块连接直流电源;所述电源滤波模块包括DC/DC隔离电路和高频磁环。
优选地,由所述地电位采集模块执行采集触发,触发机制包括通道阈值触发和暂态陡度触发。
优选地,所述地电位采集模块连接有存储控制单元;所述地电位采集模块包括:串并行转换以及光电转换单元,缓存与触发单元以及存储传输单元;所述存储传输单元连接存储控制单元,所述存储控制单元由交换机和工控机组成。
优选地,所述地电位采集模块连接一个或多个高电位采集模块;所述存储控制单元连接一个或多个地电位采集模块。
本发明及其优选方案具有以下有益效果:
本发明首先在模块化多电平换流器上有限的空间实现了暂态过电压的耦合传感与高速采集,兼顾了宽频频响特性、高速采集以及低功耗需求。将采集模块分割为高电位和地电位模块,满足了测量的电气绝缘要求,提高了抗干扰能力。该系统可以同时监测多个模块化多电平换流器运行中出现的暂态过电压,可优化高压柔性直流换流阀的绝缘配合,为评估模块化多电平换流器的运行状态和分析故障原因提供有力支撑。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明:
图1为本发明实施例的系统整体结构示意图;
图2为本发明实施例的分压模块结构示意图;
图3为本发明实施例的最简核心方案示意图;
图中:1-高压电极;2-高压臂电阻;3-感应电极;4-聚四氟乙烯;5-绝缘薄膜;6-低压臂电阻;7-低压臂电容。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合附图,作详细说明如下:
本实施例方案提出在模块化多电平换流器的端口就近安装阻容型分压模块,测量带宽为DC~20MHz,最高输入电压为10kV,分压比为10000:1,然后利用低功耗的高电位采集模块实现高速采集,采样率为100Msps,通过光纤与地电位测量模块联接,在地电位采集模块实现采集触发和缓存控制,最后在通过TCP/IP协议与存储控制单元通信。
该系统结构如图1所示,主要包括5个功能模块,分别为分压模块、高电位采集模块、电源滤波模块、地电位采集模块和存储控制单元。其中分压模块、高电位采集模块和电源滤波模块与模块化多电平换流器集成,就近安装在高电位。地电位采集模块和存储控制单元安装在远端的地电位。高电位采集模块与地电位采集模块之间通过光纤联接,解决了高电压绝缘问题。
其具体包含以下结构和功能特征:
(1)分压模块
模块化多电平换流器两端的电压作为分压模块的输入信号,最高输入电压不超过10kV,分压模块的结构如图2所示。由于模块化多电平换流器运行时承受的是直流电压,因此为了准确测量模块两端的暂态过电压,分压模块需既能测量暂态电压,又能准确测量直流电压,因此需采用阻容分压原理。
图2中可见分压模块的主要结构高压臂和低压臂由高压臂电容CH、高压臂电阻2RH、低压臂电容7CL和低压臂电阻6RL组成。其中高压臂电容CH由圆柱形高压电极1与平板型感应电极3组成,高压电极1长约3cm,直径1cm, 感应电极3直径4cm,厚为5mm,高压电极1与感应电极3之间距离为8mm,用聚四氟乙烯4作为绝缘介质,等效电容大小约为0.32pF。高压臂电阻2为集总参数电阻元件,大小为100 MΩ,低压臂电容7为集总参数电容元件,大小为3.2nF。高压臂电容CH与高压臂电阻2RH并联,低压臂电容7CL和低压臂电阻6RL并联。高压臂和低压臂之间通过绝缘薄膜5进行绝缘隔离。
最后从低压臂引出模拟输出信号。本实施例中的分压模块分压比为10000:1。
(2)高电位采集模块
分压模块的模拟输出信号作为高电位采集模块的输入信号。在本实施例中,高电位采集模块包含高阻抗输入单元、高速ADC采集单元,并串行转换以及电光转换单元。高阻抗输入单元实现模拟通道输入阻抗为5 MΩ,为高阻输入,并增加滤波电路,模拟带宽限制为20MHz。高速ADC采集单元,采样率为100Msps,精度为12位。并串行转换以及电光转换单元将ADC并行采集信号数字信号转换为高速串行信号,速度为2Gbps,利用SFF光模块,通过光纤输出到地电位采集模块。
(3)电源滤波模块
由于高电位采集模块与模块化多电平换流器一体安装,高电位采集模块采用模块化多电平换流器上的统一电源供应,为15V的直流电源,功率不高于3W。为了抑制电源端口侵入的高频干扰,本实施例在电源滤波模块中采用了DC/DC隔离电路,以及高频磁环。
(4)地电位采集模块
地电位采集模块,通过光纤与高电位采集模块联接,实现电气隔离。在本实施例中,一个地电位采集模块设计为可以同时接入4个高电位采集模块。地电位采集模块包含串并行转换以及光电转换单元,缓存与触发单元以及存储传输单元。串并行转换以及光电转换单元将由高电位采集模块传来的光信号转换为电信号,并将高速串行信号转化为并行高速信号。缓存与触发单元实现采集模块灵活控制,缓存大小为10MB,触发机制包括通道阈值触发和暂态陡度触发。存储传输单元实现大容量板载数据缓存,大小为1GB,支撑先进先出的循环存储模式,通过千兆电网口与存储控制单元相联。
(5)存储控制单元
