直流泄能装置中晶闸管级电路的触发监测装置及取能方法

技术领域

本发明属于特高压直流输电技术领域，具体涉及一种直流泄能装置中晶闸管级电路的触发监测装置及取能方法。

背景技术

直流泄能装置应用于直流输电系统，配置在直流母线上，其动作时刻可控。当直流母线电压过高时，接收动作指令，泄放直流母线的盈余功率，维持直流母线电压。直流泄能装置中包含串联的晶闸管级电路，由晶闸管、阻尼电容、阻尼电阻、均压电阻和触发监测单元组成。触发监测单元实现对晶闸管的触发和监测功能。在特高压直流换流阀等应用场合，晶闸管级电路两端承受交流电压，因此触发监测单元可以通过阻尼支路从晶闸管两端取能。

直流泄能装置中晶闸管级电路两端承受直流电压和较小的交流纹波电压，在一定工况下，该交流纹波电压可能会降为0，因此无法通过阻尼支路获取足够的能量。此外，触发监测单元中的过电压保护电路要求能够快速获取能量，以尽快具备过电压保护功能，防止整个系统充电过程中晶闸管被过电压击穿。同时系统要求取能电路容量足够大，在失去能量来源后能够保证触发监测单元在尽量长时间内可以继续工作。现有技术侧重于单一进行快速取能或大容量取能，不能同时满足快速取能和大容量取能的要求，无法保障触发监测单元的安全稳定运行。综上，触发监测单元的取能成为主要的技术难点。目前在直流泄能装置晶闸管触发监测单元的混合取能方面存在迫切需求。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种直流泄能装置中晶闸管级电路的触发监测装置，所述晶闸管级电路由晶闸管9、均压电阻12、阻尼电容11、阻尼电阻10和触发监测装置组成，其特征在于，所述触发监测装置包括：

快速取能电路1、大容量取能电路2、过电压保护电路7和后级功能电路8；

所述快速取能电路1分别与所述大容量取能电路2和过电压保护电路7连接；

所述快速取能电路1通过阻尼电容11和阻尼电阻10与晶闸管9的阳极连接，所述快速取能电路1与晶闸管9阴极连接；

所述大容量取能电路2与所述后级功能电路8连接；

所述大容量取能电路2通过均压电阻12与晶闸管9阳极连接，所述大容量取能电路2与晶闸管9阴极连接；

所述快速取能电路1，用于在晶闸管级电路充电过程中取能，向所述过电压保护电路7供能，还用于在晶闸管级电路充电完成后且晶闸管9两端有交流谐波时，从交流谐波中取能，并通过单向流通电路13向所述大容量取能电路2供能；

