一種換流閥運行試驗裝置的控制保護系統:專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益

《一種換流閥運行試驗裝置的控制保護系統》是中國電力科學研究院於2009年12月23日申請的發明專利，該專利的申請號為2009102430126，公布號為CN101726640A，公布日為2010年6月9日，發明人是湯廣福、張新剛、查鯤鵬、呂錚、賀之淵，該專利屬於電力系統自動化設備領域。

《一種換流閥運行試驗裝置的控制保護系統》包括人機接口單元、同步單元、信號採集單元、數據匯總單元、調節單元、保護單元、波形記錄單元、波形監視單元、開關量輸入（DI）單元、開關量輸出（DO）單元閥基電子（VBE）單元、直流大電流供電系統控制器、高電壓供電系統控制器、涌流電路控制器、衝擊電路控制器、試品閥水系統控制器及試驗裝置水系統控制器。該控制保護系統可按照規定的觸發時序來控制試品閥和輔助閥，從而在試品閥上產生各項運行試驗所要求的電壓、電流及熱強度，完成換流閥的運行試驗；還能夠使該系統實時監視主電路的開關狀態和重要模擬量參數，在出現異常時，及時採取保護措施。

2014年11月6日，《一種換流閥運行試驗裝置的控制保護系統》獲得第十六屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種換流閥運行試驗裝置的控制保護系統》摘要附圖）

基本介紹

中文名：一種換流閥運行試驗裝置的控制保護系統
公布號：CN101726640A
公布日：2010年6月9日
申請號：2009102430126
申請日：2009年12月23日
申請人：中國電力科學研究院
地址：北京市海淀區清河小營東路15號
發明人：湯廣福、張新剛、查鯤鵬、呂錚、賀之淵
分類號：G01R1/36（2006.01）I；G01R31/28（2006.01）I；G05B19/048（2006.01）I
代理機構：北京安博達智慧財產權代理有限公司
類別：發明專利
代理人：徐國文

專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,

專利背景

高壓直流輸電HVDC換流閥運行試驗裝置用於測試閥在最惡劣運行條件和故障條件下的性能，是完成換流閥型式試驗的必需設備。換流閥由多個晶閘管串聯或並聯組成。2009年12月前，單個晶閘管電壓、電流耐受能力的迅速增長，使得換流閥的電氣耐受能力也隨之提高。這就給運行試驗裝置提出了更高的要求。為了降低裝置的容量，國際上通常採用合成方法來完成運行試驗，基本思想是：將試驗所需的高電壓、直流大電流、涌流、電壓衝擊分別通過高壓小電流迴路、直流低壓大電流迴路、涌流迴路、衝擊迴路來提供，並交替施加於試品閥上。

合成形式換流閥運行試驗裝置的主電路包括：試品閥、輔助閥、隔離刀閘、斷路器、水冷系統、電抗器、電容器、感測器等元件。為了使裝置能夠完成換流閥的各項運行試驗，並在異常情況下將危害降至最低，就需要一套功能完備、性能良好的控制保護系統。中國專利CN100392419C公開了一種合成全工況試驗裝置控制保護系統與故障保護方法，控制保護系統包括上層控制保護系統、合成全工況試驗裝置測量系統、充電迴路控制保護子系統、第一水冷裝置控制保護子系統、合成全工況試驗電路控制保護子系統、第二水冷裝置控制保護子系統、低壓大電流源控制保護子系統，以及操作台和錄波儀；包括了五個相互獨立的控制保護子系統，其針對不同故障，設計了八級保護措施，並根據故障的嚴重程度設計了九級優先權。但是《一種換流閥運行試驗裝置的控制保護系統》與該申請存在本質區別。具體內容如下。

（1）用途不同。專利CN100392419C公開控制保護系統用於控制“低壓充電迴路”、“合成全工況試驗電路”及“低壓大電流源”，事實完成的是靈活交流輸電類晶閘管閥的運行試驗。該發明所述控制保護系統用於控制高電壓供電系統、直流大電流供電系統、高電壓電路、直流大電流電路、涌流電路、衝擊電路，能夠完成IEC60700（GB/T20990）所定義的全部HVDC用換流閥的全套運行試驗。

