CN113507092A - 一种高压动态电压恢复器晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统及其应用方法 - Google Patents

一种高压动态电压恢复器晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统及其方法。该高压DVR晶闸管旁路阀由3n个晶闸管级组成，并接收上级控制器在一个周期内发送的脉冲检测信号。上级控制器根据该高压DVR晶闸管旁路阀返回的脉冲信号，对晶闸管级的工作状态进行判定，从而实现晶闸管级状态监测、故障精准定位和后备保护触发等功能。

Description

一种高压动态电压恢复器晶闸管旁路阀后备触发保护及状态 监测系统及其应用方法
技术领域
本发明属于智能电网领域，特别涉及一种高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统及其应用方法。
背景技术
随着科学技术的发展和产业规模的扩大，经济体各个部门的用电量不断增加，越来越多用户采用性能好、效率高但对电源特性变化敏感的高科技设备，如：机器人、自动化生产线、精密数控机床、高精度测量仪器及计算机信息管理系统等。这些系统和设备对电网的各种干扰十分敏感，任何电能质量问题都可能造成重大经济损失，带来不良社会影响。在用户电能质量问题投诉中，90%以上涉及电压暂降问题；统计数据和案例反映显示，造成用电设备异常运行或停电的绝大部分因素也是由电压暂降引起。DVR（Dynamic VoltageRestorer，DVR）作为电压跌落补偿装置在电网获得了广泛应用。
为了降低DVR运行损耗，提高系统效率和经济性指标，在系统正常运行期间，DVR换流器处于闭锁状态，电源通过晶闸管向敏感负载供电；当系统出现电压暂降或者短时中断，晶闸管快速关断，DVR换流器解锁为负荷供电，保证敏感负荷供电的连续性。
随着敏感负荷容量不断增大、供电电压等级不断提高，高压DVR（如10kV、20kV、35kV）需求日益迫切。高压DVR晶闸管旁路阀直接耐受高电压、长期通过大电流，电气应力复杂，其可靠性直接决定DVR整机功能是否正常。目前高压DVR晶闸管旁路阀结构简单，仅具备连续通流功能，自动化程度低，无法对阀组关键元件及功能进行监测，且不具备保护功能，器件出现故障后无法及时发现，长期带故障运行降低了DVR装置的可靠性和可用性指标，严重情况下会损坏DVR换流器和敏感负荷设备，这是无法接受的。
因此，有必要研究一种自动化程度高、保护功能完善的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测方法及系统。
发明内容
本发明提出一种高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统及方法，具有晶闸管状态监测、故障精准定位和后备保护触发等功能。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统，该系统包括高压A相电压源(1)、高压B相电压源(2)、高压C相电压源(3)、系统A相等值电抗(4)、系统B相等值电抗(5)、系统C相等值电抗(6)、高压DVR晶闸管旁路阀（7）、直流储能元器件（8）、DVR电压源换流器VSC（9）、高压敏感负载（10）；所述高压DVR晶闸管旁路阀（7）由3n个晶闸管级组成，包括由A1、A2....An共n个晶闸管级串联组成的A相晶闸管级，由B1、B2....Bn共n个晶闸管级串联组成的B相晶闸管级，由C1、C2...Cn共n个晶闸管级串联组成的C相晶闸管级。
在该高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统中，3n个晶闸管级的每个晶闸管级包括：正向晶闸管（11），反向晶闸管（12），正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13），反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14），正向晶闸管触发监测保护单元TCP1接收光纤（15），正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16），反向晶闸管触发监测保护单元TCP2接收光纤（17），反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18），阻尼电阻（19），阻尼电容（20），反向采样电容器（21），正向采样电容器（22），正向旁路二极管（23）、反向旁路二极管（24）、二极管1（25）、二极管2（26）、反向监测电容器（27）、正向监测电容器（28）、反向放电电阻（29）、正向放电电阻（30）。
晶闸管级内部电路连接关系为：所述每个晶闸管级中的所述正向晶闸管（11），所述反向晶闸管（12）采用正反逆并联的接线方式，所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）分别与正向晶闸管触发监测保护单元TCP1接收光纤（15）、所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）、正向晶闸管（11）门极、正向晶闸管（11）阴极以及正向监测电容器（28）“+”端子相连，反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）分别与反向晶闸管触发监测保护单元TCP2接收光纤（17）、反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）、反