CN111929564A - 一种换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量方法及装置 - Google Patents

一种换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高压直流输电技术领域，公开了一种换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量方法及装置，测量方法包括以下步骤：S1、建立换流阀晶闸管级电路等效电路的仿真模型；S2、在特定交流电压的信号激励下，改变激励信号的频率，分析比较换流阀晶闸管级电路在拆线和不拆线时等效电路的响应特性；S3、采用不同交流电压不同频率的信号激励下，借助采样电阻得到换流阀晶闸管级电路在不拆线时电路中的电流数值；S4、通过阻抗计算换流阀晶闸管级电路中核心器件在不拆线时阻尼电阻和阻尼电容的参数值，这种测量方法及装置，使得测量劳动强度低，测量效率高，自动化程度高，本发明的测量装置，操作简单，测量精度高，测量速度快。

Description

一种换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量方法及 装置
技术领域
本发明涉及高压直流输电技术领域，特别涉及一种换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量方法及装置，主要用于但不限于高压电、智能电网、电子信息等领域。
背景技术
当输电距离较长、输送容量较大时，直流送电是优选的输电方案。特高压直流输电具备点对点、超远距离、大容量送电能力的特点，是我国西南大水电基地和西北大煤电基地的超远距离、超大容量外送的主要输电方式。换流站是高压直流输电系统主要组成部件之一，实现交流系统到直流系统的转换，是高压直流输电的核心技术。而换流阀是换流器的基本单元，是进行换流的关键设备。换流阀晶闸管级电路核心器件的参数对于直流输电系统的稳定性和可靠性具有十分重要的意义，需要定期检测以确保系统稳定运行。
换流阀晶闸管级电路核心器件参数的传统测试方法比较单一，大多采用万用表、电容桥等对其中各个器件逐个进行测量，为了保证测量精度，这种方法需要逐个器件拆线单独测量，测试效率低，工作量大，严重影响检测进度，需要开发更为高效的测试系统来提高直流输电换流阀晶闸管级电路核心器件参数的检测效率。
发明内容
本发明提供一种换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量方法及装置，以满足对换流阀晶闸管级电路核心器件参数检测的效率及精度要求。采用本发明方法一次可测多个参数，测量精度高，速度快，提高了换流阀检修的效率。
本发明提供了一种换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量方法包括以下步骤：
S1、建立换流阀晶闸管级电路等效电路的仿真模型；
S2、使用换流阀晶闸管级电路等效电路的仿真模型在特定交流电压的信号激励下，改变激励信号的频率，分析比较换流阀晶闸管级电路在拆线和不拆线时等效电路的响应特性；
S3、采用不同交流电压不同频率的信号激励下，借助采样电阻得到换流阀晶闸管级电路在不拆线时电路中的电流数值；
S4、根据采样电阻在换流阀晶闸管级电路不拆线时电路中的电流数值，通过阻抗计算换流阀晶闸管级电路中核心器件在不拆线时阻尼电阻和阻尼电容的参数值。
所述步骤S1中的仿真模型采用电路仿真软件Pspice建模获得换流阀晶闸管级电路等效电路的仿真模型。
所述步骤S2中的分析比较包括以下步骤：
S21、晶闸管级拆线情况下激励响应特性分析
将晶闸管级从阀段中独立出来，施加激励信号，改变激励信号的频率，分别测量采样电阻上的电流和晶闸管级三条支路上的电流，发现当采样电阻上的电流等同于第一条支路上的电流，直接将采样电阻上的电流当作阻尼回路的电流；
S22、晶闸管级不拆线情况下激励响应特性分析
在晶闸管级电路两端直接施加激励信号，改变激励信号频率，测量采样电阻上的电流，发现不论晶闸管级位于哪个阀段中的哪个位置，在相同的激励信号下，采样电阻上的电流都相同，因此，在晶闸管级不拆线的情况下，直接将采样电阻上的电流当作待测阻尼回路的电流。
