CN207320824U - 一种高压直流断路器及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高压直流断路器及其控制系统，控制系统包括用于控制直流断路器子模块的子模块控制单元以及安装在高压直流断路器本体上的光耦合模块；光耦合模块包括至少一个用于连接主控制单元的控制光纤输入端，光耦合模块的一个控制光纤输入端对应至少两个控制光纤输出端，光耦合模块同一个控制光纤输入端对应的每一个控制光纤输出端连接需要相同控制指令的子模块控制单元。在本实用新型中，通过将光耦合模块设置在高压直流断路器本体上，主控制单元经一根控制光纤发送过来的控制信号经过光耦合模块耦合扩展后发送给多个子模块控制单元，有效避免了主控制单元与子模块控制单元之间需要铺设大量光纤的现象。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高压直流断路器及其控制系统，属于柔性直流输电技术领域。
背景技术
当前，高压直流断路器通常采用机械开关和电子开关混合的结构形式，其中电子开关一般用IGBT或其他功率元器件。在关断高压直流断路器的过程中，通过电子开关控制机械开关所在支路的电流转移，最终实现机械开关在无电流状态下的闭锁。
柔性直流输电的电压等级通常为±200kV以上，有时可高达±800kV。因此，直流断路器中的电子开关必须串联多个IGBT模块来承受数百千伏的电压。根据电压等级不同，串联的功率元件的数量也不同，但一般需要数百个IGBT模块。
直流断路器的控制设备位于控制室内，与一次设备之间距离较远。根据IGBT模块单元的控制要求，必须对每个IGBT模块单元进行控制和监视，因此每个IGBT模块需要一个专门的控制通道光纤和监视通道光纤，从而需要铺设大量光纤进行控制。高压直流断路器运行过程中，关断电流及关断电压比较大，因此要求断路器电子开关的所有IGBT模块单元动作必须保持高度的一致性，否则可能会造成元器件的损坏。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高压直流断路器及其控制系统，用于解决控制直流断路器子模块时需要布设大量控制光纤这一技术问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高压直流断路器控制系统，包括用于控制直流断路器子模块的子模块控制单元，该控制系统还包括安装在高压直流断路器本体上的光耦合模块；所述光耦合模块包括至少一个用于连接主控制单元的控制光纤输入端，所述光耦合模块的一个控制光纤输入端对应至少两个控制光纤输出端，所述光耦合模块同一个控制光纤输入端对应的每一个控制光纤输出端连接需要相同控制指令的子模块控制单元。
进一步的，所述光耦合模块的每个控制光纤输入端对应八个控制光纤输出端。
进一步的，所述光耦合模块包括两个控制光纤输入端。
进一步的，所述子模块控制单元还包括监视光纤端口，所述监视光纤端口用于与主控制单元相连。
本实用新型还提供了一种高压直流断路器，包括高压直流断路器控制系统，该控制系统包括主控制单元和用于控制直流断路器子模块的子模块控制单元，该控制系统还包括安装在高压直流断路器本体上的光耦合模块；所述光耦合模块包括至少一个控制光纤输入端，所述光耦合模块的一个控制光纤输入端通过控制光纤连接所述主控制单元；所述光耦合模块的每个控制光纤输入端对应至少两个控制光纤输出端，所述光耦合模块同一个控制光纤输入端对应的每一个控制光纤输出端连接需要相同控制指令的子模块控制单元。
进一步的，所述光耦合模块的每个控制光纤输入端对应八个控制光纤输出端。
进一步的，所述光耦合模块包括两个控制光纤输入端。
进一步的，所述子模块控制单元还包括监视光纤端口，所述监视光纤端口与主控制单元相连。
本实用新型的有益效果是：通过将光耦合模块设置在高压直流断路器本体上，主控制单元经一根控制光纤发送过来的控制信号经过光耦合模块耦合扩展后发送给多个子模块控制单元，也就是需要相同控制指令的直流断路器子模块对应的多个子控制单元可以采用一根控制光纤进行发送控制信号，有效避免了主控制单元与子模块控制单元之间需要铺设大量光纤的现象；同时，也减少了主控制单元发出相同控制命令的接口，有利于提高发出光控制信号的一致性，保证了控制的可靠性。
附图说明
图1是高压直流断路器控制系统的连接拓扑示意图；
图2是光耦合模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体的实施例对本实用新型进行进一步详细说明。
本实用新型提供了一种高压直流断路器，该直流断路器包括高压直流断路器控制系统，如图1所示为高压直流断路器控制系统的连接拓扑示意图，整个控制系统包括主控制单元和子模块控制单元。主控制单元位于低电位侧的主控室内，子模块控制单元位于直流断路器本体上，即直流断路器的高电位侧。
其中，主控制单元的主要功能为下发控制命令到子模块控制单元、接收由子模块控制单元返回的高压直流断路器各个子模块的状态以及对各个子模块的状态进行监视判断。主控制单元向子模块控制单元下发的控制命令主要包括高压直流断路器各个子模块的关合以及保护情况等。主控制单元发出控制命令为光编码脉冲形式。
子模块控制单元的主要功能为接收主控制单元的控制命令、对高压直流断路器的子模块进行关合控制、监视高压直流断路器子模块的状态并把监视结果上传到主控制单元。此外，在主控制单元发生故障的情况下，子模块控制单元能对高压直流断路器的子模块进行旁路保护。