（2）控制功能不同。專利CN100392419C所公開的控制保護系統只能以固定的時序觸發試驗迴路的輔助閥及試品閥，各閥一旦解鎖，每個試驗周期內的觸發次數和相位均固定不變。但在該發明中，每個閥的觸發時序隨時可變，在解鎖後，各個閥在每周波內的觸發次數和相位能夠根據要求而變化，且每個閥的觸發時序變化能夠同時完成，這就避免了因觸發時序存在差異而引起的異常情況。

（3）保護功能不同。專利CN100392419C針對不同故障，設計了八級保護措施，並根據故障的嚴重程度設計了九級優先權，這就勢必造成保護邏輯複雜多樣，降低了可靠性。該發明在深入分析各種異常情況的基礎上，將所有異常情況歸納為三個等級：普通異常、有害異常、緊急異常；根據這三個等級，分別採取解耦退出、閉鎖退出及連續觸發退出的保護措施；這就使保護功能變的簡便易行，增加了可靠性。

（4）現場控制器不同。專利CN100392419C用於完成現場控制的第三層控制保護子系統包括：充電迴路控制保護子系統、第一水冷裝置控制保護子系統、合成全工況試驗電路控制保護子系統、第二水冷裝置控制保護子系統、低壓大電流源控制保護子系統。由於現場的控制對象不同，該發明用於完成現場控制的控制器包括：直流大電流供電系統控制器、高電壓供電系統控制器、涌流電路控制器、衝擊電路控制器、試品閥水系統控制器及試驗裝置水系統控制器。除兩套水冷系統的控制保護內容相似外，其它則完全不同。

（5）層級架構不同。專利CN100392419C的控制保護系統採用層級結構，明確地分為三級，處於第三級各種控制保護子系統與“操作台”、“錄波儀”沒有明確的直接聯繫。該發明採用功能單元互連的硬體架構，無層級概念，各種現場控制器通過“遠程CAN匯流排”與操作台直接連線，這樣，可以使操作員更加快捷地與現場控制器進行信息互動。

（6）專利CN100392419C未公開上層控制保護系統、合成全工況試驗裝置測量系統的具體實施方法。該發明提供了控制保護系統的具體功能劃分及工作時序，具有原創性。

發明內容

專利目的

為了達到上述目的：使合成形式換流閥運行試驗裝置能夠完成換流閥的各項運行試驗，並在異常情況下將危害降至最低，就需要一套功能完備、性能良好的控制保護系統。

技術方案

《一種換流閥運行試驗裝置的控制保護系統》包括人機接口單元、同步單元、信號採集單元、數據匯總單元、調節單元、保護單元、波形記錄單元、波形監視單元、開關量輸入（DI）單元、開關量輸出（DO）單元、各閥對應的閥基電子（VBE）單元、直流大電流供電系統控制器、高電壓供電系統控制器、涌流電路控制器、衝擊電路控制器、試品閥水系統控制器及試驗裝置水系統控制器；上述各個單元按照一定的時序關係進行數據處理和邏輯判斷，上述各個單元彼此之間通過電氣信號、光纖信號以及“調度”、“互動”、“錄波”和“遠程”四條獨立的CAN匯流排來完成信息的互動，從而能夠使控制保護系統按照規定的觸發時序來控制換流閥的試品閥和輔助閥，從而在試品閥上產生各項運行試驗所要求的電壓、電流及熱強度，完成換流閥的運行試驗；同時還能夠使該系統實時監視運行試驗裝置的主電路的開關狀態和重要模擬量參數，在出現異常時，及時採取保護措施；

所述各個單元按照一定的時序關係進行數據處理和邏輯判斷各單元協調工作的時序如下：

（1）同步單元根據試驗裝置高電壓供電系統或大電流供電系統的50赫茲交流電源來產生試驗所需的“觸發同步”信號和“採樣同步”信號，“觸發同步”信號用於同步整個試驗裝置的工作，因此，一個試驗周期就是“觸發同步”信號的一個周期，“採樣同步”信號用於同步信號採集單元與數據匯總單元的工作；