所述步骤S3中计算换流阀晶闸管级电路中阻尼电阻和阻尼电容的参数值的具体步骤包括：
S31、利用基尔霍夫定律对换流阀晶闸管级电路进行等效，简化电路；
S32、通过阻抗计算，阻抗计算如下：
Figure BDA0002628087120000031
其中，RC为采样电阻；R为阻尼回路电阻；C为阻尼回路电容；Um为激励电压幅值；I1m为幅值是Um频率是f1的激励信号下采样电阻上的电流幅值；I2m为幅值是Um频率是f2的激励信号下采样电阻上的电流幅值；
S33、通过阻抗计算阻尼回路电阻和阻尼回路电容为：
Figure BDA0002628087120000032
其中，ω1为f1对应的角频率；ω2为f2对应的角频率。
一种换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量装置，包括：主控单元、信号激励单元、信号采样单元和人机交互单元；
信号激励单元，用于给换流阀晶闸管级电路提供一定电压和频率的激励信号；
信号采样单元，用于采集换流阀晶闸管级电路中的电流值；
人机交互单元，用于设定信号激励单元的激励信号频率和电压；
主控单元，用于根据信号采样单元采集的换流阀晶闸管级电路中的电流值控制信号激励单元的激励信号的电压和频率。
所述主控单元包括主控处理器，主控处理器采用STM32系列单片机，信号激励单元包括相互连接的信号发生器和功率放大器，信号发生器采用DDS信号发生芯片AD9850，功率放大器采用宽频带放大器LT6275，信号采样单元包括信号放大器，信号放大器采用运算放大器ADA4817，人机交互单元采用触摸屏。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明首次实现了换流阀晶闸管级电路阻尼电阻和阻尼电容参数的不拆线在线实时测量，发明能够在线自动完成两种参数的测量。
本发明不拆线的测量方法劳动强度低，测量效率高，自动化程度高。
本发明的测量装置，操作简单，测量精度高，测量速度快。
由于本发明具有上述优点，可以替代现有换流阀晶闸管级电路核心参数拆线测量的方式，提高直流输电换流阀晶闸管级电路核心器件参数的检测效率，此方法也可以扩展应用到其他电路元件参数在线测量领域。
附图说明
图1是本发明单个晶闸管级的仿真模型图；
图2是本发明拆线情况晶闸管级激励电路模型图；
图3是本发明不拆线情况下晶闸管级激励电路模型图；
图4是本发明不拆线激励情况下晶闸管级等效一分支电路图；
图5是本发明不拆线激励情况下晶闸管级等效二分支电路图；
图6是本发明不拆线参数测量装置组成原理框图；
图7是本发明不拆线参数测量装置工作流程图。
图8为本发明换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图1-8，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图8所示，本发明实施例提供的一种换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量方法，其实施过程如下：首先建立换流阀晶闸管级电路等效电路仿真模型，然后分析比较特定信号激励下换流阀晶闸管级电路拆线和不拆线等效电路的响应特性，最后采用不同频率交流电压信号激励，借助采样电阻得到电路中电流数值，通过阻抗计算方法计算换流阀晶闸管级电路中阻尼电阻和阻尼电容的参数值。
进一步，所述换流阀晶闸管级电路等效电路仿真模型建模，采用Pspice建模，单个晶闸管级的仿真模型如图1所示。
其中CB为阻尼电容，RB为阻尼电阻，RE为直流均压电阻。本发明实现对阻尼电容和阻尼电阻的测量。
进一步，所述分析比较特定信号激励下换流阀晶闸管级电路拆线和不拆线等效电路的响应特性，其步骤如下：
第一步，晶闸管级拆线情况下激励响应特性分析。将晶闸管级从阀段中独立出来，施加激励信号，如图2所示。
图中RC为采样电阻；Vin为标准的正弦信号。
改变激励信号的频率，分别测量采样电阻上的电流和晶闸管级三条支路上的电流，发现当激励信号的频率低于300kHz时，采样电阻上的电流几乎等同于第一条支路上的电流。因此，可以直接将采样电阻上的电流当作阻尼回路的电流。
第二步，晶闸管级不拆线情况下激励响应特性分析。此种情况施加激励信号后的电路等效图如图3所示。
