CN116298567A - 一种基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，可以通过电压采集模块、电流采集模块、压力采集模块、充放电采集模块、温度采集模块和电容监测芯片实时监测待测电容器的内部状态信息，进而获知待测电容器是否发生故障以便及时提示检修人员维修，最终提高待测电容器的使用寿命，提高柔性直流输电系统运行的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及柔性直流换流阀监测技术领域，具体涉及一种基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置。
背景技术
柔性直流输电技术是一种以电压源换流器、可控关断器件和脉宽调制(PWM技术)为基础的新型直流输电技术，柔性直流换流阀是柔性直流输电系统的核心装备。而直流电容器是柔性直流换流阀的子模块内部的核心一次器件，主要起到储能以及电压支撑的作用，在正常运行情况下，直流电容器处于不断充放电的过程中，并且在功率达到最大时电压波动最为剧烈，因此，有必要对柔性直流换流阀的电容器状态进行监测。相关技术中，在柔性直流换流阀运行的过程中，很少监测电容器的内部状态信息，导致电容器很容易发生故障，进而影响电容器的使用寿命，最终影响柔性直流输电系统运行的可靠性。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的在柔性直流换流阀运行的过程中，很少监测电容器的内部状态信息，导致电容器很容易发生故障，进而影响电容器的使用寿命，最终影响柔性直流输电系统运行的可靠性的问题，从而提供一种基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置。
根据第一方面，本发明实施例提供一种基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，包括：
分别设置在电路板卡上且与待测电容器连接的电压采集模块、电流采集模块、压力采集模块、充放电采集模块、温度采集模块和电容监测芯片，所述容监测芯片分别连接所述电压采集模块、所述电流采集模块、所述压力采集模块、所述充放电采集模块和所述温度采集模块；
主控制器，分别与所述电容监测芯片连接，用于向所述电容监测芯片发送控制指令，以使所述电容监测芯片控制所述电压采集模块、所述电流采集模块、所述压力采集模块、所述充放电采集模块、所述温度采集模块执行采集工作，进而获取所述待测电容器的各种不同状态信号；
电源输入模块，分别与所述主控制器、所述电压采集模块、所述电流采集模块、所述压力采集模块、所述充放电采集模块、所述温度采集模块和所述电容监测芯片连接。
在一种实施方式中，所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，所述电容监测芯片，包括：
通信接口单元，分别与所述所述电压采集模块、所述电流采集模块、所述压力采集模块、所述充放电采集模块、所述温度采集模块连接。
在一种实施方式中，所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，所述电容监测芯片，还包括：
控制保护单元，与所述通信接口单元连接，用于基于所述各种不同状态信号分析所述待测电容器是否发生故障，并当产生故障时执行故障保护动作，同时发出故障报警信号。
在一种实施方式中，所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，所述电容监测芯片，还包括：
时钟采集单元，用于采集时钟信号；
电压触发单元，与所述时钟信号，用于基于所述时钟信号，产生电压触发信号；
信号处理单元，分别与所述电压触发单元连接，用于对所述电压触发信号进行处理。
在一种实施方式中，所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，所述电容监测芯片，还包括：
光通讯发送单元，与所述信号处理单元连接，用于基于预设编码方式获取经所述信号处理单元处理后的所述电压触发信号；
光通讯接收单元，分别与所述控制保护单元和所述光通讯发送单元连接，用于基于所述预设编码方式将从所述光通讯发送单元接收的所述电压触发触发信号传输给所述控制保护单元。
在一种实施方式中，所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，所述电容监测芯片，还包括：
时钟分频单元，分别与所述光通讯发送单元、所述光通讯接收单元、所述时钟采集单元和所述控制保护单元连接，用于分频所述时钟信号。
在一种实施方式中，所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，所述光通讯接收单元还连接所述主控制器，用接收所述主控制器发送的控制指令，并将所述控制指令基于预设编码方式传输给所述控制保护单元，以使所述控制保护单元基于经处理的所述电压触发信号、经分频的所述时钟信号和所述控制指令，以使得所述控制保护单元执行各种不同状态信号分析以及故障保护动作。