（2）信號採集單元接收主電路中各個感測器所輸出的模擬信號，根據同步單元發出的“採樣同步”信號來觸發內部的模/數轉換器，將各路模擬信號轉化為“數位訊號”，傳送給數據匯總單元；

（3）數據匯總單元通過“採樣同步”信號與信號採集單元保持同步，並將信號採集單元傳送來的“數位訊號”進行消溫飄、數字濾波、校準等後處理，最後，將匯總的“採樣結果”傳送給調節單元、保護單元和波形記錄單元；

（4）調節單元根據數據匯總單元傳送來的“採樣結果”、開關量輸入單元DI和VBE單元經“互動CAN匯流排”傳送來的開關量信息以及人機接口單元經“調度CAN匯流排”傳送來的控制命令來控制當前的試驗進程，改變各閥的觸發時序，並將確定的“觸發時序”信號傳送給DI單元，在“觸發時序”發生變化時，為了有效監視主電路的工作情況，調節單元將通過“互動CAN匯流排”向波形記錄單元傳送錄波命令；

（5）保護單元根據數據匯總單元傳送來的“採樣結果”、開關量輸入單元DI和VBE單元經“互動CAN匯流排”傳送來的開關量信息以及人機接口單元經“調度CAN匯流排”傳送來的保護參數，來確定試驗裝置是否存在異常，若存在，則採取相應的保護措施，並通過“互動CAN匯流排”將開關動作命令傳送至DO單元，在發生異常情況時，為了有效監視主電路的保護執行情況，保護單元將通過“互動CAN匯流排”向波形記錄單元傳送錄波命令；

（6）波形記錄單元整理據匯總單元傳送來的“採樣結果”及DI單元經“互動CAN匯流排”傳送來的開關狀態，根據調節單元、保護單元的命令啟動波形記錄過程，並將記錄的波形數據經“錄波CAN匯流排”傳送至波形監視單元；

（7）DI單元採集主迴路的各種開關狀態，經“互動CAN匯流排”傳送給調節單元、保護單元及波形記錄單元，經“調度CAN匯流排”傳送給人機接口單元，同時，將調節單元輸出的“觸發時序”信號扇出傳送給各個閥對應的VBE單元及直流大電流供電系統控制器；

（8）開關量輸出單元DO單元執行保護單元經“互動CAN匯流排”傳送來的開關動作命令；

（9）試驗電路中每個閥對應一個VBE單元，各閥的VBE單元根據調節單元輸出的“觸發時序”來確定每個試驗周期中本閥的觸發次數和每次觸發的相位，通過光纖向閥發出觸發脈衝，同時，監視各閥的工作狀態，一旦發現異常，將通過“互動CAN匯流排”向調節單元、保護單元報告相關情況；

（10）直流大電流供電系統控制器、高電壓供電系統控制器、試品閥水系統控制器及試驗裝置水系統控制器接收人機接口單元經“遠程CAN匯流排”傳送來的控制命令，分別控制對應的主設備，同時，監視各自的主設備，並將監視信息經“遠程CAN匯流排”上報人機接口單元。

其中，所述人機接口單元由一台高性能的工控機構成，通過“調度CAN匯流排”及“遠程CAN匯流排”與其它單元進行雙向通信，其功能包括：接收操作員設定的各項試驗參數及操作命令，並轉發給其它相關單元；對”調度CAN匯流排”的各功能單元及“遠程CAN匯流排”的現場控制器進行巡檢；通過各個單元獲得試驗裝置主電路的各種監視信息，並顯示在該單元的監視器上，以供操作員查詢。

其中，所述同步單元，用於根據試驗裝置主電路的“交流同步電壓”來形成“採樣同步”和“觸發同步”信號，其中，“交流同步電壓”是試驗裝置由高電壓供電系統或大電流供電系統電網接入點得到的交流電壓，為50赫茲的正弦交流形式，同步單元對“交流同步電壓”進行調理和整形，從而產生“觸發同步”信號，用以為試驗裝置主電路的各閥的觸發時刻提供時間基準，進而，對“觸發同步”信號進行鎖相倍頻，形成“採樣同步”脈衝信號，用以啟動信號採集單元的採樣和數據匯總單元的數據整理。

