CN111965511A - 一种晶闸管电路的故障检测方法、系统及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种晶闸管电路的故障检测方法、系统及介质，该故障检测方法包括：对所述晶闸管电路施加不同选定条件对应的电压激励信号，所述选定条件包括：选定频率和选定电压；获取不同选定条件对应的电压激励信号下的所述晶闸管电路的电流响应信号的幅值和相位，以及，晶闸管两端的电压响应信号的幅值和相位；根据不同选定条件对应的所述电流响应信号的幅值和相位，以及，所述电压响应信号的幅值和相位，建立不同选定条件对应的KCL频域表达式；联立求解不同选定条件对应的KCL频域表达式，得到所述晶闸管电路中的各元件的参数值；根据所述各元件的参数值确定所述晶闸管电路的故障元件。本发明提出的新检测方法，具有精确性、高效率和实用性。
Description
技术领域
本发明涉及换流阀晶闸管技术领域，尤其涉及一种晶闸管电路的故障检测方法、系统及介质。
背景技术
直流输电系统换流阀每个晶闸管电路配置有电容、电阻串并联组成的储能、均压、阻尼、保护单元电路，其任意环节异常将引发晶闸管均压特性发生改变，导致晶闸管故障损毁，甚至引发雪崩击穿造成直流闭锁。因此晶闸管开展均压测试，对保障直流系统可靠运行极为重要。
传统晶闸管电路特性测试方法仅能对晶闸管电路工频下的整体均压性能进行测试，无法识别并定位电路中的元件的轻微故障，致使处于亚健康状态的晶闸管带电运行后发展成击穿故障。
发明内容
本发明实施例提供了一种晶闸管电路的故障检测方法、系统及介质，以解决现有技术晶闸管电路轻微故障测试及定位较难的问题。
第一方面，提供一种晶闸管电路的故障检测方法，所述晶闸管电路用于直流输电系统的换流阀，所述晶闸管电路包括：晶闸管、储能单元、均压单元、阻尼单元和保护单元，所述故障检测方法包括：对所述晶闸管电路施加不同选定条件对应的电压激励信号，其中，所述选定条件包括：选定频率和选定电压；获取不同选定条件对应的电压激励信号下的所述晶闸管电路的电流响应信号的幅值和相位，以及，晶闸管两端的电压响应信号的幅值和相位；根据不同选定条件对应的所述电流响应信号的幅值和相位，以及，所述电压响应信号的幅值和相位，建立不同选定条件对应的KCL频域表达式；联立求解不同选定条件对应的KCL频域表达式，得到所述晶闸管电路中的各元件的参数值；根据所述各元件的参数值确定所述晶闸管电路的故障元件。
第二方面，提供一种晶闸管电路的故障检测系统，包括：存储器和处理器；所述存储器中存储有至少一条程序指令；所述处理器，通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现如第一方面实施例所述的晶闸管电路的故障检测法。
第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如第一方面实施例所述的晶闸管电路的故障检测法。
这样，本发明实施例中，在保证测量精度的基础上，无须对单元电路每个元件进行逐一测量，既能识别并定位各支路中元件异常、接头松动、虚接等轻微故障，并能大幅提高晶闸管电路特性测试效率，测试精度由晶闸管级精确至元件级，为高压/特高压直流系统晶闸管单元电路故障分析与快速计算、状态评价等方面提供了科学的计算依据，在工程实践中具有很强的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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是本发明实施例的晶闸管电路的示意图；
图2是本发明实施例的晶闸管电路的故障检测方法的流程图；
图3是本发明一具体实施例的高压直流系统的晶闸管电路的示意图；
图4是图1的晶闸管电路的频域等效阻抗网络拓扑模型的示意图。
