一種用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器，包括光路切換單元、有源分光單元、有源分光備用單元、光纖自檢單元和激光取能單元；光路切換單元將光纖通路從有源分光單元切換到有源分光備用單元，所述光纖自檢單元對來自閥基電子設(shè)備的光纖進(jìn)行監(jiān)測，所述激光取能單元為有源分光器供電。本發(fā)明提供的用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器，通過在換流閥塔上使用有源分光器，可以將送往閥塔的觸發(fā)信號光纖由每臺換流閥的72根減少為4根，12脈動換流閥塔的光纖需求總量降低為912根，不到原數(shù)量的55％，可以非常有效地減少建造、維護(hù)、檢修的工作量。
【專利說明】—種用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人們環(huán)保意識的提升，對于清潔能源的需求日益上升，新能源:風(fēng)力發(fā)電場、光伏發(fā)電場大規(guī)模使用，這些新能源基地一般建設(shè)在西北偏遠(yuǎn)地區(qū)，遠(yuǎn)離主網(wǎng)，并且受氣候影響很大，所提供的電能極不穩(wěn)定，因此需要特高壓輸電通道將這些電能送到東部人口密集地區(qū)的主電網(wǎng)進(jìn)行消納，為此近年來我國建設(shè)了多條直流輸電線路。
[0003]超/特高壓直流輸電工程的設(shè)備一般包括換流閥塔、VBE、控制保護(hù)系統(tǒng)、直流場設(shè)備等，其中換流閥塔和VBE負(fù)責(zé)實現(xiàn)交/直流的變換，是直流輸電工程核心功率部件，換流閥使用光纖接收來自VBE的觸發(fā)信號，并通過光纖將自身的狀態(tài)回報給VBE，VBE匯集所有的光纖信號并負(fù)責(zé)與控制保護(hù)系統(tǒng)互連，從而令控制保護(hù)系統(tǒng)可以有效地控制換流閥塔進(jìn)行包括移相觸發(fā)、極性反轉(zhuǎn)、投旁路等控制動作。
[0004]超/特高壓直流輸電技術(shù)一般采用晶閘管串聯(lián)構(gòu)成換流閥，12路換流閥構(gòu)成12脈動高壓整流器(逆變器)的方式進(jìn)行交/直流的變換，以±800kV直流輸電整流站為例，該站包括2極(+SOOkV及-SOOkV)共3456級晶閘管級，每級晶閘管需要2路光纖用于接收觸發(fā)脈沖信號和回報晶閘管級狀態(tài)，則總共需要6912根光纖用于VBE與換流閥塔的信號互聯(lián)，光纖接線復(fù)雜而且容易出錯，無論是建造、維護(hù)、維修的工作量都非常龐大。
[0005]同時，HVDC(高壓直流輸電)TTM(晶閘管控制單元)的取能是晶閘管控制單元的核心技術(shù)之一。晶閘管控制單元(TTM)工作在晶閘管級上的高電位，需要外界為晶閘管控制單元提供工作電源。目前，晶閘管控制單元的取能方式主要有兩種:(I)高壓側(cè)取能、(2)低壓側(cè)送能。
[0006]高壓側(cè)取能是從動態(tài)均壓阻尼回路引入電流，對儲能電容充電，在經(jīng)過電壓變換得到所需的工作電壓。這種方式雖然不存在高低電位隔離的問題，但是引入的電流較高，影響了晶閘管控制單元抗電磁干擾能力。而低壓側(cè)送能一般是通過電磁送能方式，電磁送能用低壓側(cè)的電源經(jīng)過脈沖變壓器隔離，經(jīng)過晶閘管控制單元整流得到電源電壓，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換成工作所需的電壓。而由于HVDC電壓等級很高，脈沖變壓器需要隔離閥體的高電位與低壓側(cè)電源的低電位，實現(xiàn)起來非常困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器，通過在換流閥塔上使用有源分光器，可以將送往閥塔的觸發(fā)信號光纖由每臺換流閥的72根減少為4根，12脈動換流閥塔的光纖需求總量降低為912根，不到原數(shù)量的55%，可以非常有效地減少建造、維護(hù)、檢修的工作量。[0008]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0009]本發(fā)明提供一種用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器，所述有源分光器包括光路切換單元、有源分光單元、有源分光備用單元、光纖自檢單元和激光取能單元；所述光路切換單元、有源分光單元、有源分光備用單元和光纖自檢單元均與激光取能單元并聯(lián)。
[0010]所述光路切換單元將光纖通路從有源分光單元切換到有源分光備用單元，所述光纖自檢單元對來自閥基電子設(shè)備的光纖進(jìn)行監(jiān)測，所述激光取能單元為有源分光器供電。