本实施例的存储控制单元由交换机和工控机组成,实现数据的存储,后台的功能控制等功能。可以在工控机上安装存储控制系统,通过软件系统灵活控制各个地电位采集模块,设置采集模块的采集量程,触发模式,以及单次采样长度。此外系统还可以额外设计自动提取过电压幅值,进行长时统计分析,对超过阈值的过电压进行实时预警等功能,并通过分析各个暂态过电压的频谱分布特征,为模块化多电平换流器运行状态评估提供依据。
如图3所示,基于以上本发明提供的设计原理,本实施例还提供了能够实现本发明目的的最简模型,包括:与模块化多电平换流器同侧设置的:相连接的阻容型分压模块和高电位采集模块,以及与高电位采集模块通过光纤连接并设置在远端的:地电位采集模块;分压模块与模块化多电平换流器连接。在该模型当中,分压模块和高电位采集模块实现了在模块化多电平换流器侧的两端的暂态过电压,并通过光纤与远端的地电位采集模块连接并实现电气隔离进行安全的采集触发和数据存储。
本专利不局限于上述最佳实施方式,任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统,其特征在于,包括:与模块化多电平换流器同侧设置的:相连接的阻容型分压模块和高电位采集模块,以及与高电位采集模块通过光纤连接并设置在远端的:地电位采集模块;所述分压模块与模块化多电平换流器连接。
2.根据权利要求1所述的用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统,其特征在于:所述分压模块包括相连接的高压臂和低压臂;所述高压臂包括相并联的高压臂电容和高压臂电阻,所述低压臂包括相并联的低压臂电容和低压臂电阻;所述模块化多电平换流器两端的电压作为分压模块的输入信号,连接高压臂;所述低压臂引出模拟输出信号至高电位采集模块。
3.根据权利要求1所述的用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统,其特征在于:所述高压臂电容由相互垂直的圆柱形高压电极和平板型感应电极,以及设置在圆柱形高压电极和平板型感应电极之间的绝缘介质构成;所述高压臂和低压臂通过绝缘薄膜隔离。
4.根据权利要求1所述的用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统,其特征在于:所述分压模块的分压比为10000:1。
5.根据权利要求2所述的用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统,其特征在于:所述高电位采集模块对模拟输出信号以100Msps采集。
6.根据权利要求1所述的用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统,其特征在于:所述高电位采集模块包括:高阻抗输入单元、高速ADC采集单元、并串行转换以及电光转换单元;所述电光转换单元通过光纤连接地电位采集模块。
7.根据权利要求1所述的用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统,其特征在于:所述高电位采集模块与模块化多电平换流器共用直流电源,所述高电位采集模块通过电源滤波模块连接直流电源;所述电源滤波模块包括DC/DC隔离电路和高频磁环。
8.根据权利要求1所述的用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统,其特征在于:由所述地电位采集模块执行采集触发,触发机制包括通道阈值触发和暂态陡度触发。
9.根据权利要求6所述的用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统,其特征在于:所述地电位采集模块连接有存储控制单元;所述地电位采集模块包括:串并行转换以及光电转换单元,缓存与触发单元以及存储传输单元;所述存储传输单元连接存储控制单元,所述存储控制单元由交换机和工控机组成。
10.根据权利要求9所述的用于模块化多电平换流器的暂态过电压宽频监测系统,其特征在于:所述地电位采集模块连接一个或多个高电位采集模块;所述存储控制单元连接一个或多个地电位采集模块。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114047374A (zh) * 2022-01-11 2022-02-15 华北电力大学 一种gis手窗式vfto传感与触发一体化测量装置

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101846712A (zh) * 2010-04-01 2010-09-29 苏州崴展电子科技有限公司 电容式触摸屏ito电气特性检测方法及检测系统
CN202126458U (zh) * 2011-06-14 2012-01-25 福建中能电气股份有限公司 一种带屏蔽电缆的电压传感器
CN102611413A (zh) * 2012-03-16 2012-07-25 浙江大学 Igbt串联型高压脉冲发生器
CN104793075A (zh) * 2015-03-30 2015-07-22 北京广利核系统工程有限公司 一种压水堆核电厂保护系统的定期试验系统