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作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种晶闸管电路的故障检测方法。晶闸管电路用于直流输电系统的换流阀。晶闸管电路包括：晶闸管、阻尼单元、储能单元、均压单元和保护单元。具体的，本发明实施例的晶闸管电路如图1所示。阻尼单元包括：第一阻尼电容Cd1、第一阻尼电阻Rd1、第二阻尼电容Cd2和第二阻尼电阻Rd2。第一阻尼电容Cd1的一极板与第一阻尼电阻Rd1的一端连接，第二阻尼电容Cd2的一极板与第二阻尼电阻Rd2的一端连接。第一阻尼电容Cd1的另一极板、第二阻尼电容Cd2的另一极板均与晶闸管Thy的一端连接。第一阻尼电阻Rd1的另一端与晶闸管Thy的另一端连接。储能单元包括：门极板取能电容CPSU。门极板取能电容CPSU的一极板与第二阻尼电阻Rd2的另一端连接。门极板取能电容CPSU的另一极板与晶闸管Thy的另一端连接。均压单元包括：分压板电容Cdc和晶闸管均压电阻Rdc。分压板电容Cdc的一极板与晶闸管Thy的一端连接。晶闸管均压电阻Rdc与分压板电容Cdc并联。保护单元包括：分压板保护测量电容Cdv和分压板保护测量电阻Rdv。分压板保护测量电阻Rdv的一端与分压板电容Cdc的另一极板连接。分压板保护测量电阻Rdv的另一端与分压板保护测量电容Cdv的一极板连接。分压板保护测量电容Cdv的另一极板与晶闸管Thy的另一端连接。应当理解的是，图1示出的晶闸管电路只包括一个晶闸管。此外，本发明实施例所述的晶闸管电路还可以包括多个晶闸管，以某高压直流系统为例，该晶闸管电路如图3所示，该晶闸管电路中包括多个串联的晶闸管，每一晶闸管都接有上述的阻尼单元、储能单元、均压单元和保护单元。
具体的，如图2所示，该故障检测方法包括如下的步骤：
步骤S201：对晶闸管电路施加不同选定条件对应的电压激励信号。
一般的，当晶闸管电路只有一支时，电压激励源施加在晶闸管的两端。当晶闸管电路有多支时，电压激励源施加在多个串联的晶闸管的两端。
其中，选定条件包括：选定频率和选定电压。例如，选定条件对应的电压激励信号为10kHz的220V交流电压、1000V直流电压(相当于选定频率为0Hz)等等。
在该步骤之前，可通过如下的过程确定选定频率：
(1)建立晶闸管电路的仿真模型。
通过仿真模型进行选定条件的选择，可避免在实体电路中进行测试而导致实体电路损坏。
(2)对晶闸管电路的仿真模型施加一预设条件对应的电压激励信号。
例如，可以是10Hz的220V交流电压源。
(3)平滑改变晶闸管电路的仿真模型中的一元件的参数。
应当理解的是，本发明实施例所述的元件指的是电阻和电容。本发明实施例所述的平滑改变指的是每隔预设参数阈值改变元件的参数值。根据不同元件的种类和在晶闸管电路中所起的功能，预设参数阈值不同，具体可根据经验设定。例如，对于第一阻尼电容Cd1，预设参数阈值为0.1μF。
(4)当晶闸管电路的仿真模型的电流响应信号随一元件的参数的改变产生的变化满足预设要求时，确定该预设条件为一选定条件。
具体的，预设要求包括：
其中，xp表示元件的电流响应信号的幅值的最大值或最小值，
表示元件的电流响应信号的幅值的平均值；或，xp表示元件的电流响应信号的相位的最大值或最小值，
表示元件的电流响应信号的相位的平均值。
通过观察元件的参数改变时电流响应信号的变化情况，一旦满足预设要求，则确定该预设条件为选定条件。
(5)对晶闸管电路的仿真模型中的其他每一元件，重复上述的步骤，得到多个选定条件。
这样，通过对每一元件的参数的改变可至少确定一个选定条件，因此，选定条件的数量和元件的数量相同。在本发明如图3所示的一具体的实施例中，选定频率对应的电压激励信号包括：1000V直流电压源，10Hz、50Hz、100Hz、500Hz、5kHz、10kHz的220V交流电压源。
步骤S202：获取不同选定条件对应的电压激励信号下的晶闸管电路的电流响应信号的幅值和相位，以及，晶闸管两端的电压响应信号的幅值和相位。