[0011]所述有源分光單元和有源分光備用單元均包括光電轉(zhuǎn)換單元和信號分光單元；所述光電轉(zhuǎn)換單元將來自閥基電子設(shè)備的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將電信號發(fā)送給所述信號分光單元，所述信號分光單元將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并將單路光信號分為N路光信號，通過光纖將N路光信號發(fā)送給換流閥。
[0012]通過有源分光單元的光纖發(fā)生斷線或電路故障情況下，光路切換單元將光纖通路從有源分光單元切換到有源分光備用單元。
[0013]所述光纖自檢單元不僅對來自閥基電子設(shè)備的光纖進(jìn)行監(jiān)測，同時對有源分光器內(nèi)部電路進(jìn)行監(jiān)測。
[0014]所述光纖為高壓光纖。
[0015]所述激光取能單元接收來自閥基電子設(shè)備的激光送能信號并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，為有源分光器供電。
[0016]所述有源分光器安裝在閥基電子設(shè)備和換流閥之間。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0018](I)可以有效地降低換流閥塔的光纖使用量，從而降低了換流站的建造、維護(hù)、檢
修工作量。
[0019](2)引入了激光光纖取能單元，采用全光纖接口，具備優(yōu)越的電磁兼容性，提高了換流設(shè)備整體的可靠性。
[0020](3)有源分光器具備光纖自檢功能并可以根據(jù)自檢結(jié)果自動切換光路，分光器內(nèi)自備冗余光路，具備故障下運行能力。
[0021 ] (4)有源分光器可將光纖自檢和內(nèi)部自檢結(jié)果通過I路回報光纖回報給VBE，有利于運行人員掌握設(shè)備自身狀態(tài)，可有效提高設(shè)備運行的透明性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]圖2是有源分光器與VBE和閥塔的光纖接線示意圖；
[0024]圖3是有源濾波器所接受的來自VBE的觸發(fā)信號示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]本發(fā)明提供了一種新型的用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器，是為實現(xiàn)減少VBE到換流閥塔的光纖數(shù)量而設(shè)計的，以±800kV直流輸電單極12脈動換流器為例，有源分光器接收來自VBE的2根觸發(fā)光纖信號并將其分為若干路獨立的觸發(fā)光纖信號給換流閥的晶閘管級，同時實現(xiàn)光纖自檢和光纖激光取能的功能。由于實際高壓直流輸電主設(shè)備換流閥塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，12脈動單極換流閥塔合計的晶閘管級達(dá)到上千級，每級需要兩種光纖與VBE通訊，在使用本發(fā)明之前共約幾千根光纖，接線復(fù)雜，不好維護(hù)，同時運行電壓高達(dá)幾百千伏，一旦發(fā)生光纖斷線的情況必須全站停電才能維修。本發(fā)明的試驗裝置通過在閥塔上使用有源分光器，可以將送往閥塔的觸發(fā)信號光纖大大減少，12脈動換流閥塔的光纖需求總量大大降低，不到原數(shù)量的55%，可以非常有效地減少建造、維護(hù)、檢修的工作量。
[0027]如圖1，本發(fā)明提供一種用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器，所述有源分光器包括光路切換單元、有源分光單元、有源分光備用單元、光纖自檢單元和激光取能單元；所述光路切換單元、有源分光單元、有源分光備用單元和光纖自檢單元均與激光取能單元并聯(lián)。
[0028]所述光路切換單元將光纖通路從有源分光單元切換到有源分光備用單元，所述光纖自檢單元對來自閥基電子設(shè)備的光纖進(jìn)行監(jiān)測，所述激光取能單元為有源分光器供電。
[0029]所述有源分光單元和有源分光備用單元均包括光電轉(zhuǎn)換單元和信號分光單元；所述光電轉(zhuǎn)換單元將來自閥基電子設(shè)備的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將電信號發(fā)送給所述信號分光單元，所述信號分光單元將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并將單路光信號分為N路光信號，通過光纖將N路光信號發(fā)送給換流閥。
[0030]通過有源分光單元的光纖發(fā)生斷線或電路故障情況下，光路切換單元將光纖通路從有源分光單元切換到有源分光備用單元。
[0031 ] 所述光纖自檢單元不僅對來自閥基電子設(shè)備的光纖進(jìn)行監(jiān)測，同時對有源分光器內(nèi)部電路進(jìn)行監(jiān)測。
[0032]所述光纖為高壓光纖。
[0033]所述激光取能單元接收來自閥基電子設(shè)備的激光送能信號并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，為有源分光器供電。