在一种实施方式中，所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，所述光通讯发送单元还连接所述主控制器，用于通过所述光通讯接收单元从所述控制保护单元获取的所述待测电容器的各种不同状态信号和故障报警信号基于所述预设编码方式反馈给所述主控制器。
在一种实施方式中，所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，所述预设编码方式为曼彻斯特编码方式。
在一种实施方式中，所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，所述电源输入模块包括：电池器件或充电器件。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供一种基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，可以通过电压采集模块、电流采集模块、压力采集模块、充放电采集模块、温度采集模块和电容监测芯片实时监测待测电容器的内部状态信息，进而获知待测电容器是否发生故障以便及时提示检修人员维修，最终提高待测电容器的使用寿命，提高柔性直流输电系统运行的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中电容监测芯片的整体结构框图；
图3为本发明实施例中柔性直流换流阀的示意图。
附图标记：
11-电路板卡；12-主控制器；13-电源输入模块；14-待测电容器；
110-电压采集模块；111-电流采集模块；112-压力采集模块；
113-充放电采集模块；114-温度采集模块；115-电容监测芯片；
1150-控制保护单元；1151-时钟采集单元；1152-电压触发单元；
1153-信号处理单元；1154-光通讯发送单元；1155-光通讯接收单元；
1156-时钟分频单元；1157-通信接口单元。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在柔性直流换流阀监测技术领域中，柔性直流换流阀运行的过程中，很少监测电容器的内部状态信息，导致电容器很容易发生故障，进而影响电容器的使用寿命，最终影响柔性直流输电系统运行的可靠性。
有鉴于此，本发明实施例提供一种基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，如图1所示，包括：分别设置在电路板卡11上且与待测电容器14连接的电压采集模块110、电流采集模块111、压力采集模块112、充放电采集模块113、温度采集模块114和电容监测芯片115，电容监测芯片115分别连接电压采集模块110、电流采集模块111、压力采集模块112、充放电采集模块113和温度采集模块114。以及可以设置在外部的主控制器12。
其中，电路板卡可以为PCB电路板，在该电路板卡上集中设置了上述的电压采集模块、电流采集模块、压力采集模块、充放电采集模块、温度采集模块。其中，电压采集模块可以电压传感器，用于采集待测电容器的当前电压信号；电流采集模块可以为电流传感器，用于采集待测电容器的当前电流信号；压力采集模块可以为压力传感器，用于采集待测电容器的当前压力释放信号；充放电采集模块可以用于采集待测电容器充放电变化的传感器；温度采集模块可以为温度传感器，用于采集待测电容器的当前运行温度；电容监测芯片相当于一个内核逻辑控制器。
在图1中，主控制器12，分别与电容监测芯片115连接，用于向电容监测芯片115发送控制指令，以使电容监测芯片115控制电压采集模块110、电流采集模块111、压力采集模块112、充放电采集模块113、温度采集模块114执行采集工作，进而获取待测电容器14的各种不同状态信号；此处的主控制器12可以为外部的计算机或移动终端。
在图1中，电源输入模块13，分别与主控制器12、电压采集模块110、电流采集模块111、压力采集模块112、充放电采集模块113、温度采集模块114和电容监测芯片115连接。此处的电源输入模块13可以为电池器件或充电器件，用于给电压采集模块110、电流采集模块111、压力采集模块112、充放电采集模块113、温度采集模块114和电容监测芯片115提供电源。
在一种实施方式中，如图2所示，本发明实施例中的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，电容监测芯片115，包括：
通信接口单元1157，分别与电压采集模块110、电流采集模块111、压力采集模块112、充放电采集模块113、温度采集模块114连接。该通信接口单元1157作为信号传输的桥梁，用于传输监测出待测电容器14的当前电压信号、当前电流信号、当前压力信号、当前充放电变化信号和当前温度信号。
在一种实施方式中，在图2中，本发明实施例中的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，电容监测芯片115片，还包括：
控制保护单元1150，与通信接口单元1157连接，用于基于各种不同状态信号分析待测电容器是否发生故障，并当产生故障时执行故障保护动作，同时发出故障报警信号。该控制保护单元1150可以为一个控制芯片。