具体的，对晶闸管电路施加选定频率对应的电压激励信号，通过电流表和电压表分别采集电流响应信号与电压响应信号，得到电流响应信号与电压响应信号的幅值和相位。
步骤S203：根据不同选定条件对应的电流响应信号的幅值和相位，以及，电压响应信号的幅值和相位，建立不同选定条件对应的KCL频域表达式。
具体的，可建立晶闸管电路的频域等效阻抗网络拓扑模型，如图4所示，通过拓扑模型得到电压激励信号
下的KCL(基尔霍夫电流定律)频域表达式：
该方程中，
表示选定频率下的电流响应信号的幅值和相位，
表示选定频率下的电压响应信号的幅值和相位，Cd1表示第一阻尼电容的电容值，Rd1表示第一阻尼电阻的电阻值，Cd2表示第二阻尼电容的电容值，Rd2表示第二阻尼电阻的电阻值，CPSU表示门极板取能电容的电容值，Cdc表示分压板电容的电容值，Rdc表示晶闸管均压电阻的电阻值，Cdv表示分压板保护测量电容的电容值，Rdv表示分压板保护测量电阻的电阻值，ωk表示频率，j表示元件的电压与电流的相位关系，具体的，j表示元件的电压超前电流90度，
表示元件的电流超前电压90度。
步骤S204：联立求解不同选定条件对应的KCL频域表达式，得到晶闸管电路中的各元件的参数值。
具体的，每一选定条件均会得到步骤S203中的方程，这样，联立求解多个方程得到各电容的电容值和各电阻的电阻值。
步骤S205：根据各元件的参数值确定晶闸管电路的故障元件。
具体的，该步骤可通过如下的过程确定故障元件：
(1)将一元件的参数值与该元件的出厂参数值相减，得到该元件的参数值差。
在本发明如图3所示的一具体的实施例中，晶闸管电路中的阻尼、储能、均压、保护单元各元件出厂参数值及历史测试数据已知，且整组晶闸管内不同晶闸管电路对应的元件参数一致。其中，每一元件的出厂参数值如下：第一阻尼电容为0.5μF、第一阻尼电阻为34kΩ、第二阻尼电容为1.0μF、第二阻尼电阻为38kΩ、门极板取能电容为5μF、分压板电容为0.8μF、晶闸管均压电阻为94kΩ、分压板保护测量电阻为10kΩ，以及，分压板保护测量电容为8μF。
(2)计算该元件的参数值差与该元件的出厂参数值的商，得到该元件的参数变化率。
(3)若一元件的参数变化率达到该元件对应的预设阈值，则确定该元件故障。
该预设阈值可根据经验设置。
此外，该步骤还可通过如下的过程确定故障元件：
若一元件的参数值连续两次增大，则确定该元件故障。
其中，相邻两次之间隔有预设时间间隔。本发明一优选的实施例中，预设时间间隔为一年。例如，一元件第二年的参数值比第一年的参数值大，第三年的参数值比第二年的参数值大，则该元件的参数值连续两次增大，表明该元件故障。
优选的，本发明实施例的方法还可以进一步确定故障的种类。具体的，步骤S205之后，该方法还包括如下的步骤：
根据故障元件的种类和参数值，确定故障元件的故障类型。
具体的，若元件为电阻，且电阻的阻值为无穷大，则确定元件的故障种类为接头松动或虚接。
具体的，若元件为电容，且电容的电容值为0，则确定元件的故障种类为接头松动或虚接。
因此，通过上述的步骤，可以初步判断元件是否出现接头松动或虚接的故障，以便指导维修。
综上，本发明实施例的晶闸管电路的故障检测方法，在保证测量精度的基础上，无须对单元电路每个元件进行逐一测量，既能识别并定位各支路中元件异常、接头松动、虚接等轻微故障，并能大幅提高晶闸管电路特性测试效率，测试精度由晶闸管级精确至元件级，为高压/特高压直流系统晶闸管单元电路故障分析与快速计算、状态评价等方面提供了科学的计算依据，在工程实践中具有很强的实用性。
本发明实施例还公开了一种晶闸管电路的故障检测系统，包括：存储器和处理器；存储器中存储有至少一条程序指令；处理器，通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现如上述实施例所述的晶闸管电路的故障检测法。