向晶闸管（12）门极、反向晶闸管（12）阴极以及反向监测电容器（27）“+”端子相连；反向采样电容器（21）、阻尼电阻（19），阻尼电容（20）、正向采样电容器（22）串联接线；正向旁路二极管（23）的阳极与正向晶闸管（11）阳极连接，正向旁路二极管（23）的阴极与反向采样电容器（21）“+”端子相连；反向旁路二极管（24）的阳极与反向晶闸管（12）阳极连接，反向旁路二极管（24）的阴极与正向采样电容器（22）“+”端子相连；反向放电电阻器（29）与反向监测电容器（27）并联后，通过二极管1（25）与采样电容器（21）并联；正向放电电阻器（30）与正向监测电容器（28）并联后，通过二极管2（26）与采样电容器（22）并联；二极管1（25）的阴极与反向监测电容器（27）“+”端子相连，二极管1（25）的阳极与反向采样电容器（21）“+”端子相连；二极管2（26）的阴极与正向监测电容器（28）“+”端子相连，二极管2（26）的阳极与正向采样电容器（22）“+”端子相连；反向采样电容器（21）“-”端以及反向监测电容器（27）“-”均与反向晶闸管（12）阴极相连，正向采样电容器（22）“-”端以及正向监测电容器（28）“-”均与正向晶闸管（11）阴极相连。
一种应用于高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的方法。在一个周期内，上级控制器向该高压DVR晶闸管旁路阀（7）中的3n个晶闸管级发送脉冲检测信号，并根据返回的脉冲信号，对晶闸管级的工作状态进行判定。
高压DVR晶闸管旁路阀（7）包括关断和导通两种运行模式；在关断状态下，上级控制器在一个周期内，向高压DVR晶闸管旁路阀（7）中的3n个晶闸管级发送单脉冲检测信号，并根据返回的脉冲信号，对晶闸管的工作状态进行判定；而在导通状态下，上级控制器在一个周期内，向高压DVR晶闸管旁路阀（7）中的3n个晶闸管级发送双脉冲检测信号，并根据返回的脉冲信号，对晶闸管的工作状态进行判定。
在一个实施例中，在系统电压正常且高压DVR晶闸管旁路阀为关断状态时，在阀端电压正峰值位置，上级控制器通过所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）的所述接收光纤（15）向所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）发送三个单脉冲信号，所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）收到任意一个单脉冲信号后，进入晶闸管级检测状态，如果所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）检测到与其并联的正向监测电容器（28）端电压低于检测电压U1，则通过所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）返回一个单脉冲信号；在阀端电压的负峰值位置，所述上级控制器通过所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2接收光纤（17）向所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）发送三个单脉冲信号，所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）收到任意一个单脉冲信号后，进入晶闸管级检测状态，如果所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）检测到与其并联的反向监测电容器（27）端电压低于检测电压U1，则通过所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）返回一个单脉冲信号。
在一个实施例中，在系统电压正常且高压DVR晶闸管旁路阀为导通状态时，上级控制器通过正向晶闸管触发监测保护单元TCP1接收光纤（15）向正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）发送三个双脉冲信号，正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）收到任意一个双脉冲信号后，进入晶闸管级触发状态；如果正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）检测到与其并联的正向监测电容器（28）端电压超过所述保护电压U2，则向正向晶闸管（11）发送一个触发信号，同时通过正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）返回一个双脉冲信号；在系统电压正常且高压DVR晶闸管旁路阀为导通状态时，上级控制器同时通过反向晶闸管触发监测保护单元TCP2接收光纤（17）向反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）发送三个双脉冲信号，反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）收到任意一个双脉冲信号后，进入晶闸管级触发状态，如果反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）检测到与其并联的反向监测电容器（27）端电压超过保护电压U2，则向反向晶闸管（12）发送一个触发信号，同时通过反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）返回一个双脉冲信号。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