其中，所述信號採集單元，用於將試驗裝置主電路中的各種物理量對應的模擬信號轉換為數位訊號，為監視試驗裝置的情況，試驗裝置主電路的重要支路上安裝有電壓感測器和電流感測器，冷卻系統安裝有溫度、壓力和流量感測器，信號採集單元接收上述各個感測器輸出的模擬信號，並在每個“採樣同步”脈衝信號到來時啟動一次模數轉換，將這些模擬信號轉化為數位訊號，最後，將轉化完的數位訊號傳送至數據匯總單元。

其中，所述數據匯總單元對所述信號採集單元上報的數位訊號進行後處理，並將處理結果轉發至調節單元、保護單元和波形記錄單元，後處理工作包括：消除採樣數據的溫漂，校正變比，數字濾波和轉換編碼格式等。

其中，所述調節單元接收人機接口單元通過“調度”CAN匯流排設定的試驗項目、工作模式和調節定值等參數指令，以及數據匯總單元傳送來的採樣結果，從而確定各閥的觸發時序，與各閥基電子單元VBE配合完成觸發時序的同步切換，並決定是否允許各閥基電子單元VBE檢測對應的閥，在異常情況下，該單元還將接收保護單元通過“互動”CAN匯流排傳送來的保護命令，協助保護單元完成試驗裝置的保護工作。

其中，所述保護單元接收數據匯總單元傳送來的採樣結果、各VBE單元傳送來的閥監視信息以及開關量輸入單元DI傳送來的開關量信息，一旦檢測出異常信息，所述保護單元就會採取適當的措施保護試驗裝置的安全；

為了使保護功能簡便易行，保護單元所執行的策略將所有異常情況分為三個等級：普通異常、有害異常和緊急異常，根據這三個等級，分別採取解耦退出、閉鎖退出及連續觸發退出的保護措施。

其中，所述波形記錄單元在暫態過程中接收開關量輸入單元DI傳送來的開關量和數據匯總單元傳送來的採樣結果，並上報至波形監視單元，在穩態情況下，波形記錄單元向波形監視單元實時上報各模擬量的採集結果，使波形監視單元隨時更新所顯示的試驗波形；

所述開關量輸入單元DI用於採集隔離刀閘、斷路器及試驗裝置主電路的各種開關量的狀態，並將結果上報人機接口單元、調節單元、保護單元和波形記錄單元，同時，開關量輸入單元DI作為控制保護系統內部信號的主要傳輸通道，還將調節單元輸出的“觸發時序”信號由一路轉為多路，分發給各個VBE單元；

所述開關量輸出單元DO接收保護單元通過“互動”CAN匯流排下達的命令，並根據命令向試驗裝置主電路中的隔離刀閘、斷路器及其它開關設備輸出“分/合”信號，驅動這些設備完成指定的操作；

所述波形監視單元由一台高性能的工控機構成，在暫態過程中，接收波形記錄單元上報的模擬量、開關量信息，並以數據包的形式存入硬碟，以便隨時調用、顯示，在穩態情況下，則持續接收波形記錄單元上報的穩態波形數據，並不斷刷新顯示。

其中，試驗裝置主電路中的每個輔助閥和試品閥對應一個閥基電子單元VBE，在正常工作時，各閥的VBE根據調節單元下發的“觸發時序”信號以及同步單元的“觸發同步”信號，來觸發對應的閥；若調節單元允許閥的監視，則收集對應閥的各種監視信息，並在檢測到異常時，將採取措施快速保護所監視的閥，在異常情況下，各VBE單元還應回響保護單元的命令完成閥的閉鎖或連續觸發。

其中，系統使用了獨立的現場控制器，這些控制器根據操作員的命令來控制試驗裝置中的高電壓供電系統、直流大電流供電系統、涌流電路、衝擊電路、試驗裝置水冷系統和試品閥水冷系統，並對這些設備進行監視。

其中，控制保護系統的調節單元通過DI單元扇出信號，向各閥的VBE單元發出“觸發時序”命令，使得各VBE單元能夠按照規定的時序來觸發對應的閥，這些時序是指：在每個試驗周期內，即“觸發同步”信號周期內，閥的觸發次數和每次觸發的相位；