本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施例所述的晶闸管电路的故障检测法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种晶闸管电路的故障检测方法，所述晶闸管电路用于直流输电系统的换流阀，所述晶闸管电路包括：晶闸管、储能单元、均压单元、阻尼单元和保护单元，其特征在于，所述故障检测方法包括：
对所述晶闸管电路施加不同选定条件对应的电压激励信号，其中，所述选定条件包括：选定频率和选定电压；
获取不同选定条件对应的电压激励信号下的所述晶闸管电路的电流响应信号的幅值和相位，以及，晶闸管两端的电压响应信号的幅值和相位；
根据不同选定条件对应的所述电流响应信号的幅值和相位，以及，所述电压响应信号的幅值和相位，建立不同选定条件对应的KCL频域表达式；
联立求解不同选定条件对应的KCL频域表达式，得到所述晶闸管电路中的各元件的参数值；
根据所述各元件的参数值确定所述晶闸管电路的故障元件。
2.根据权利要求1所述的晶闸管电路的故障检测方法，其特征在于，所述对所述晶闸管电路施加不同选定条件对应的电压激励信号的步骤之前，所述方法还包括：
建立所述晶闸管电路的仿真模型；
对所述晶闸管电路的仿真模型施加一预设条件对应的电压激励信号；
平滑改变所述晶闸管电路的仿真模型中的一元件的参数；
当所述晶闸管电路的仿真模型的电流响应信号随所述一元件的参数的改变产生的变化满足预设要求时，确定该预设条件为一所述选定条件；
对所述晶闸管电路的仿真模型中的其他每一元件，重复上述的步骤，得到多个所述选定条件；
其中，所述选定条件的数量和所述元件的数量相同。
3.根据权利要求2所述的晶闸管电路的故障检测方法，其特征在于，所述预设要求包括：
其中，xp表示元件的电流响应信号的幅值的最大值或最小值，
表示元件的电流响应信号的幅值的平均值；或，xp表示元件的电流响应信号的相位的最大值或最小值，
表示元件的电流响应信号的相位的平均值。
4.根据权利要求1所述的晶闸管电路的故障检测方法，其特征在于，所述根据所述各元件的参数值确定所述晶闸管电路的故障元件的步骤，包括：
将一元件的参数值与该元件的出厂参数值相减，得到该元件的参数值差；
计算该元件的参数值差与该元件的出厂参数值的商，得到该元件的参数变化率；
若一元件的参数变化率达到该元件对应的预设阈值，则确定该元件故障。
5.根据权利要求1所述的晶闸管电路的故障检测方法，其特征在于，所述根据所述各元件的参数值确定所述晶闸管电路的故障元件的步骤，包括：
若一元件的参数值连续两次增大，则确定该元件故障；
其中，相邻两次之间隔有预设时间间隔。
6.根据权利要求1所述的晶闸管电路的故障检测方法，其特征在于，所述根据所述各元件的参数值确定所述晶闸管电路的故障元件的步骤之后，所述方法还包括：
根据所述故障元件的种类和参数值，确定所述故障元件的故障类型。
7.根据权利要求6所述的晶闸管电路的故障检测方法，其特征在于，所述确定所述故障元件的故障类型的步骤，包括：
若所述元件为电阻，且所述电阻的阻值为无穷大，则确定所述元件的故障种类为接头松动或虚接。
8.根据权利要求6所述的晶闸管电路的故障检测方法，其特征在于，所述确定所述故障元件的故障类型的步骤，包括：
若所述元件为电容，且所述电容的电容值为0，则确定所述元件的故障种类为接头松动或虚接。
9.一种晶闸管电路的故障检测系统，其特征在于，包括：存储器和处理器；所述存储器中存储有至少一条程序指令；所述处理器，通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现如权利要求1～8中任一所述的晶闸管电路的故障检测法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1～8中任一所述的晶闸管电路的故障检测法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201120 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |