一种高压功率阀组在线监测系统技术方案

本发明专利技术名称为一种高压功率阀组在线监测系统。属于高压技术领域。它主要是解决现有的在线监测系统不能有效监测功率半导体阀片失效超过一定冗余数量的问题。它的主要特征是：由阀片均压监测单元、驱动监测单元和信号处理单元三部分组成；所述阀片均压监测单元包括与待监测阀片数目相同的分阀片均压监测单元；所述驱动监测单元包括与待监测阀片数目相同的分驱动监测单元；所述各分阀片均压监测单元、各分驱动监测单元通过光纤与信号处理单元连接，信号处理单元将接收的信号频率偏差转换成均压偏差进行逻辑运算，出现无信号输出视为击穿时，输出频率按相应的逻辑运算反馈为电压。本发明专利技术可广泛应用到高压功率半导体器件串并联驱动场合。

On line monitoring system of high pressure power valve group

【技术实现步骤摘要】
一种高压功率阀组在线监测系统
本专利技术属于功率半导体应用
，具体涉及一种高压功率阀组在线监测系统。
技术介绍
随着高压直流系统的电压等级不断提高，使得各部分装置所承受的电压不断提高，对功率半导体器件的性能提出了更高的要求，高压功率半导体开关广泛用于电力系统的各方面，涉及发电、输电、配电、用电的各个领域，其由多只脉冲晶闸管、GTO等半导体器件串并联组成。这些半导体器件在使用中可能会受到过电压或过高的di/dt等原因造成功率半导体阀片个别失效现象，具体表现在半导体阀组，中串并联功率半导体出现无法均压及少量击穿等问题，若高压功率半导体阀组出现少量功率半导体阀片失效超过一定冗余数量时，在没有及时发现状况下继续使用会造成功率半导体阀组损坏事故进一步扩大。目前现有的在线监测系统中只通过监测半导体阀片两端电压来监测工作状态，无法监测所有串联半导体阀片动态均压状态等，另采用外供取能电源存在半导体组件体积大的问题，为了解决这种潜在的问题，一种高压功率半导体阀组的在线监测系统综合性解决了体积、器件的均压状态及触发驱动状态等问题，提高了阀组的运行稳定性和可靠性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种高压功率阀组在线监测系统。本专利技术的技术解决方案是：一种高压功率阀组在线监测系统，其特征在于：由阀片均压监测单元、驱动监测单元和信号处理单元三部分组成；所述阀片均压监测单元包括与待监测阀片数目相同的分阀片均压监测单元；所述驱动监测单元包括与待监测阀片数目相同的分驱动监测单元；所述信号处理单元由阀片均压处理和阀片驱动处理光信号接收光电转换模块、单片机处理模块和故障输出模块组成；所述各分阀片均压监测单元、各分驱动监测单元通过光纤与阀片均压处理和阀片驱动处理光信号接收光电转换模块的各对应端连接，单片机处理模块将接收的信号频率偏差转换成均压偏差进行逻辑运算，出现无信号输出视为击穿时，阀片均压监测单元输出频率按相应的逻辑运算反馈为电压值。本专利技术技术解决方案中所述的分阀片均压监测单元由储能单元、电压取样单元、压频转换单元和光信号输出单元四部分组成；所述分驱动监测单元由驱动取样单元和光信号发送单元两部分组成；所述阀片均压处理和阀片驱动处理光信号接收光电转换模块由光接收器及外围的第六电容、第十二电阻与第十一电阻组成，单片机处理模块是STC15系列单片机，故障输出模块由驱动器及外围的第二指示灯、第三指示灯、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻和第十六电阻组成；所述阀片均压监测单元的各光信号输出单元、驱动监测单元的各光信号发送单元通过光纤与信号处理单元的阀片均压处理和阀片驱动处理光信号的光电转换模块连接本专利技术技术解决方案中所述的信号处理单元通过光纤与上位机或显示单元连接。本专利技术技术解决方案中所述的储能单元包括串联的电阻、第一电阻和第二电容，第二电容并联有第一稳压二极管；电压取样单元由第一电容与串接的第三电阻、第四电阻并联组成，第一电容与串接的第一电阻和第二电容并联；压频转换单元由压频转换主芯片及外围的元器件构成，压频转换主芯片输出端一路通过串接的第六电阻和第二二极管与第三电阻和第四电阻之间的连接点及压频转换主芯片一输入端连接，输出端二路通过第一二极管和第五电阻与压频转换主芯片另一输入端连接，该另一输入端经第一电阻与第一电阻和第二电容之间的连接点连接，该另一输入端经第三电容接地，输出端三路经第四电容与由第八电阻、第三二极管和三极管构成的放大电路连接；光信号输出单元由第一光输出模块和第七电阻组成，第七电阻与压频转换主芯片的电源端及第一电阻与第二电容之间的连接点连接，第一光输出模块与放大电路连接本专利技术技术解决方案中所述的驱动取样单元由串接在待监测阀片驱动端之间的第十电阻和第二光输出模块构成，各驱动取样单元之间串联；所述的光信号发送单元由串接在电源端与接地端之间的第九电阻、各光接收模块及第三光输出模块构成；所述各第二光输出模块分别通过光纤与其对应的各光纤接收模块连接。