[0034]如圖2，所述有源分光器安裝在閥基電子設(shè)備和換流閥之間。
[0035]有源濾波器所接受的來自VBE的觸發(fā)信號(如圖3)是由IMHz調(diào)制IOkHz實現(xiàn)，在有觸發(fā)脈沖時為10kHz，在沒有觸發(fā)脈沖時為1MHz，若發(fā)生光纖斷線或過度折彎，則檢測不到這兩種信號。
[0036]本發(fā)明的實施例中的激光取能單元的輸出功率為5W，由于一根常規(guī)高壓通信光纖的傳輸功率最高可以達(dá)到1W，根據(jù)有源分光器需要的功率，當(dāng)一根光纖傳輸功率不夠時，可以通過多根光并聯(lián)或使用特制的半徑更高的光纖來傳輸以達(dá)到相應(yīng)的功率。所述光纖的直徑可以為62.5微米或100微米,激光波長為790?980nm,輸送距離大于1km。所述光電功率轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換電壓范圍為2?12VDC。當(dāng)光電功率轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成的電壓為2V時，轉(zhuǎn)換效率為100%，輸出功率可達(dá)到5W;當(dāng)光功率轉(zhuǎn)換成電功率單元轉(zhuǎn)換成的電壓為12V時，轉(zhuǎn)換效率為45%，輸出功率可達(dá)到1W。
[0037]本發(fā)明的實施例中的I路轉(zhuǎn)72路信號單元由采用可編程邏輯器件編制相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)。
[0038]本發(fā)明的實施例中的分光器內(nèi)部自檢和光路切換是由可編程邏輯器件編制程序?qū)崿F(xiàn)，本例中的VBE發(fā)來的觸發(fā)信號為經(jīng)過IMHz載波調(diào)制的IOkHz信號，在沒有觸發(fā)信號時為IMHz信號，在有觸發(fā)信號時為10kHz，在光纖斷線時，分光器檢測不到這兩種信號因此可以判斷光纖斷線。[0039]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器，其特征在于:所述有源分光器包括光路切換單元、有源分光單元、有源分光備用單元、光纖自檢單元和激光取能單元；所述光路切換單元、有源分光單元、有源分光備用單元和光纖自檢單元均與激光取能單元并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器，其特征在于:所述光路切換單元將光纖通路從有源分光單元切換到有源分光備用單元，所述光纖自檢單元對來自閥基電子設(shè)備的光纖進(jìn)行監(jiān)測，所述激光取能單元為有源分光器供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器，其特征在于:所述有源分光單元和有源分光備用單元均包括光電轉(zhuǎn)換單元和信號分光單元；所述光電轉(zhuǎn)換單元將來自閥基電子設(shè)備的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將電信號發(fā)送給所述信號分光單元，所述信號分光單元將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并將單路光信號分為N路光信號，通過光纖將N路光信號發(fā)送給換流閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器，其特征在于:通過有源分光單元的光纖發(fā)生斷線或電路故障情況下，光路切換單元將光纖通路從有源分光單元切換到有源分光備用單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器，其特征在于:所述光纖自檢單元不僅對來自閥基電子設(shè)備的光纖進(jìn)行監(jiān)測，同時對有源分光器內(nèi)部電路進(jìn)行監(jiān)測。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器，其特征在于:所述光纖為高壓光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器，其特征在于:所述激光取能單元接收來自閥基電子設(shè)備的激光送能信號并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，為有源分光器供電。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的用于高壓直流輸電換流閥塔的有源分光器，其特征在于:所述有源分光器安裝在閥基電子設(shè)備和換流閥之間。
【文檔編號】G02B6/42GK103956914SQ201410171343
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】王華鋒, 曹均正, 劉寧, 鄭林, 楊樹森, 王斌澤 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院