由於各VBE單元使用統一的“觸發時序”命令，各閥的觸發時序能夠在同一時刻完成變換，從而避免了因觸發時序存在差異而引起的異常情況。

其中，所述各個單元通過“調度”、“互動”、“錄波”、“遠程”四條獨立的CAN匯流排來完成大數據量信息的互動，四條匯流排的結構及功能如下：

調度CAN匯流排為“單主多從”形式，主節點為人機接口單元，從節點為調節單元、數據匯總單元、保護單元、波形記錄單元、開關量輸入單元DI、開關量輸出單元DO以及各個VBE單元；調度CAN匯流排用於傳輸各種人機互動信息；試驗人員通過人機接口單元輸入試驗參數，該參數經該匯流排傳送至相關功能單元，同時，控制保護系統採集到的模擬量、開關量、閥信息和各種內部事件經該匯流排返回人機接口單元，以便試驗人員察看；

互動CAN匯流排為“多主多從”形式，用於各功能單元彼此之間交換信息；VBE單元採集到的閥信息和開關量輸入單元DI採集到的開關量信息通過該匯流排送至調節單元、保護單元和波形記錄單元，同時，調節單元和保護單元發出的操作指令也通過互動CAN匯流排送至VBE單元和開關量輸出單元DO；

錄波CAN匯流排為“一主一從”形式，主節點為波形監視單元，從節點為波形記錄單元；錄波CAN匯流排用於傳送開關量和模擬量的波形信息；波形記錄單元接收開關量輸入單元DI採集的開關量和信號採集單元的模擬量採集結果，上報至波形監視單元，由波形監視單元記錄或實時顯示；

遠程CAN匯流排為“單主多從”形式，主節點為人機接口單元，從節點為、直流大電流供電系統控制器、高電壓供電系統控制器、涌流電路控制器、衝擊電路控制器、試品閥水系統控制器及試驗裝置水系統控制器；遠程CAN匯流排用於傳輸操作員下達的各種控制命令，以及各現場控制器上報的，對應設備的監視信息。

有益效果

1、通過控制高壓小電流迴路、直流低壓大電流迴路、涌流迴路、衝擊迴路及水系統，能夠在試品閥上形成各種電壓、電流及熱強度，從而完成IEC60700（GB20990）所要求的直流輸電換流閥運行試驗的全部項目。

2、通過控制保護系統中調節單元和各VBE單元的配合，每個閥的觸發時序隨時可變，即，各個閥在每周波內的觸發次數和相位能夠根據要求而變化；而且，每個閥的觸發時序變化能夠同時完成，這就避免了因觸發時序存在差異而引起的異常情況。