本专利技术技术解决方案中驱动信号通过并联在待监测阀片驱动端之间的第十电阻和第二光发送模块，完成模数转换，每只阀片的驱动状态以光信号形式发送单数目相同光纤信号通过连接的光纤发送到相对应的光纤接收模块。本专利技术技术解决方案中所述阀片均压监测单元的第四电容、第三二极管和第八电阻组成积分电路，调整输出脉冲占空比小于30%。本专利技术具有以下效果：1、具有高压环境下在线监测每只功率半导体均压工作状态、驱动系统工作状态、损坏功率半导体冗余数量判断；2、主回路取能且功耗低、抗干扰可靠性强，提高系统的可靠性等特点；3、用于至少两只串联功率半导体阀片的进行监测及保护，其单只半导体阀片的监测电压在400V~8500V范围可正常工作。附图说明图1为高压功率半导体阀组的在线监测系统原理框图。图2为阀片均压监测单元原理框图。图3为阀片均压监测单元电路图。图4为驱动监测单元实施电路图。图5为信号处理单元原理框图。图6为光电转换模块电路图。图7为单片机处理模块电路图。图8为故障输出模块电路。图中，1.阀片均压监测单元；2.驱动监测单元；3.信号处理单元；4.光纤；5.光纤；6.光纤；7.储能单元；8.电压取样单元；9.压频转换单元；10.光信号输出单元。11、光电转换模块。12、单片机处理模块。13、故障输出模块。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分而不是全部的实施例。任何基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术一种高压功率阀组在线监测系统由阀片均压监测单元1、驱动监测单元2和信号处理单元3三部分组成。阀片均压监测单元1、驱动监测单元2分别通过光纤4、5连接到信号处理单元3，信号处理单元3通过内部逻辑运算输出反馈信号通过光纤6反馈到上位机或显示单元。阀片均压监测单元1包括与待监测阀片数目相同的分阀片均压监测单元，驱动监测单元2包括与待监测阀片数目相同的分驱动监测单元，信号处理单元3由阀片均压处理和阀片驱动处理光信号接收部分、逻辑计算处理部分和信号反馈部分组成，各分阀片均压监测单元、各分驱动监测单元通过光纤4、5与阀片均压处理和阀片驱动处理光信号接收光电转换模块的各对应端连接，单片机处理模块将接收的信号频率偏差转换成均压偏差进行逻辑运算，出现无信号输出视为击穿，正常情况下阀片均压监测单元1输出频率按相应的逻辑运算反馈为电压值如图2所示，阀组包括若干功率半导体阀片，每只阀片均有独立的均压监测单元即分阀片均压监测单元，其包含储能单元7、电压取样单元8、压频转换单元9和光信号输出单元10组成。如图3所示，每只阀片均有独立的均压监测单元即分阀片均压监测单元。电路图中，储能单元7包括串联的电阻R、第一电阻R1和第二电容C2，第二电容C2并联有第一稳压管DW1，连接在阀片的正负极两端。电压取样单元8由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压功率阀组在线监测系统，其特征在于：由阀片均压监测单元（1）、驱动监测单元（2）和信号处理单元（3）三部分组成；所述阀片均压监测单元（1）包括与待监测阀片数目相同的分阀片均压监测单元；所述驱动监测单元（2）包括与待监测阀片数目相同的分驱动监测单元；所述信号处理单元（3）由阀片均压处理和阀片驱动处理光信号接收光电转换模块、单片机处理模块和故障输出模块组成；所述各分阀片均压监测单元、各分驱动监测单元通过光纤（4、5）与阀片均压处理和阀片驱动处理光信号接收光电转换模块的各对应端连接，单片机处理模块将接收的信号频率偏差转换成均压偏差进行逻辑运算，出现无信号输出视为击穿，正常情况下阀片均压监测单元1按功率半导体两端电压值进行相应比例转换成输出频率。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压功率阀组在线监测系统，其特征在于：由阀片均压监测单元（1）、驱动监测单元（2）和信号处理单元（3）三部分组成；所述阀片均压监测单元（1）包括与待监测阀片数目相同的分阀片均压监测单元；所述驱动监测单元（2）包括与待监测阀片数目相同的分驱动监测单元；所述信号处理单元（3）由阀片均压处理和阀片驱动处理光信号接收光电转换模块、单片机处理模块和故障输出模块组成；所述各分阀片均压监测单元、各分驱动监测单元通过光纤（4、5）与阀片均压处理和阀片驱动处理光信号接收光电转换模块的各对应端连接，单片机处理模块将接收的信号频率偏差转换成均压偏差进行逻辑运算，出现无信号输出视为击穿，正常情况下阀片均压监测单元1按功率半导体两端电压值进行相应比例转换成输出频率。


2.根据权利要求1所述的一种高压功率阀组在线监测系统，其特征在于：所述的分阀片均压监测单元由储能单元（7）、电压取样单元（8）、压频转换单元（9）和光信号输出单元（10）四部分组成；所述分驱动监测单元由驱动取样单元和光信号发送单元两部分组成；所述阀片均压处理和阀片驱动处理光信号接收光电转换模块由光接收器（AI1）及外围的第六电容（C6）、第十二电阻（R12）与第十一电阻（R11）组成，单片机处理模块是STC15系列单片机，故障输出模块由驱动器（U2）及外围的第二指示灯（LED2）、第三指示灯（LED3）、第十三电阻（R13）、第十四电阻（R14）、第十五电阻（R15）和第十六电阻（R16）组成；所述阀片均压监测单元（1）的各光信号输出单元（10）、驱动监测单元（2）的各光信号发送单元通过光纤（4、5）与信号处理单元（3）的阀片均压处理和阀片驱动处理光信号接收光电转换模块连接。


3.根据权利要求1或2所述的一种高压功率阀组在线监测系统，其特征在于：所述的信号处理单元（3）通过光纤（6）与上位机或显示单元连接。


4.根据权利要求2所述的一种高压功率阀组在线监测系统，其特征在于：所述的储能单元（7）包括串联的电阻（R）、第一电阻（R1）和第二电容（C2），第二电容（C2）并联有第一击穿二极管（DW1）；电压取样单元（8）由第一电容（C1）与串接的第三电阻（R3）、第四电阻（R4）并联组成，第一电容（C1）与串接的第一电阻（R1）和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖彦，唐金龙，吴拥军，罗泽泉，邹宗林，曾庆泉，
申请(专利权)人：湖北台基半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42