柔性直流输电功率模块旁路开关的状态光回报装置及方法

技术领域

本发明属于柔性直流输电技术领域，具体涉及一种柔性直流输电功率模块旁路开关的状态光回报装置及方法。

背景技术

在柔性直流输电系统中，每个功率模块内都会配置一台旁路开关，当模块电压或电流状态异常时，功率模块控制板（PMC板）便会发送旁路指令给旁路开关，旁路开关会快速关断并将内部子模块短路，避免故障进一步扩大到整个系统。同时，旁路开关的状态必须能够准确发送给PMC板，否则PMC板会判断旁路开关拒动，导致系统跳闸。

原旁路开关在驱动电路上集成一个检测电路，检测电路产生一个电信号，通过导线接入旁路开关内部的微动开关再返回检测电路。当旁路开关动作后，微动开关动作，使电信号中断，检测电路再根据电信号的状态生成一个光信号发送给PMC板。

微动开关在动作时需要将内部铜片使用弹簧分离，弹簧分离过程中铜片必然会弹跳从而导致电信号的振荡，易造成信号识别异常。并且，功率模块上施加着极高的电压和电流，电磁环境极其复杂，电信号极易受到电磁环境的影响，造成电信号变化。一旦电信号错误，导致PMC板认为旁路开关拒动，就会造成系统跳闸，影响整个换流阀的运行，造成极大的经济损失。同时，电信号还需要转换成光信号才能发送给PMC板，这就需要单独的电路来实现，既提高了模块的成本，也提高了模块的故障率。

相关现有技术，如公开号为CN105548871A的专利申请公开了“一种MMC子模块旁路开关状态检测装置和MMC子模块旁路开关”，还存在以下缺点：1）开关状态信号为电信号，存在受到电磁环境影响的隐患。2）电信号的改变依赖于开关内部的微动开关，动作时信号会产生振荡。3）整个装置和控制板的信号也为电信号，存在受到电磁环境影响的隐患。4）若使用该装置就必须按照该装置对模块整体结构进行重新设计，无法直接替换原旁路开关。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中旁路开关状态信号复杂且易受到干扰的问题，提供一种柔性直流输电功率模块旁路开关的状态光回报装置及方法，根据旁路开关的状态改变光信号的状态，并且状态改变时不会造成信号振荡，使光信号以不同的形式直接返回PMC板，告知PMC板此时旁路开关的状态，同时避免额外的光电转换电路和抗电磁兼容电路的设计。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

第一方面，提供一种柔性直流输电功率模块旁路开关的状态光回报装置，包括本体，本体上开设有槽，槽中安装有挡板，挡板与旁路开关的活动机构相连，挡板在活动机构的带动下能够沿本体的槽活动；本体上在槽的两侧开设与槽连通的孔，所述孔用于安装光缆，所述挡板上开设有光信号通过孔；当旁路开关为开通状态，挡板活动至光信号通过孔与两侧光缆对准的位置，当旁路开关为关断状态，挡板活动至光信号通过孔与两侧光缆错位的位置；光缆与PMC板连接。

作为一种优选的方案，所述挡板上间隔开设有多个光信号通过孔，本体上对应于每一个光信号通过孔在槽的两侧开设多对与槽连通的孔，用于安装多组光缆；当旁路开关为开通状态，挡板活动至每一个光信号通过孔均与对应的两侧光缆对准的位置，当旁路开关为关断状态，挡板活动至每一个光信号通过孔均与对应的两侧光缆错位的位置。

作为一种优选的方案，所述挡板上还开设有条形孔，本体在槽的两侧壁面之间开孔并安装定位螺栓，定位螺栓由挡板的条形孔穿过，条形孔用于限定挡板的活动范围。

作为一种优选的方案，所述本体的槽内部装有弹簧，弹簧支撑设置在挡板的底端。

作为一种优选的方案，所述本体设置在旁路开关的内部，并通过安装螺栓与旁路开关进行连接，所述挡板与旁路开关的活动机构采用螺栓相连。

作为一种优选的方案，所述光缆的光缆头使用MF端头，所述MF端头能够紧密安装在本体上开设的孔中，安装好之后两侧光缆的端面距离≤5mm。

作为一种优选的方案，所述光缆使用POF光缆，所述POF光缆的芯径为1mm。

第二方面，提供一种柔性直流输电功率模块旁路开关的状态光回报方法，包括：

在两根光缆中间设置一块开设有光信号通过孔的挡板；

将光缆与PMC板连接，将挡板与旁路开关的活动机构相连；

当旁路开关为开通状态，活动机构带动挡板活动至光信号通过孔与两侧光缆对准的位置，光信号从挡板的光信号通过孔透过，将两根光缆连通；

当旁路开关为关断状态，活动机构带动挡板活动至光信号通过孔与两侧光缆错位的位置，光信号无法从挡板的光信号通过孔透过，PMC板无信号输入。

作为一种优选的方案，挡板的活动方向与两根光缆的布置方向保持垂直。

作为一种优选的方案，在所述挡板上间隔开设多个光信号通过孔，且对应于每一个光信号通过孔在挡板的两侧设置多组光缆；当旁路开关为开通状态，活动机构带动挡板活动至每一个光信号通过孔均与对应的两侧光缆对准，当旁路开关为关断状态，活动机构带动挡板活动至每一个光信号通过孔均与对应的两侧光缆错位。

相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：

本发明柔性直流输电功率模块旁路开关的状态光回报装置直接传输光信号，无需进行光电转换，可以完全免疫电磁场的任何干扰，保证回报的旁路开关状态准确无误。挡板与旁路开关的活动机构之间硬连接，活动机构直接带动挡板动作，可以根据旁路开关的活动机构改变自身内部光通路从而改变光信号的开通和关断，不会造成信号振荡或者开关动作和状态信号之间出现延时。本发明装置的体积小、重量轻，且为纯机械机构，无需电源供电，可以直接替换原旁路开关内的微动开关，无需重新设计或购买整个旁路开关，且不会影响功率模块的结构和重量。本发明可以直接控制光信号并返回给PMC板，无需使用电路板将电信号转换成光信号再返回给PMC板，从而降低了模块成本和故障率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要地介绍，显而易见地，以下附图仅仅是本发明的部分实施例附图，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实施例附图。

图1 本发明实施例状态光回报装置的结构正视图。

图2 本发明实施例状态光回报装置的结构剖视图。

图3 旁路开关开通状态下本发明实施例状态光回报装置的装配示意图。

图4 旁路开关关断状态下本发明实施例状态光回报装置的装配示意图。

图5 本发明实施例系统正常运行时旁路开关开通状态下装置剖面示意图。

图6 本发明实施例系统正常运行时旁路开关开通状态下电路示意图。

图7 本发明实施例系统异常运行时旁路开关断开状态下装置剖面示意图。

图8 本发明实施例系统异常运行时旁路开关断开状态下电路示意图。

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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1和图2，本发明实施例柔性直流输电功率模块旁路开关的状态光回报装置包括本体1，本体1上开槽并安装有挡板2，本体1上在槽的两侧开设与槽连通的孔用于安装光缆3，挡板2上开设有光信号通过孔，光缆3与PMC板连接。

如图3与图4所示，本发明实施例的本体1设置在旁路开关21的内部，并通过安装螺栓24与旁路开关21进行连接，挡板2与旁路开关21的活动机构22采用螺栓相连。挡板2在活动机构22的带动下能够沿本体1的槽进行活动。挡板2上还开设有条形孔，本体1在槽的两侧壁面之间开孔并安装定位螺栓5，定位螺栓5由挡板2的条形孔穿过，条形孔限定了挡板2的活动范围。本体1的槽内部装有弹簧4，弹簧4支撑设置在挡板2的底端。

在一种可能的实施方式中，挡板2上间隔开设有两个光信号通过孔，本体1上对应于每一个光信号通过孔在槽的两侧开设两对与槽连通的孔用于安装多组光缆3，当旁路开关21为开通状态，挡板2活动至每一个光信号通过孔均与对应的两侧光缆3对准的位置，当旁路开关21为关断状态，挡板2活动至每一个光信号通过孔均与对应的两侧光缆3错位的位置。

如图5所示，本发明实施例当系统正常运行时，旁路开关21为开通状态，挡板2活动至光信号通过孔与两侧光缆3对准的位置，电路结构如图6所示。

如图7所示，本发明实施例当系统异常运行时，旁路开关21为关断状态，挡板2活动至光信号通过孔与两侧光缆3错位的位置，电路结构如图8所示。

在一种可能的实施方式中，光缆3的光缆头使用MF端头，MF端头能够紧密安装在本体1上开设的孔中，安装好之后两侧光缆3的端面距离≤5mm。

在一种可能的实施方式中，光缆3使用POF光缆，POF光缆的芯径为1mm，可以保证当两侧光缆头距离≤5mm时，光信号不会因为散射而导致信号丢失。

本发明另一实施例提供一种柔性直流输电功率模块旁路开关的状态光回报方法，包括：

在两根光缆3中间设置一块开设有光信号通过孔的挡板2；

将光缆3与PMC板连接，将挡板2与旁路开关21的活动机构22相连；

当旁路开关21为开通状态，活动机构22带动挡板2活动至光信号通过孔与两侧光缆3对准的位置，光信号从挡板2的光信号通过孔透过，将两根光缆3连通；

当旁路开关21为关断状态，活动机构22带动挡板2活动至光信号通过孔与两侧光缆3错位的位置，光信号无法从挡板2的光信号通过孔透过，PMC板无信号输入。

在一种可能的实施方式中，将挡板2的活动方向与两根光缆3的布置方向保持垂直。

在一种可能的实施方式中，在挡板2上间隔开设多个光信号通过孔，且对应于每一个光信号通过孔在挡板2的两侧设置多组光缆3，当旁路开关21为开通状态，活动机构22带动挡板2活动至每一个光信号通过孔均与对应的两侧光缆3对准，当旁路开关21为关断状态，活动机构22带动挡板2活动至每一个光信号通过孔均与对应的两侧光缆3错位。

如图5所示，旁路开关21开通状态下，功率模块正常运行，旁路开关21的活动机构22将挡板2压入本体1。挡板2上开设的光信号通过孔刚好和两侧光缆3对准，此时光信号可以从光信号通过孔透过，使光信号从另一根光缆3输入PMC板，则此时PMC板会判断旁路开关21为开通状态。

如图7所示，旁路开关21关断状态下，此时子模块被切断，如图8所示，由于旁路开关21的活动机构22将挡板2拉出，挡板2上开设的光信号通过孔移位，此时光信号无法通过挡板2发送至另一端的光缆3，光信号就无法输入PMC板，则此时PMC板就会判断旁路开关21为关断状态。

本发明实施例柔性直流输电功率模块旁路开关的状态光回报装置的弹簧4起限位功能，可让挡板2始终垂直于两根光缆3的布置方向活动，防止挡板2倾斜并和本体1或光缆3产生碰撞。定位螺栓5起定位功能，其从本体1上的螺纹孔插入，穿过挡板2中间的条形孔，可以让挡板2端面始终垂直于光缆3，不会在内部旋转，导致和光缆3产生碰撞。

挡板2前端设置有一定长度的螺纹，可以使用螺母23和旁路开关21的活动机构22采用螺栓相连，旁路开关21在动作时挡板2和旁路开关21同步动作，保证回报的光信号和旁路开关21的动作之间没有延时。同时可以确保挡板2在拉出的过程中不会产生弹跳，导致信号振荡。

本发明柔性直流输电功率模块旁路开关的状态光回报装置为纯机械结构，可靠性高，寿命长。该装置可以用来传输光信号，PMC板直接发送光信号给该装置，该装置根据旁路开关的状态改变自身内部的光通路，使光信号以不同的形式直接返回PMC板，告知PMC板此时旁路开关的状态，同时避免额外的光电转换电路和抗电磁兼容电路的设计。

本发明实施例装置可根据旁路开关的状态改变光信号的状态，并且状态改变时不会造成信号振荡。同时该装置有多路光通路，可以满足柔性直流输电功率模块的交叉通讯功能。

本发明实施例柔性直流输电功率模块旁路开关的状态光回报装置使用光缆3连接，可以直接传输光信号，根据旁路开关21的活动机构22改变自身内部光通路从而改变光信号的开通和关断，挡板2和活动机构22为硬连接，活动机构22直接带动挡板2动作，而非依靠弹簧4的弹力动作，所以在旁路开关21动作时，挡板2不会因弹跳而造成信号振荡，不会造成开关动作和状态信号之间存在延时。由于状态信号为光信号，可以完全免疫电磁场的任何干扰，保证回报的开关状态准确无误。本发明实施例柔性直流输电功率模块旁路开关的状态光回报装置的体积小、重量轻，可以直接替换原旁路开关21内的微动开关，无需重新设计或购买整个旁路开关21，且不会影响功率模块的结构和重量，可以直接控制光信号并返回给PMC板，无需使用电路板将电信号转换成光信号再返回给PMC板，因此可降低模块成本和故障率。并且支持多路状态信号同时传递，满足柔性直流输电功率模块交叉通讯的功能。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。