如图2为耦合模块的内部结构示意图，该耦合模块属于无源耦合模块，其控制光纤输入端口的数目为N，控制光纤输出端口的数目为M，输入的N路光信号在内部耦合后进行扩展输出为M路光信号。其中，耦合模块输入通道端口的数目N为不小于1的正整数，也就是N≥1，N的具体取值可以由选定的耦合模块的型号进行确定，如可以设置为1、2、5、8根等。对于每一个控制光纤输入端口，所对应的控制光纤输出端口数目至少为K，当K越大时，则该控制系统相对于每个子模块控制单元均连接一根控制光纤所节省的光纤数目越大。此时，对于一个耦合模块，存在M≥KN。对于同一个光耦模块，其控制光纤输入端口所对应的控制命令是冗余的，也就是同一个光耦模块的所有控制光纤输出端口的控制命令是一致的。在本实施例中，取K＝8，耦合模块的控制光纤输入端口的数目N设置为2，则有耦合模块的控制光纤输出端口的数目M≥16，即耦合模块的输出通道可以大于等于16路。
当然，作为其他的实施方式，对于同一个光耦模块，其控制光纤输入端口所对应的控制命令也可以是不同的，此时该光耦模块中的每一个控制光纤输入端口所对应的控制光纤输出端口输出的控制命令是相同的，而不同控制光纤输入端口所对应的控制光纤输出端口输出的控制命令是不同的。
由于实现将一路光控制信号耦合扩展成多路相同的光控制信号的耦合模块属于现有技术，此处不再赘述。
主控制单元通过控制光纤连接光耦合模块的控制光纤输入端口，光耦模块的每个控制光纤输出端口通过光纤对应连接一个子模块控制单元。每个子模块控制单元都有一根监视光纤直接连接到主控制单元，即监视光纤与子控制模块之间为一一对应连接的方式。
在断路器高电位侧设置X个光耦合模块，具体X的取值根据直流断路器中子模块的数目Y以及所有子模块所需要的控制指令的类型进行灵活配置，每个耦合模块的输出通道端口的数目为M，为了实现光控制信号冗余耦合，设计所有耦合模块扩展出的控制光信号之和大于等于直流断路器中子模块的数目Y，也就是有Y≤M*X。
在控制系统正常工作过程中，每个子模块控制单元监视对应的高压直流断路器子模块的状态，并通过监视光纤发送给主控制单元，从而实现主控制单元对压直流断路器子模块的监控。当需要对高压直流断路器进行闭合或断开控制时，主控制单元通过N根控制光纤将控制命令即光编码脉冲发送给耦合模块，耦合模块将接收到的控制命令耦合扩展成M路控制信号，并发送到对应的M个子模块控制单元，每个子模块控制单元控制对应的高压直流断路器子模块的开通或关断。
Claims (8)
1.一种高压直流断路器控制系统，包括用于控制直流断路器子模块的子模块控制单元，其特征在于，该控制系统还包括安装在高压直流断路器本体上的光耦合模块；所述光耦合模块包括至少一个用于连接主控制单元的控制光纤输入端，所述光耦合模块的一个控制光纤输入端对应至少两个控制光纤输出端，所述光耦合模块同一个控制光纤输入端对应的每一个控制光纤输出端连接需要相同控制指令的子模块控制单元。
2.根据权利要求1所述的高压直流断路器控制系统，其特征在于，所述光耦合模块的每个控制光纤输入端对应八个控制光纤输出端。
3.根据权利要求1或2所述的高压直流断路器控制系统，其特征在于，所述光耦合模块包括两个控制光纤输入端。
4.根据权利要求1或2所述的高压直流断路器控制系统，其特征在于，所述子模块控制单元还包括监视光纤端口，所述监视光纤端口用于与主控制单元相连。
5.一种高压直流断路器，包括高压直流断路器控制系统，该控制系统包括主控制单元和用于控制直流断路器子模块的子模块控制单元，其特征在于，该控制系统还包括安装在高压直流断路器本体上的光耦合模块；所述光耦合模块包括至少一个控制光纤输入端，所述光耦合模块的一个控制光纤输入端通过控制光纤连接所述主控制单元；所述光耦合模块的一个控制光纤输入端对应至少两个控制光纤输出端，所述光耦合模块同一个控制光纤输入端对应的每一个控制光纤输出端连接需要相同控制指令的子模块控制单元。
6.根据权利要求5所述的高压直流断路器，其特征在于，所述光耦合模块的每个控制光纤输入端对应八个控制光纤输出端。
7.根据权利要求5或6所述的高压直流断路器，其特征在于，所述光耦合模块包括两个控制光纤输入端。
8.根据权利要求5或6所述的高压直流断路器，其特征在于，所述子模块控制单元还包括监视光纤端口，所述监视光纤端口与主控制单元相连。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109888742A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-06-14 | 清华大学 | 一种三端口直流断路器控保系统 |
| CN111505492A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-08-07 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种直流断路器测试装置及方法 |
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| CN109888742B (zh) * | 2019-01-31 | 2020-10-23 | 清华大学 | 一种三端口直流断路器控保系统 |
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