3、儘管試驗裝置所出現的異常情況複雜多樣，但通過深入分析，保護策略被簡化為普通異常、有害異常、緊急異常三個等級，這就使保護策略簡便、可靠、易行。

4、該控制保護系統的架構及各單元的功能劃分在換流閥的運行試驗裝置上屬於首次採用。

5、該控制保護系統已經成功套用於某換流閥運行試驗裝置，其可實施性及可靠性已被充分驗證。

6、該控制保護系統功能完備，集控制、保護和監視功能於一體。

7、具有較大的適用範圍，不僅適用於換流閥運行試驗裝置，也同樣適用於其它類型的大規模電力電子設備。

8、與傳統的控制保護系統不同，取消了層級的概念，使結構更加緊湊，硬體投資較小。

附圖說明

圖1是該發明的合成形式換流閥運行試驗裝置的原理框圖；

圖2是該發明的控制保護系統原理圖；

圖3是該發明的最大穩態運行負載試驗的試驗波形示意圖；

圖4是該發明的最大暫態運行負載試驗的試驗波形示意圖。

權利要求

1.《一種換流閥運行試驗裝置的控制保護系統》包括人機接口單元、同步單元、信號採集單元、數據匯總單元、調節單元、保護單元、波形記錄單元、波形監視單元、開關量輸入（DI）單元、開關量輸出（DO）單元、各閥對應的閥基電子（VBE）單元、直流大電流供電系統控制器、高電壓供電系統控制器、涌流電路控制器、衝擊電路控制器、試品閥水系統控制器及試驗裝置水系統控制器；上述各個單元按照一定的時序關係進行數據處理和邏輯判斷，上述各個單元彼此之間通過電氣信號、光纖信號以及“調度”、“互動”、“錄波”和“遠程”四條獨立的CAN匯流排來完成信息的互動，從而能夠使控制保護系統按照規定的觸發時序來控制換流閥的試品閥和輔助閥，從而在試品閥上產生各項運行試驗所要求的電壓、電流及熱強度，完成換流閥的運行試驗；同時還能夠使該系統實時監視運行試驗裝置的主電路的開關狀態和重要模擬量參數，在出現異常時，及時採取保護措施；

所述各個單元按照一定的時序關係進行數據處理和邏輯判斷各單元協調工作的時序如下：

（8）開關量輸出單元DO單元執行保護單元經“互動CAN匯流排”傳送來的開關動作命令；

2.如權利要求1所述的控制保護系統，其特徵在於：所述人機接口單元由一台高性能的工控機構成，通過“調度CAN匯流排”及“遠程CAN匯流排”與其它單元進行雙向通信，其功能包括：接收操作員設定的各項試驗參數及操作命令，並轉發給其它相關單元；對”調度CAN匯流排”的各功能單元及“遠程CAN匯流排”的現場控制器進行巡檢；通過各個單元獲得試驗裝置主電路的各種監視信息，並顯示在該單元的監視器上，以供操作員查詢。

3.如權利要求2所述的控制保護系統，其特徵在於：所述同步單元，用於根據試驗裝置主電路的“交流同步電壓”來形成“採樣同步”和“觸發同步”信號，其中，“交流同步電壓”是試驗裝置由高電壓供電系統或大電流供電系統電網接入點得到的交流電壓，為50赫茲的正弦交流形式，同步單元對“交流同步電壓”進行調理和整形，從而產生“觸發同步”信號，用以為試驗裝置主電路的各閥的觸發時刻提供時間基準，進而，對“觸發同步”信號進行鎖相倍頻，形成“採樣同步”脈衝信號，用以啟動信號採集單元的採樣和數據匯總單元的數據整理。

4.如權利要求3所述的控制保護系統，其特徵在於：所述信號採集單元，用於將試驗裝置主電路中的各種物理量對應的模擬信號轉換為數位訊號，為監視試驗裝置的情況，試驗裝置主電路的重要支路上安裝有電壓感測器和電流感測器，冷卻系統安裝有溫度、壓力和流量感測器，信號採集單元接收上述各個感測器輸出的模擬信號，並在每個“採樣同步”脈衝信號到來時啟動一次模數轉換，將這些模擬信號轉化為數位訊號，最後，將轉化完的數位訊號傳送至數據匯總單元。

5.如權利要求4所述的控制保護系統，其特徵在於：所述數據匯總單元對所述信號採集單元上報的數位訊號進行後處理，並將處理結果轉發至調節單元、保護單元和波形記錄單元，後處理工作包括：消除採樣數據的溫漂，校正變比，數字濾波和轉換編碼格式等。

6.如權利要求5所述的控制保護系統，其特徵在於：所述調節單元接收人機接口單元通過“調度”CAN匯流排設定的試驗項目、工作模式和調節定值等參數指令，以及數據匯總單元傳送來的採樣結果，從而確定各閥的觸發時序，與各閥基電子單元VBE配合完成觸發時序的同步切換，並決定是否允許各閥基電子單元VBE檢測對應的閥，在異常情況下，該單元還將接收保護單元通過“互動”CAN匯流排傳送來的保護命令，協助保護單元完成試驗裝置的保護工作。

7.如權利要求6所述的控制保護系統，其特徵在於：所述保護單元接收數據匯總單元傳送來的採樣結果、各VBE單元傳送來的閥監視信息以及開關量輸入單元DI傳送來的開關量信息，一旦檢測出異常信息，所述保護單元就會採取適當的措施保護試驗裝置的安全；為了使保護功能簡便易行，保護單元所執行的策略將所有異常情況分為三個等級：普通異常、有害異常和緊急異常，根據這三個等級，分別採取解耦退出、閉鎖退出及連續觸發退出的保護措施。