将晶闸管阳极-阴极之间的交流高电压转变为易于监测的直流低电压信号，简化了保护触发和电压检测电路的设计，提高了信号检测的精度。
分别采用单双脉冲分别反馈晶闸管和接收/回报通道运行状态，通过对回报信号的分析，能够判断晶闸管是否击穿、回报通道是否正常、接收通道是否正常、冗余是否充足，实现了对阀组重要功能和关键元器件的全面、实时在线监测。
通过测量监测电容器端电压来判断晶闸管是否损坏、能否正常触发，并提供晶闸管后备触发保护功能，当正常触发通道故障时，为晶闸管提供保护触发信号，避免器件损坏。
采用三组单/双脉冲切换阀组运行模式，既能提高可靠性，又能提高经济性，避免了接收通道光头长期通电、光纤连续通光带来的损耗、发热和寿命等一系列问题。状态反馈信号也仅在元器件（如晶闸管或正常触发通道）出现故障情况下才出现，避免了回报通道光头长期通电、光纤长期通光的损耗问题。由于电压暂降出现概率较小，DVR设备长期以晶闸管通流模式运行，因此，该信号逻辑有利于降低系统运行能耗。
附图说明
图1是系统整体接线示意图；
图2是系统电压正常且高压DVR晶闸管旁路阀正常截止时的电气应力；
图3是系统电压正常且高压DVR晶闸管旁路阀故障（晶闸管击穿）时的电气应力；
图4是高压DVR晶闸管旁路阀截止状态单脉冲信号逻辑示意图；
图5是高压DVR晶闸管旁路阀正方向保护触发相关波形；
图6是高压DVR晶闸管旁路阀反方向保护触发相关波形；
图7是高压DVR晶闸管旁路阀双方向保护触发相关波形；
图8是高压DVR晶闸管旁路阀连续导通双脉冲信号逻辑示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详述：
一种高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统组成如下：高压A相电压源(1)、高压B相电压源(2)、高压C相电压源(3)、系统A相等值电抗(4)、系统B相等值电抗(5)、系统C相等值电抗(6)、高压DVR晶闸管旁路阀（7）、直流储能元器件（8）、DVR电压源换流器VSC（9）、高压敏感负载（10）。
根据附图1所示：
高压DVR晶闸管旁路阀（7）由3n个晶闸管级组成，其中A相由A1、A2....An共n个晶闸管级串联，B相由B1、B2....Bn共n个晶闸管级串联，C相由C1、C2...Cn共n个晶闸管级串联。
高压A相电压源(1)、高压B相电压源(2)、高压C相电压源(3)分别和系统A相等值电抗(4)、系统B相等值电抗(5)、系统C相等值电抗(6)串联后，接入高压DVR晶闸管旁路阀（7）的三相首端A1、B1、C1，高压DVR晶闸管旁路阀（7）的三相末端An、Bn、Cn接至高压敏感负荷（10）的A、B、C三相进线端子，直流储能元器件（8）接入DVR电压源换流器（9）的直流输入端口，DVR电压源换流器（9）的交流输出端口接至高压敏感负荷（10）的A、B、C三相进线端子。
其中，每个晶闸管级包括：正向晶闸管（11），反向晶闸管（12），正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13），反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14），正向晶闸管触发监测保护单元TCP1接收光纤（15），正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16），反向晶闸管触发监测保护单元TCP2接收光纤（17），反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18），阻尼电阻（19），阻尼电容（20），反向采样电容器（21），正向采样电容器（22），正向旁路二极管（23）、反向旁路二极管（24）、二极管1（25）、二极管2（26）、反向监测电容器（27）、正向监测电容器（28）、反向放电电阻（29）、正向放电电阻（30）。
每个晶闸管级的正向晶闸管（11），反向晶闸管（12）采用正反逆并联的接线方式，正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）分别与正向晶闸管触发监测保护单元TCP1接收光纤（15）、正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）、正向晶闸管（11）门极、正向晶闸管（11）阴极以及正向监测电容（28）“+”端子相连，反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）分别与反向晶闸管触发监测保护单元TCP2接收光纤（17）、反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）、反向晶闸管（12）门极、反向晶闸管（12）阴极以及反向监测电容（27）“+”端子相连。
反向采样电容器（21）、阻尼电阻（19），阻尼电容（20）、正向采样电容器（22）串联接线。正向旁路二极管（23）的阳极与正向晶闸管（11）阳极连接，正向旁路二极管（23）的阴极与反向采样电容器（21）“+”端子相连。反向旁路二极管（24）的阳极与反向晶闸管（12）阳极连接，反向旁路二极管（24）的阴极与正向采样电容器（22）“+”端子相连。反向放电电阻器（29）与反向监测电容器（27）并联后，通过二极管1（25）与采样电容器（21）并联；正向放电电阻器（30）与正向监测电容器（28）并联后，通过二极管2（26）与采样电容器（22）并联。