例如：以电压采集模块所采集的当前电压信号为例，预设安全电压阈值为A，若当前电压信号所对应的电压数值为B，若B≥A，说明当前电压信号处于非安全状态，此时，控制保护单元需要执行故障保护动作，同时要发出故障报警信号。同理，至于剩余的待测电容器的当前电流信号、当前压力信号、当前充放电变化信号以及当前温度信号均可以按照阈值判断方式确定待测电容器是否发生故障，在此，不再赘述。
在一种实施方式中，在图2中，本发明实施例中的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，电容监测芯片15，还包括：
时钟采集单元1151，用于采集时钟信号。该时钟采集模块可以为时钟采集芯片，用于提供预设频率的时钟信号。
电压触发单元1152，与时钟信号，用于基于时钟信号，产生电压触发信号；
信号处理单元1153，分别与电压触发单元1152连接，用于对电压触发信号进行处理。例如：信号处理单元将电压触发信号对应的模拟信号转换成数字信号。
在一种实施方式中，在图2中，本发明实施例中的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，电容监测芯片115，还包括：
光通讯发送单元1154，与信号处理单元1153连接，用于基于预设编码方式获取经信号处理单元1153处理后的电压触发信号；
光通讯接收单元1155，分别与控制保护单元1150和光通讯发送单元1154连接，用于基于预设编码方式将从光通讯发送单元1154接收的电压触发触发信号传输给控制保护单元1150。
在本实施例中，主要通过光通讯发送单元和光通讯接收单元，将信号处理单元处理后的电压触发信号通过预设编码方式传输给控制保护单元，该预设编码方式为曼彻斯特编码方式，曼彻斯特编码方式又称裂相码、双向码，是一种用电平跳变来表示1或0的编码方法，其变化规则很简单，即每个码元均用两个不同相位的电平信号表示，也就是一个周期的方波，但0码和1码的相位正好相反。采用该曼彻斯特编码方式可以提高传输流的速率且信号恢复也较为简单。
在一种实施方式中，在图2中，本发明实施例中的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，电容监测芯片115，还包括：
时钟分频单元1156，分别与光通讯发送单元1154、光通讯接收单元1155、时钟采集单元1151和控制保护单元1150连接，用于分频时钟信号。例如：将时钟采集单元所采集的预设频率的时钟信号进行频率分频以有利于数据传输以及提高数据处理速度。
在一种实施方式中，在图2中，本发明实施例中的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，光通讯接收单元1155还连接主控制器12，用接收主控制器12发送的控制指令，并将控制指令基于预设编码方式传输给控制保护单元，以使控制保护单元1150基于经处理的电压触发信号、经分频的时钟信号和控制指令，以使得控制保护单元1150执行各种不同状态信号分析以及故障保护动作。
控制保护单元1150受控于主控制器12下发的控制指令进而在经处理的电压触发信号、经分频的时钟信号的作用下，控制保护单元1150执行各种不同状态信号分析以及故障保护动作。
在一种实施方式中，在图2中，本发明实施例中的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，光通讯发送单元1154还连接主控制器12，用于通过光通讯接收单元1155从控制保护单元1150获取的待测电容器14的各种不同状态信号和故障报警信号基于预设编码方式反馈给主控制器12。该预设编码方式为曼彻斯特编码方式。例如：当待测电容器发生了故障，可以将故障报警信号反馈给主控制器以及当待测电容器没有发生故障，也会将待测电容的各种不同状态信号通过光通讯发送单元和光通讯接收单元反馈给主控制器。
如图3所示，柔性直流换流阀包含许多个级联的MMC换流子模块，每个桥臂由多个MMC换流子模块和一个串联电抗器组成，同相的上下两个桥臂构成一个相单元。待测电容器并联在每个MMC换流子模块上，待测电容器的内部状态信号直接影响每个MMC换流子模块运行的稳定性，最终影响整个柔性直流换流阀安全可靠运行，因此，通过本发明实施例中的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置可以实时监测每个MMC换流子模块中的待测电容器的内部状态信号，以确保柔性直流换流阀安全可靠运行。
本发明实施例中的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，可以通过电压采集模块、电流采集模块、压力采集模块、充放电采集模块、温度采集模块和电容监测芯片实时监测待测电容器的内部状态信息，进而获知待测电容器是否发生故障以及便时提示检修人员维修，最终提高待测电容器的使用寿命，提高柔性直流输电系统运行的可靠性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，其特征在于，包括：