在单个晶闸管级两端施加激励信号后，会产生如图2、图4、图5所示三条等效支路。
改变激励信号频率，测量采样电阻上的电流，发现不论晶闸管级位于哪个阀段中的哪个位置，在相同的激励信号下，采样电阻上的电流都相同。因此，在晶闸管级不拆线的情况下，其余器件对待测电流的影响非常小，可以直接将采样电阻上的电流当作待测阻尼回路的电流。
进一步，所述通过阻抗计算方法计算换流阀晶闸管级电路中阻尼电阻和阻尼电容的参数值，其计算步骤如下：
第一步，在晶闸管级两端施加两个不同频率的交流信号，通过采样电阻得到电路中电流的幅值或有效值；
第二步，利用基尔霍夫定律对电路进行等效，简化电路；
第三步，通过阻抗计算，得到阻尼电阻和阻尼电容的解析解。
阻抗计算原理如下：
Figure BDA0002628087120000061
其中，RC为采样电阻；R为阻尼回路电阻；C为阻尼回路电容；Um为激励电压幅值；I1m为幅值是Um频率是f1的激励信号下采样电阻上的电流幅值；I2m为幅值是Um频率是f2的激励信号下采样电阻上的电流幅值。
由此可得阻尼回路电阻和电容的值为：
Figure BDA0002628087120000062
ω1为f1对应的角频率；ω2为f2对应的角频率。
根据本发明实施例提供的一种换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量装置，包括主控单元、信号激励单元、信号采样单元和人机交互单元四部分。
所述主控单元的主控处理器采用但不限于STM32系列单片机，信号激励单元的激励信号采用但不限于DDS信号发生芯片AD9850，激励信号功率放大器采用但不限于宽频带放大器LT6275，信号采样单元的采样信号放大器采用但不限于运算放大器ADA4817，人机交互单元的人机交互装置采用但不限于触摸屏。
本发明所提出的分析比较特定信号激励下换流阀晶闸管级电路拆线和不拆线等效电路的响应特性的步骤如下：
1)晶闸管级拆线情况下激励响应特性分析。将晶闸管级从阀段中独立出来，施加激励信号，如图2所示。
图中RC为采样电阻，阻值为10Ω；Vin为标准的正弦信号，幅值为12V。
改变激励信号的频率，分别测量采样电阻上的电流和晶闸管级三条支路上的电流，发现当激励信号的频率低于300kHz时，采样电阻上的电流几乎等同于第一条支路上的电流。因此，可以直接将采样电阻上的电流当作阻尼回路的电流。
2)晶闸管级不拆线情况下激励响应特性分析。此种情况施加激励信号后的电路等效图如图3所示。
在单个晶闸管级两端施加激励信号后，会产生如图2、图4和图5所示三条支路。
改变激励信号频率，测量采样电阻上的电流，发现不论晶闸管级位于哪个阀段中的哪个位置，在相同的激励信号下，采样电阻上的电流都相同。因此，在晶闸管级不拆线的情况下，其余器件对待测电流的影响非常小，可以直接将采样电阻上的电流当作待测阻尼回路的电流。
本发明所提出的通过阻抗计算方法计算换流阀晶闸管级电路中阻尼电阻和阻尼电容的参数值的步骤如下：
1)在晶闸管级两端施加两个不同频率的交流信号，通过采样电阻得到电路中电流的幅值或有效值；
2)利用基尔霍夫定律对电路进行等效，简化电路；
3)通过阻抗计算，得到阻尼电阻和阻尼电容的解析解，解析解表达式如下：
Figure BDA0002628087120000081
本发明提出的一种换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量装置由主控单元、信号激励单元、信号采样单元和人机交互单元四部分组成，其组成原理如图6所示。
该装置的工作流程如图7所示。系统开机后，在人机交互单元自动进入测量界面，将测量端和激励端固定后，选择需要测量的参数，确认后开始测量，自动测量两次后，计算结果将显示在人机交互单元的屏幕上。如果需要修改测量设置，可以选择屏幕上的的“参数设置”键，进入频率设定界面，修改测量频率等参数。此项功能不对测量用户开放，进入这个界面需要输入管理员密码。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立换流阀晶闸管级电路等效电路的仿真模型；
S2、使用换流阀晶闸管级电路等效电路的仿真模型在特定交流电压的信号激励下，改变激励信号的频率，分析比较换流阀晶闸管级电路在拆线和不拆线时等效电路的响应特性；