二极管1（25）的阴极与反向监测电容器（27）“+”端子相连，二极管1（25）的阳极与反向采样电容器（21）“+”端子相连。二极管2（26）的阴极与正向监测电容器（28）“+”端子相连，二极管2（26）的阳极与正向采样电容器（22）“+”端子相连。反向采样电容器（21）“-”端以及反向监测电容器（27）“-”均与反向晶闸管（12）阴极相连，正向采样电容器（22）“-”端以及正向监测电容器（28）“-”均与正向晶闸管（11）阴极相连。
本发明通过串联在阻尼回路的正向采样电容（22）、反向采样电容（21）、正向监测电容（28）、反向监测电容（27）和正向旁路二极管（23）、反向旁路二极管（24）、二极管1（25）、二极管2（26）的接线方式，将该晶闸管级高电压交流分量转换为低电压直流分量，便于后备触发保护和在线监测功能的实现，正向采样电容（22）、反向采样电容（21）的参数和阻尼参数相互配合，使采样电压幅值合适，且不影响阻尼回路正常工作。
基于上述高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的实施方式，具体如下：
在关断状态下，高压DVR晶闸管旁路阀承受系统相电压，上级控制器在一个周期内，向高压DVR晶闸管旁路阀（7）中的3n个晶闸管级发送单脉冲检测信号，并根据返回的脉冲信号，来判定晶闸管级是否有损坏，以及晶闸管级损坏的数量是否在冗余数量以内。
在导通模式下，上级控制器在一个周期内，向高压DVR晶闸管旁路阀（7）中的3n个晶闸管级发送双脉冲检测信号，并根据返回的脉冲信号，对晶闸管的工作状态进行判定。
在导通模式下，高压DVR晶闸管旁路阀承受高压敏感负载的全部负荷电流，该高压DVR晶闸管旁路阀正反两个方向阀串轮流导通，当正常触发系统出现故障时（如接收光纤损坏、光接口失效、信号放大及逻辑处理单元故障等），由于其他晶闸管级已导通，系统电压将全部施加于故障晶闸管级，使晶闸管过压损坏。因此，本发明设置了保护触发电路，当晶闸管级电压升高到门限值时后备触发通道直接触发晶闸管，从而避免过电压损坏晶闸管。
此外，系统电压出现暂降或跌落时，晶闸管触发信号停止，阀组闭锁，由DVR为高压敏感负荷供电，高压DVR晶闸管旁路阀起到隔离系统的作用。
（一）阀关断状态工作原理。
在系统电压正常且高压DVR晶闸管旁路阀关断期间，系统三相电压分别加在各相晶闸管阀串上，A1、A2、......An共同承受A相电压，B1、B2、......Bn共同承受B相电压，C1、C2、......Cn共同承受C相电压。晶闸管正常截止时相关波形如附图2所示，从上到下依次是晶闸管级电压波形、正向采样电容器电压波形、正向监测电容器电压波形、反向采样电容器电压波形、反向监测电容器电压波形，晶闸管级电压波形为高压正弦波，正向采样电容器电压波形、反向采样电容器电压波形均为峰值较低的单方向电压波形，正向监测电容器电压波形、反向监测电容器电压波形近似为直流，其幅值分别与正向采样电容器电压波形、反向采样电容器电压波形的峰值相同；当对应晶闸管级晶闸管短路击穿时相关波形如附图3所示，从上到下依次是晶闸管级电压波形、正向采样电容器电压波形、正向监测电容器电压波形、反向采样电容器电压波形、反向监测电容器电压波形，各电压波形幅值均较低，接近于0。
高压DVR晶闸管旁路阀截止状态单脉冲接收/回报信号如附图4所示，从上到下依次为阀端电压波形，正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）接收的单脉冲信号，正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）返回的单脉冲信号，反向晶闸管触发监测保护单元TCP1（14）接收的单脉冲信号，反向晶闸管触发监测保护单元TCP1（14）返回的单脉冲信号。
在阀端电压正峰值（即90°）位置，上级控制器通过正向晶闸管触发监测保护单元TCP1接收光纤（15）向正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）发送三个间隔20ms的单脉冲信号，正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）收到任意一个单脉冲信号后，进入晶闸管级检测状态，检测时长5ms，检测间隔20ms，如果正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）检测到与其并联的正向监测电容器（28）端电压低于检测电压U1，则通过正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）返回一个单脉冲信号。
在阀端电压的负峰值（即270°）位置，上级控制器通过反向晶闸管触发监测保护单元TCP2接收光纤（17）向反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）发送三个间隔20ms的单脉冲信号，反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）收到任意一个单脉冲信号后，进入晶闸管级检测状态，检测时长5ms，检测间隔20ms，如果反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）检测到与其并联的反向监测电容器（27）端电压低于检测电压U1，则通过反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）返回一个单脉冲信号。
在一个优选实施例中，一个周期内，上级控制器收到正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）、反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）返回的两个单脉冲信号，则判定为“本晶闸管级通道故障”。
在一个优选实施例中，一个周期内，上级控制器仅收到正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）返回的单脉冲信号，则判定为“本晶闸管级反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（18）回报通道故障”。
在一个优选实施例中，一个周期内，上级控制器仅收到反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）返回的单脉冲信号，则判定为“本晶闸管级正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（16）回报通道故障”。
在一个优选实施例中，一个周期内，正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）、反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）均没有返回单脉冲信号，则判定为“本晶闸管级通道正常”。
在一个优选实施例中，对于每相n个晶闸管级，如果设定的冗余级数数是m，则当判定“本晶闸管级故障”的晶闸管级数大于m时，则进一步判定为“级数冗余不足，禁止设备投入”，并向上级控制器发出电源侧跳闸信号，避免晶闸管级损坏级数和元器件增加。
（二）阀导通状态工作原理。
系统电压正常需要DVR晶闸管阀为高压敏感负荷供电时，上级控制器通过正向晶闸管触发监测保护单元TCP1的接收光纤（15）向正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）发送三个间隔20ms的双脉冲信号，正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）收到任意一个双脉冲信号后，进入晶闸管级触发状态。
如果正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）检测到与其并联的正向监测电容器（28）端电压超过保护电压U2，则向正向晶闸管（11）发送一个触发信号，同时通过正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）返回一个双脉冲信号；同时上级控制器通过反向晶闸管触发监测保护单元TCP2的接收光纤（17）向反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）发送三个间隔20ms的双脉冲信号，反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）收到任意一个双脉冲信号后，进入晶闸管级触发状态，如果反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）检测到与其并联的反向监测电容器（27）端电压超过保护电压U2，则向反向晶闸管（12）发送一个触发信号，同时通过反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）返回一个双脉冲信号。
在一个优选实施例中，一个周期内，上级控制器收到正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）、反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）返回的两个双脉冲信号，则判定为“本晶闸管级正向、反向触发通道均故障”。
在一个优选实施例中，一个周期内，仅收到正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）返回的双脉冲信号，则判定为“本晶闸管级正向晶闸管（11）触发通道故障”。
在一个优选实施例中，一个周期内，仅收到反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）返回的双脉冲信号，则判定为“本晶闸管级反向晶闸管（12）触发通道故障”。
在一个优选实施例中，一个周期内，正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）、反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）均没有返回双脉冲信号，则判定为“本晶闸管级触发通道正常”。
本发明采用三组单/双接收脉冲信号切换阀组运行模式，并采用单/双回报脉冲信号分别反馈晶闸管和接收/回报通道运行状态。单/双接收脉冲仅连续出现三次，单/双回报脉冲仅在阀组异常（晶闸管击穿、后备保护动作）时才出现，避免了光头长期通电、光纤连续通光带来的损耗、发热和寿命等一系列问题，提高了系统运行的可靠性和经济性。每个晶闸管级交流电压转换成两组直流低电压信号，不仅能够区别是正向后备保护动作还是反向后备保护动作，而且能够判断是晶闸管损坏还是回报通道故障，从而精准指示故障位置，为快速查找并解决故障创造了有利条件。
此外，上述电压定值U1的设置方法具体为：
设测量电压Uc为反向监测电容器（27）、正向监测电容器（28）的两端电压，电压定值U1为预设目标值，当测量电压Uc大于电压定值U1时，输出状态信号。
电压定值U1应根据系统和阻尼回路参数进行设计。设系统电压为Us，每相晶闸管级数为n，阻尼电容（20）的电容值为Cs，反向监测电容器（27）、正向监测电容器（28）的电容值为Ct，则电压定值U1应该按照下式进行计算：
Figure 474431DEST_PATH_IMAGE001
式中：U1--电压定值，单位V；Us--系统电压（线电压），单位V；n--晶闸管级数，大于等于1的整数；Cs--阻尼电容，单位μF；Ct—反向监测电容器（27）以及正向监测电容器（28）的电容值，单位μF。
以交流10kV系统，每相4晶闸管级为例进行说明，阻尼电容（20）为1μF、反向监测电容器（27）、正向监测电容器（28）设计为30μF，系统电压10kV，则电压定值U1设置为65.8V。
阻尼电容（20）、反向监测电容器（27）、正向监测电容器（28）容抗值一般为阻尼电阻（19）阻抗值百倍以上，故忽略阻尼电阻（19）阻抗值的影响。
对于不同电压等级、不同晶闸管级数、不同阻尼回路参数，均可以按照上面的步骤和方法得到不同电压定值U1，进而实现不同电压检测水平。
电压定值U2的设置方法：
设测量电压Uc为反向监测电容器（27）、正向监测电容器（28）两端电压，保护触发电压U2为预设目标值，根据晶闸管目标保护电压水平进行设置。当测量电压Uc大于电压定值U2时，输出触发信号，使晶闸管导通。
电压定值U2应根据晶闸管的保护水平进行设计。设系统电压为Us，每相晶闸管级数为n，阻尼电容（20）的电容值为Cs，反向监测电容器（27）、正向监测电容器（28）的电容值为Ct，晶闸管目标保护电压水平为Up，则电压定值应该按照下式进行计算：
Figure 151531DEST_PATH_IMAGE002
式中：U2--电压定值，单位V；Us--系统电压（线电压），单位V；
Up--晶闸管保护水平，单位V；n--晶闸管级数，大于等于1的整数；Cs--阻尼电容，单位μF；Ct—反向监测电容器（27）以及正向监测电容器（28）的电容值，单位μF。
以交流10kV系统，每相4晶闸管级为例进行说明，设阻尼电容（20）电容值为1μF、反向监测电容器（27）、正向监测电容器（28）电容值为30μF，系统电压10kV，晶闸管正方向重复耐压水平为6500V，设置保护水平为5200V，则电压定值U2设置为234V即可保证晶闸管一次侧电压达到5200V时进行触发，避免晶闸管损坏。
阻尼电容（20）、反向监测电容器（27）、正向监测电容器（28）容抗值一般为阻尼电阻（19）阻抗值百倍以上，故忽略阻尼电阻（19）阻抗值的影响。
本发明通过上述对电压定值U1和U2的设置，使阀组在正常触发通道出现故障时，能够长期、连续触发，晶闸管承受电压不高于其正向/反向重复耐受电压值，且具有一定的裕度。
对于不同晶闸管级数、不同阻尼回路参数、不同的晶闸管保护要求，均可以按照上面的步骤和方法得到不同电压定值U2，进而实现不同保护水平。
附图5为高压DVR晶闸管旁路阀正方向保护触发相关波形，从上之下依次为晶闸管级电压波形、正向采样电容器电压波形、正向晶闸管后备保护触发脉冲、反向采样电容器电压波形、反向晶闸管后备保护触发脉冲。
附图6为高压DVR晶闸管旁路阀反方向保护触发相关波形，从上之下依次为晶闸管级电压波形、正向采样电容器电压波形、正向晶闸管后备保护触发脉冲、反向采样电容器电压波形、反向晶闸管后备保护触发脉冲。
附图7为高压DVR晶闸管旁路阀正、反双方向保护触发相关波形，，从上之下依次为晶闸管级电压波形、正向采样电容器电压波形、正向晶闸管后备保护触发脉冲、反向采样电容器电压波形、反向晶闸管后备保护触发脉冲。
附图8为高压DVR晶闸管旁路阀触发导通期间双脉冲信号逻辑示意图。从上到下依次为阀端电压波形，正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）接收的双脉冲信号，正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）返回的双脉冲信号，反向晶闸管触发监测保护单元TCP1（14）接收的双脉冲信号，反向晶闸管触发监测保护单元TCP1（14）返回的双脉冲信号。
需要强调的是，本发明所述的实施例是实例性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (21)

1.一种高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统，其特征在于：其包括高压A相电压源(1)、高压B相电压源(2)、高压C相电压源(3)、系统A相等值电抗(4)、系统B相等值电抗(5)、系统C相等值电抗(6)、高压DVR晶闸管旁路阀（7）、直流储能元器件（8）、DVR电压源换流器VSC（9）、高压敏感负载（10）；所述高压DVR晶闸管旁路阀（7）由3n个晶闸管级组成，包括由A1、A2....An共n个晶闸管级串联组成的A相晶闸管级，由B1、B2....Bn共n个晶闸管级串联组成的B相晶闸管级，由C1、C2...Cn共n个晶闸管级串联组成的C相晶闸管级。
2.根据权利要求1所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统，其特征在于：所述3n个晶闸管级的每个晶闸管级包括：正向晶闸管（11），反向晶闸管（12），正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13），反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14），正向晶闸管触发监测保护单元TCP1接收光纤（15），正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16），反向晶闸管触发监测保护单元TCP2接收光纤（17），反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18），阻尼电阻（19），阻尼电容（20），反向采样电容器（21），正向采样电容器（22），正向旁路二极管（23）、反向旁路二极管（24）、二极管1（25）、二极管2（26）、反向监测电容器（27）、正向监测电容器（28）、反向放电电阻（29）、正向放电电阻（30）。
3.一种应用于如权利要求2所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的方法，其特征在于包括：在一个周期内，上级控制器向所述高压DVR晶闸管旁路阀（7）中的所述3n个晶闸管级发送脉冲检测信号，并根据所述高压DVR晶闸管旁路阀（7）所返回的脉冲信号，对晶闸管级的工作状态进行判定。
4.根据权利要求3所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：所述高压DVR晶闸管旁路阀（7）包括关断状态和导通状态两种运行模式；在所述关断状态下，所述上级控制器在一个周期内，向所述高压DVR晶闸管旁路阀（7）中的所述3n个晶闸管级发送单脉冲检测信号，并根据返回的脉冲信号，对晶闸管级的工作状态进行判定；在所述导通状态下，所述上级控制器在一个周期内，向所述高压DVR晶闸管旁路阀（7）中的所述3n个晶闸管级发送双脉冲检测信号，并根据返回的脉冲信号，对晶闸管级的工作状态进行判定。
5.根据权利要求4所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：在系统电压正常且高压DVR晶闸管旁路阀为关断状态时，在阀端电压正峰值位置，所述上级控制器通过所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1接收光纤（15）向所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）发送三个单脉冲信号，所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）收到任意一个单脉冲信号后，进入晶闸管级检测状态，如果所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）检测到与其并联的正向监测电容器（28）端电压低于检测电压U1，则通过所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）返回一个单脉冲信号；在阀端电压的负峰值位置，所述上级控制器通过所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2接收光纤（17）向所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）发送三个单脉冲信号，所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）收到任意一个单脉冲信号后，进入晶闸管级检测状态，如果所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）检测到与其并联的反向监测电容器（27）端电压低于所述检测电压U1，则通过所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）返回一个单脉冲信号。
6.根据权利要求4所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：在系统电压正常且高压DVR晶闸管旁路阀为导通状态时，所述上级控制器通过所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1接收光纤（15）向所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）发送三个双脉冲信号，所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）收到任意一个双脉冲信号后，进入晶闸管级触发状态；如果所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（13）检测到与其并联的所述正向监测电容器（28）端电压超过保护电压U2，则向所述正向晶闸管（11）发送一个触发信号，同时通过所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）返回一个双脉冲信号；在系统电压正常且高压DVR晶闸管旁路阀为导通状态时，所述上级控制器同时通过所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2接收光纤（17）向所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）发送三个双脉冲信号，所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）收到任意一个双脉冲信号后，进入所述晶闸管级触发状态，如果所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（14）检测到与其并联的所述反向监测电容器（27）端电压超过所述保护电压U2，则向所述反向晶闸管（12）发送一个触发信号，同时通过所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）返回一个双脉冲信号。
7.根据权利要求5所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：在一个周期内，所述上级控制器收到所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）、所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）返回的两个单脉冲信号时，则判定为“本晶闸管级通道故障”。