所述大容量取能电路2，用于采用直流电压取能方式从晶闸管9两端取能，并向所述后级功能电路8供能。

优选的，所述触发监测装置还包括：辅助电路和激光取能电路3；

所述辅助电路分别与所述大容量取能电路2和所述激光取能电路3连接；

所述激光取能电路3与所述大容量取能电路2连接；

所述辅助电路，用于监测所述大容量取能电路2的能量状态，并根据所述大容量取能电路2的能量状态向所述激光取能电路3发射激光；

所述激光取能电路3，用于将激光转化为电能，并利用转化的电能通过单向流通电路14向所述大容量取能电路2供能。

优选的，所述辅助电路包括：电源监测电路4、控制设备5和激光供能装置6；

所述电源监测电路4、控制设备5和激光供能装置6依次连接；

所述电源监测电路4与所述大容量取能电路2连接；

所述激光供能装置6通过光纤15与所述激光取能电路3连接；

所述电源监测电路4，用于监测所述大容量取能电路2的能量，判断所述大容量取能电路2的能量获取是否大于设定值，并将判断结果发送给所述控制设备5；

所述控制设备5，用于当判断结果为否时，启动所述激光供能装置6，还用于当判断结果为是时，关闭所述激光供能装置6；

所述激光供能装置6，用于通过光纤15向所述激光取能电路3发射激光。

优选的，所述电源监测电路4和控制设备5通过光纤或电气导线依次连接。

优选的，所述判断结果的表征方式包括：脉冲、电平或通信编码。

优选的，所述大容量取能电路2包括：取能支路、大容量取能电源和过压旁路保护电路；

所述取能支路用于在晶闸管9两端电压不为0时，从晶闸管9两端电压中获取能量，为后级功能电路8供能并为大容量取能电源充能；

所述大容量取能电源用于存储获取的能量，并在晶闸管9两端电压为0时，释放存储的能量，持续为后级功能电路8供能；

所述过压旁路保护电路用于当所述大容量取能电源存储的能量达到设定值后，将所述取能支路旁路。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种直流泄能装置中晶闸管级电路的触发监测装置取能方法，所述取能方法采用所述的触发监测装置进行取能，包括：

当晶闸管级电路处于充电过程时，通过快速取能电路1经由阻尼电容11与阻尼电阻10从晶闸管9两端获取能量，为过电压保护电路7供能；

通过大容量取能电路2经由均压电阻12从晶闸管9两端获取能量，为后级功能电路8供能；

当晶闸管级电路充电完成后且晶闸管9两端有交流谐波时，通过快速取能电路1从晶闸管9两端的交流谐波中获取能量，为大容量取能电路2供能。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本发明提供了一种直流泄能装置中晶闸管级电路的触发监测装置及取能方法，所述晶闸管级电路由晶闸管9、均压电阻12、阻尼电容11、阻尼电阻10和触发监测装置组成，其特征在于，所述触发监测装置包括：快速取能电路1、大容量取能电路2、过电压保护电路7和后级功能电路8；所述快速取能电路1分别与所述大容量取能电路2和过电压保护电路7连接；所述快速取能电路1通过阻尼电容11和阻尼电阻10与晶闸管9的阳极连接，所述快速取能电路1与晶闸管9阴极连接；所述大容量取能电路2与所述后级功能电路8连接；所述大容量取能电路2通过均压电阻12与晶闸管9阳极连接，所述大容量取能电路2与晶闸管9阴极连接；所述快速取能电路1，用于在晶闸管级电路充电过程中取能，向所述过电压保护电路7供能，还用于在晶闸管级电路充电完成后且晶闸管9两端有交流谐波时，从交流谐波中取能，并通过单向流通电路13向所述大容量取能电路2供能；所述大容量取能电路2，用于采用直流电压取能方式从晶闸管9两端取能，并向所述后级功能电路8供能。本发明将快速取能与大容量取能相结合，既能快速取能，使过电压保护电路7尽快进入工作状态，又可以进行大容量取能，保证触发监测装置的正常工作。

本发明可以实现在晶闸管9两端无电压后，大容量取能电源释放存储的能量维持触发监测装置一段时间的工作；在极端工况下，激光取能电路3仍可以保障触发监测装置的正常工作，提高了触发监测装置工作的可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的直流泄能装置中晶闸管级电路的触发监测装置的结构示意图；

图2为晶闸管级电路框图；

图3为本发明提供的直流泄能装置中晶闸管级电路的触发监测装置取能方法流程图；

附图标号说明：1-快速取能电路，2-大容量取能电路，3-激光取能电路，4-电源监测电路，5-控制设备，6-激光供能装置，7-过电压保护电路，8-后级功能电路，9-晶闸管，10-阻尼电阻，11-阻尼电容，12-均压电阻，13-单向流通电路，14-单向流通电路，15-光纤，16-触发监测单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

实施例1：

本发明提供的直流泄能装置中晶闸管级电路的触发监测装置的结构示意图如图1所示，所述晶闸管级电路由晶闸管9、均压电阻12、阻尼电容11、阻尼电阻10和触发监测装置组成；

所述触发监测装置包括：

快速取能电路1、大容量取能电路2、过电压保护电路7和后级功能电路8；

所述快速取能电路1分别与所述大容量取能电路2和过电压保护电路7连接；

所述快速取能电路1通过阻尼电容11和阻尼电阻10与晶闸管9的阳极连接，所述快速取能电路1与晶闸管9阴极连接；

所述大容量取能电路2与所述后级功能电路8连接；

所述大容量取能电路2通过均压电阻12与晶闸管9阳极连接，所述大容量取能电路2与晶闸管9阴极连接；

所述快速取能电路1，用于在晶闸管级电路充电过程中取能，向所述过电压保护电路7供能，还用于在晶闸管级电路充电完成后且晶闸管9两端有交流谐波时，从交流谐波中取能，并通过单向流通电路13向所述大容量取能电路2供能；

所述大容量取能电路2，用于采用直流电压取能方式从晶闸管9两端取能，并向所述后级功能电路8供能。

直流泄能装置中包含串联的晶闸管级电路，如图2所示，由晶闸管9、阻尼电容11、阻尼电阻10、均压电阻12和触发监测单元16组成。触发监测单元16实现对晶闸管9的触发和监测功能。在特高压直流换流阀等应用场合，晶闸管级电路两端承受交流电压，因此触发监测单元16可以通过阻尼支路从晶闸管9两端取能。但直流泄能装置中晶闸管级电路两端承受直流电压和较小的交流纹波电压，且在一定工况下，该交流纹波电压可能会降为0，因此无法通过阻尼支路获取足够的能量。此外，触发监测单元16中的过电压保护电路要求能够快速获取能量，以尽快具备过电压保护功能，防止整个系统充电过程中晶闸管9被过电压击穿。同时系统要求取能电路容量足够大，在失去能量来源后能够保证触发监测单元16在尽量长时间内可以继续工作。

本发明提出了一种混合取能方法，可以同时从直流均压支路、阻尼支路和晶闸管级电路外部获取能量，满足直流泄能装置的应用需求。

完整的混合取能方法共包含3套取能电路。

(1)快速取能电路1的特点是取能快，但容量小。在晶闸管级电路充电过程中可以快速取够能量，使过电压保护电路7尽快进入工作状态，防止晶闸管9在充电过程中发生过电压击穿。进入正常工作模式后，如果晶闸管9两端有交流谐波，快速取能电路1还可以持续取能，这部分能量将会通过单向流通电路13提供给大容量取能电路2，单向流通电路13可以阻止大容量取能电路2的能量回馈给快速取能电路1。

大容量取能电路2包括：取能支路、大容量取能电源和过压旁路保护电路；

所述取能支路用于在晶闸管9两端电压不为0时，从晶闸管9两端电压中获取能量，为后级功能电路8供能并为大容量取能电源充能；

所述大容量取能电源用于存储获取的能量，并在晶闸管9两端电压为0时，释放存储的能量，持续为后级功能电路8供能；

所述过压旁路保护电路用于当所述大容量取能电源存储的能量达到设定值后，将所述取能支路旁路。

(2)大容量取能电路2是混合取能方法的核心部分，是保证整个触发监测单元16正常工作的主要能量来源。其采用直流电压取能方式，特点是取能慢、容量大，在晶闸管9两端电压为0后，所储存的能量可以让触发监测单元16持续工作一段时间。大容量取能电路2内部具有过压旁路功能，当获取到足够能量后，可以自动将大容量取能电路旁路，防止输出电压过高，影响后级电路正常工作。