分别设置在电路板卡上且与待测电容器连接的电压采集模块、电流采集模块、压力采集模块、充放电采集模块、温度采集模块和电容监测芯片，所述容监测芯片分别连接所述电压采集模块、所述电流采集模块、所述压力采集模块、所述充放电采集模块和所述温度采集模块；
主控制器，分别与所述电容监测芯片连接，用于向所述电容监测芯片发送控制指令，以使所述电容监测芯片控制所述电压采集模块、所述电流采集模块、所述压力采集模块、所述充放电采集模块、所述温度采集模块执行采集工作，进而获取所述待测电容器的各种不同状态信号；
电源输入模块，分别与所述主控制器、所述电压采集模块、所述电流采集模块、所述压力采集模块、所述充放电采集模块、所述温度采集模块和所述电容监测芯片连接。
2.根据权利要求1所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，其特征在于，所述电容监测芯片，包括：
通信接口单元，分别与所述所述电压采集模块、所述电流采集模块、所述压力采集模块、所述充放电采集模块、所述温度采集模块连接。
3.根据权利要求2所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，其特征在于，所述电容监测芯片，还包括：
控制保护单元，与所述通信接口单元连接，用于基于所述各种不同状态信号分析所述待测电容器是否发生故障，并当产生故障时执行故障保护动作，同时发出故障报警信号。
4.根据权利要求3所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，其特征在于，所述电容监测芯片，还包括：
时钟采集单元，用于采集时钟信号；
电压触发单元，与所述时钟信号，用于基于所述时钟信号，产生电压触发信号；
信号处理单元，分别与所述电压触发单元连接，用于对所述电压触发信号进行处理。
5.根据权利要求4所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，其特征在于，所述电容监测芯片，还包括：
光通讯发送单元，与所述信号处理单元连接，用于基于预设编码方式获取经所述信号处理单元处理后的所述电压触发信号；
光通讯接收单元，分别与所述控制保护单元和所述光通讯发送单元连接，用于基于所述预设编码方式将从所述光通讯发送单元接收的所述电压触发触发信号传输给所述控制保护单元。
6.根据权利要求5所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，其特征在于，所述电容监测芯片，还包括：
时钟分频单元，分别与所述光通讯发送单元、所述光通讯接收单元、所述时钟采集单元和所述控制保护单元连接，用于分频所述时钟信号。
7.根据权利要求5所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，其特征在于，所述光通讯接收单元还连接所述主控制器，用接收所述主控制器发送的控制指令，并将所述控制指令基于预设编码方式传输给所述控制保护单元，以使所述控制保护单元基于经处理的所述电压触发信号、经分频的所述时钟信号和所述控制指令，以使得所述控制保护单元执行各种不同状态信号分析以及故障保护动作。
8.根据权利要求5所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，其特征在于，所述光通讯发送单元还连接所述主控制器，用于通过所述光通讯接收单元从所述控制保护单元获取的所述待测电容器的各种不同状态信号和故障报警信号基于所述预设编码方式反馈给所述主控制器。
9.根据权利要求5至8任一项所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，其特征在于，所述预设编码方式为曼彻斯特编码方式。
10.根据权利要求1所述的基于柔性直流换流阀的电容器状态监测装置，其特征在于，所述电源输入模块包括：电池器件或充电器件。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117310427A (zh) * | 2023-09-27 | 2023-12-29 | 石家庄旭昊电力设备科技有限公司 | 一种故障检测方法及高压电容器组单元在线监测系统 |
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2021
- 2021-12-06 CN CN202111472964.2A patent/CN116298567A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117310427A (zh) * | 2023-09-27 | 2023-12-29 | 石家庄旭昊电力设备科技有限公司 | 一种故障检测方法及高压电容器组单元在线监测系统 |
| CN117310427B (zh) * | 2023-09-27 | 2024-03-29 | 石家庄旭昊电力设备科技有限公司 | 一种故障检测方法及高压电容器组单元在线监测系统 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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