8.根据权利要求5所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：在一个周期内，所述上级控制器仅收到所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）返回的单脉冲信号时，则判定为“本晶闸管级反向晶闸管触发监测保护单元TCP2（18）回报通道故障”。
9.根据权利要求5所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：在一个周期内，所述上级控制器仅收到所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）返回的单脉冲信号时，则判定为“本晶闸管级正向晶闸管触发监测保护单元TCP1（16）回报通道故障”。
10.根据权利要求5所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：在一个周期内，所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）、所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）均没有返回单脉冲信号时，则判定为“本晶闸管级通道正常”。
11.根据权利要求5所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：对于每相n个晶闸管级，如果设定的冗余数是m，当判定“本晶闸管级通道故障”的晶闸管级数大于m时，则判定为“管级数冗余不足，禁止设备投入”，并向所述上级控制器发出电源侧跳闸信号。
12.根据权利要求6所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：在一个周期内，所述上级控制器检测到所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）、所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）返回的两个双脉冲信号时，则判定为“本晶闸管级晶闸管正向、反向触发通道均故障”。
13.根据权利要求6所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：在一个周期内，所述上级控制器仅收到所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）返回的双脉冲信号时，则判定为“本晶闸管级正向晶闸管（11）触发通道故障”。
14.根据权利要求6所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：在一个周期内，所述上级控制器仅收到所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）返回的双脉冲信号时，则判定为“本晶闸管级反向晶闸管（12）触发通道故障”。
15.根据权利要求6所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：在一个周期内，所述上级控制器检测到所述正向晶闸管触发监测保护单元TCP1回报光纤（16）、所述反向晶闸管触发监测保护单元TCP2回报光纤（18）均没有返回双脉冲信号时，则判定为“本晶闸管级触发通道正常”。
16.根据权利要求3-15任一项所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：所述上级控制器发送脉冲的间隔为20ms。
17.根据权利要求16所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：所述晶闸管检测状态包括检测时长5ms，检测间隔20ms。
18.根据权利要求17所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：所述电压定值U1根据系统电压和阻尼回路参数进行设计，实现不同电压检测水平。
19.根据权利要求18所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：所述电压定值U1具体根据下式进行计算；
Figure 172833DEST_PATH_IMAGE001
式中：U1--电压定值，单位V；Us--系统电压，单位V；n--晶闸管级数，为大于等于1的整数；Cs--阻尼电容的电容值，单位μF；Ct--反向监测电容器（27）以及正向监测电容器（28）的电容值，单位μF。
20.根据权利要求19所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：所述电压定值U2根据晶闸管目标保护电压水平进行设计。
21.根据权利要求20所述的高压DVR晶闸管旁路阀后备触发保护及状态监测系统的应用方法，其特征在于：所述电压定值U2具体根据下式进行计算；
Figure 542503DEST_PATH_IMAGE002
式中：U2--电压定值，单位V；Us--系统电压，单位V；Up--晶闸管目标保护电压水平，单位V；n--晶闸管级数，为大于等于1的整数；Cs--阻尼电容的电容值，单位μF；Ct--反向监测电容器（27）以及正向监测电容器（28）的电容值，单位μF。
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