触发监测装置还包括：辅助电路和激光取能电路3；

所述辅助电路分别与所述大容量取能电路2和所述激光取能电路3连接；

所述激光取能电路3与所述大容量取能电路2连接；

所述辅助电路，用于监测所述大容量取能电路2的能量状态，并根据所述大容量取能电路2的能量状态向所述激光取能电路3发射激光；

所述激光取能电路3，用于将激光转化为电能，并利用转化的电能通过单向流通电路14向所述大容量取能电路2供能。

所述辅助电路包括：电源监测电路4、控制设备5和激光供能装置6；

所述电源监测电路4、控制设备5和激光供能装置6依次连接；

所述电源监测电路4与所述大容量取能电路2连接；

所述激光供能装置6通过光纤15与所述激光取能电路3连接；

所述电源监测电路4，用于监测所述大容量取能电路2的能量，判断所述大容量取能电路2的能量获取是否大于设定值，并将判断结果发送给所述控制设备5；

所述控制设备5，用于当判断结果为否时，启动所述激光供能装置6，还用于当判断结果为是时，关闭所述激光供能装置6；

所述激光供能装置6，用于通过光纤15向所述激光取能电路3发射激光。

(3)激光取能电路3是将激光转换成电能，并通过单向流通电路14提供给大容量取能电路2，单向流通电路14可以阻止大容量取能电路2的能量回馈给激光取能电路3。位于低压侧的激光供能装置6将能量转化为电能并通过光纤15发送给高压侧的激光取能电路3。激光取能电路3可以位于触发监测单元16内部，也可以位于触发监测单元16外部，作为独立的取能模块，通过电气导线和触发监测单元16连接。

正常情况下，大容量取能电路2可以支撑触发监测单元16正常工作，但在某些极端工况下，晶闸管9两端电压过低会导致大容量取能电路2获取能量不够支撑触发监测单元16正常工作。此外如果均压电阻12故障或大容量取能电路2发生故障都会导致触发监测单元16缺乏能量而无法正常工作，因此增加了激光取能电路3，可以保证在极端工况下，触发监测单元16依然可以正常工作，提高可靠性。

激光供能装置6普遍寿命较低、长时间持续工作下可靠性不高，这显然不符合特高压直流输电工程对高可靠性的要求。本发明的混合取能方法中，设计了电源监测电路4，可以实时监测大容量取能电源的状态，判断能量是否充足，并将结果发送给低压侧的控制设备5，连接电源监测电路4与控制设备5的可以是光纤也可以是电气导线，表征能量是否充足的方式包括：脉冲的有无、电平的高低和通信编码。在正常工况下，晶闸管9两端电压较高，大容量取能电路2可以获取足够能量，电源监测电路4判断取能充足，并将结果发送给低压侧的控制设备5，控制设备内实现激光供能装置6的启停逻辑，控制激光供能装置6停止工作。在极端工况或大容量取能电路2故障时，电源监测电路4判断取能不足，控制设备5控制激光供能装置6启动工作，为触发监测单元16供电。

本发明提出了直流泄能装置晶闸管触发监测单元混合取能设计方法，通过采用快速取能、大容量取能、激光取能混合取能的方法，满足了触发监测单元16的如下苛刻要求：(1)取能容量大，保证触发监测单元16正常工作，且在晶闸管9两端无电压后，触发监测单元16可以持续工作一段时间；(2)取能速度快，使过电压保护电路7能够尽快进入工作状态；(3)高可靠性。

实施例2：

基于同一发明构思，本发明还提供了一种直流泄能装置中晶闸管级电路的触发监测装置取能方法，如图3所示；

所述取能方法采用所述实施例1中的触发监测装置进行取能，包括：

步骤1：当晶闸管级电路处于充电过程时，通过快速取能电路1经由阻尼电容11与阻尼电阻10从晶闸管9两端获取能量，为过电压保护电路7供能；

步骤2：通过大容量取能电路2经由均压电阻12从晶闸管9两端获取能量，为后级功能电路8供能；

步骤3：当晶闸管级电路充电完成后且晶闸管9两端有交流谐波时，通过快速取能电路1从晶闸管9两端的交流谐波中获取能量，为大容量取能电路2供能。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。