CN104993510A (zh) * 2015-08-06 2015-10-21 国家电网公司 基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统
CN105158554A (zh) * 2015-10-21 2015-12-16 国网山东省电力公司枣庄供电公司 电网过电压在线监测系统
CN106291074A (zh) * 2016-07-28 2017-01-04 孙文兵 一种35kV变电站过电压在线监测装置
CN106443144A (zh) * 2015-08-11 2017-02-22 中国电力科学研究院 一种特高压gis用分布式暂态过电压监测系统
CN206740167U (zh) * 2017-03-10 2017-12-12 上海海洋大学 一种智能港口海洋环境实时监测系统
CN107516872A (zh) * 2016-06-15 2017-12-26 全球能源互联网研究院 一种mmc换流阀子模块正向过电压保护电路
CN108336752A (zh) * 2018-04-04 2018-07-27 国网江苏省电力有限公司泗洪县供电分公司 模块化多电平换流器不可控预充电阶段的电容电压平衡方法
CN109217267A (zh) * 2018-09-20 2019-01-15 山东大学 基于限流电感电压极性的多端柔性直流电网纵联保护方法及系统
CN110456123A (zh) * 2019-08-05 2019-11-15 中国电力科学研究院有限公司 一种宽频暂态电压分压测量装置及方法
CN110579689A (zh) * 2019-10-14 2019-12-17 清华四川能源互联网研究院 用于高压gil设备故障精确定位装置和方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101846712A (zh) * 2010-04-01 2010-09-29 苏州崴展电子科技有限公司 电容式触摸屏ito电气特性检测方法及检测系统
CN202126458U (zh) * 2011-06-14 2012-01-25 福建中能电气股份有限公司 一种带屏蔽电缆的电压传感器
CN102611413A (zh) * 2012-03-16 2012-07-25 浙江大学 Igbt串联型高压脉冲发生器
CN104793075A (zh) * 2015-03-30 2015-07-22 北京广利核系统工程有限公司 一种压水堆核电厂保护系统的定期试验系统
CN104993510A (zh) * 2015-08-06 2015-10-21 国家电网公司 基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统
CN106443144A (zh) * 2015-08-11 2017-02-22 中国电力科学研究院 一种特高压gis用分布式暂态过电压监测系统
CN105158554A (zh) * 2015-10-21 2015-12-16 国网山东省电力公司枣庄供电公司 电网过电压在线监测系统
CN107516872A (zh) * 2016-06-15 2017-12-26 全球能源互联网研究院 一种mmc换流阀子模块正向过电压保护电路
CN106291074A (zh) * 2016-07-28 2017-01-04 孙文兵 一种35kV变电站过电压在线监测装置
CN206740167U (zh) * 2017-03-10 2017-12-12 上海海洋大学 一种智能港口海洋环境实时监测系统
CN108336752A (zh) * 2018-04-04 2018-07-27 国网江苏省电力有限公司泗洪县供电分公司 模块化多电平换流器不可控预充电阶段的电容电压平衡方法
CN109217267A (zh) * 2018-09-20 2019-01-15 山东大学 基于限流电感电压极性的多端柔性直流电网纵联保护方法及系统
CN110456123A (zh) * 2019-08-05 2019-11-15 中国电力科学研究院有限公司 一种宽频暂态电压分压测量装置及方法
CN110579689A (zh) * 2019-10-14 2019-12-17 清华四川能源互联网研究院 用于高压gil设备故障精确定位装置和方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王宁燕等: "柔性直流输电工程中MMC模块内IGBT运行时暂态电压精确", 《高压电器》 *
薛兵, 西安电子科技大学出版社 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114047374A (zh) * 2022-01-11 2022-02-15 华北电力大学 一种gis手窗式vfto传感与触发一体化测量装置

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