S3、采用不同交流电压不同频率的信号激励下，借助采样电阻得到换流阀晶闸管级电路在不拆线时电路中的电流数值；
S4、根据采样电阻在换流阀晶闸管级电路不拆线时电路中的电流数值，通过阻抗计算换流阀晶闸管级电路中核心器件在不拆线时阻尼电阻和阻尼电容的参数值。
2.如权利要求1所述的换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量方法，其特征在于，所述步骤S1中的仿真模型采用电路仿真软件Pspice建模获得换流阀晶闸管级电路等效电路的仿真模型。
3.如权利要求1所述的换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量方法，其特征在于，所述步骤S2中的分析比较包括以下步骤：
S21、晶闸管级拆线情况下激励响应特性分析
将晶闸管级从阀段中独立出来，施加激励信号，改变激励信号的频率，分别测量采样电阻上的电流和晶闸管级三条支路上的电流，发现当采样电阻上的电流等同于第一条支路上的电流，直接将采样电阻上的电流当作阻尼回路的电流；
S22、晶闸管级不拆线情况下激励响应特性分析
在晶闸管级电路两端直接施加激励信号，改变激励信号频率，测量采样电阻上的电流，发现不论晶闸管级位于哪个阀段中的哪个位置，在相同的激励信号下，采样电阻上的电流都相同，因此，在晶闸管级不拆线的情况下，直接将采样电阻上的电流当作待测阻尼回路的电流。
4.如权利要求1所述的换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量方法，其特征在于，所述步骤S3中计算换流阀晶闸管级电路中阻尼电阻和阻尼电容的参数值的具体步骤包括：
S31、利用基尔霍夫定律对换流阀晶闸管级电路进行等效，简化电路；
S32、通过阻抗计算，阻抗计算如下：
Figure FDA0002628087110000021
其中，RC为采样电阻；R为阻尼回路电阻；C为阻尼回路电容；Um为激励电压幅值；I1m为幅值是Um频率是f1的激励信号下采样电阻上的电流幅值；I2m为幅值是Um频率是f2的激励信号下采样电阻上的电流幅值；
S33、通过阻抗计算阻尼回路电阻和阻尼回路电容为：
Figure FDA0002628087110000022
其中，ω1为f1对应的角频率；ω2为f2对应的角频率。
5.如权利要求1-4任一权利要求所述的换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量方法的装置，其特征在于，包括：主控单元、信号激励单元、信号采样单元和人机交互单元；
信号激励单元，用于给换流阀晶闸管级电路提供一定电压和频率的激励信号；
信号采样单元，用于采集换流阀晶闸管级电路中的电流值；
人机交互单元，用于设定信号激励单元的激励信号频率和电压；
主控单元，用于根据信号采样单元采集的换流阀晶闸管级电路中的电流值控制信号激励单元的激励信号的电压和频率。
6.如权利要求5所述的换流阀晶闸管级电路核心器件不拆线参数测量方法的装置，其特征在于，所述主控单元包括主控处理器，主控处理器采用STM32系列单片机，信号激励单元包括相互连接的信号发生器和功率放大器，信号发生器采用DDS信号发生芯片AD9850，功率放大器采用宽频带放大器LT6275，信号采样单元包括信号放大器，信号放大器采用运算放大器ADA4817，人机交互单元采用触摸屏。
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刘隆晨等: "高压直流输电换流阀晶闸管级单元综合测试系统设计与实现", 《电网技术》 *
王华锋等: "高压直流输电换流阀晶闸管级在线监测技术", 《电力建设》 *
马舒尧: "一种直流输电换流阀核心器件不拆线测试系统", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅱ辑》 *

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CN111929564B (zh) 2022-08-23

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