8.如權利要求7所述的控制保護系統，其特徵在於：所述波形記錄單元在暫態過程中接收開關量輸入單元DI傳送來的開關量和數據匯總單元傳送來的採樣結果，並上報至波形監視單元，在穩態情況下，波形記錄單元向波形監視單元實時上報各模擬量的採集結果，使波形監視單元隨時更新所顯示的試驗波形；所述開關量輸入單元DI用於採集隔離刀閘、斷路器及試驗裝置主電路的各種開關量的狀態，並將結果上報人機接口單元、調節單元、保護單元和波形記錄單元，同時，開關量輸入單元DI作為控制保護系統內部信號的主要傳輸通道，還將調節單元輸出的“觸發時序”信號由一路轉為多路，分發給各個VBE單元；所述開關量輸出單元DO接收保護單元通過“互動”CAN匯流排下達的命令，並根據命令向試驗裝置主電路中的隔離刀閘、斷路器及其它開關設備輸出“分/合”信號，驅動這些設備完成指定的操作；所述波形監視單元由一台高性能的工控機構成，在暫態過程中，接收波形記錄單元上報的模擬量、開關量信息，並以數據包的形式存入硬碟，以便隨時調用、顯示，在穩態情況下，則持續接收波形記錄單元上報的穩態波形數據，並不斷刷新顯示。

9.如權利要求8所述的控制保護系統，其特徵在於：試驗裝置主電路中的每個輔助閥和試品閥對應一個閥基電子單元VBE，在正常工作時，各閥的VBE根據調節單元下發的“觸發時序”信號以及同步單元的“觸發同步”信號，來觸發對應的閥；若調節單元允許閥的監視，則收集對應閥的各種監視信息，並在檢測到異常時，將採取措施快速保護所監視的閥，在異常情況下，各VBE單元還應回響保護單元的命令完成閥的閉鎖或連續觸發。

10.如權利要求9所述的控制保護系統，其特徵在於：系統使用了獨立的現場控制器，這些控制器根據操作員的命令來控制試驗裝置中的高電壓供電系統、直流大電流供電系統、涌流電路、衝擊電路、試驗裝置水冷系統和試品閥水冷系統，並對這些設備進行監視。

11.如權利要求6和9所述的控制保護系統，其特徵在於：控制保護系統的調節單元通過DI單元扇出信號，向各閥的VBE單元發出“觸發時序”命令，使得各VBE單元能夠按照規定的時序來觸發對應的閥，這些時序是指：在每個試驗周期內，即“觸發同步”信號周期內，閥的觸發次數和每次觸發的相位；由於各VBE單元使用統一的“觸發時序”命令，各閥的觸發時序能夠在同一時刻完成變換，從而避免了因觸發時序存在差異而引起的異常情況。

12.如權利要求1-10所述的控制保護系統，其特徵在於：所述各個單元通過“調度”、“互動”、“錄波”、“遠程”四條獨立的CAN匯流排來完成大數據量信息的互動，四條匯流排的結構及功能如下：調度CAN匯流排為“單主多從”形式，主節點為人機接口單元，從節點為調節單元、數據匯總單元、保護單元、波形記錄單元、開關量輸入單元DI、開關量輸出單元DO以及各個VBE單元；調度CAN匯流排用於傳輸各種人機互動信息；試驗人員通過人機接口單元輸入試驗參數，該參數經該匯流排傳送至相關功能單元，同時，控制保護系統採集到的模擬量、開關量、閥信息和各種內部事件經該匯流排返回人機接口單元，以便試驗人員察看；互動CAN匯流排為“多主多從”形式，用於各功能單元彼此之間交換信息；VBE單元採集到的閥信息和開關量輸入單元DI採集到的開關量信息通過該匯流排送至調節單元、保護單元和波形記錄單元，同時，調節單元和保護單元發出的操作指令也通過互動CAN匯流排送至VBE單元和開關量輸出單元DO；錄波CAN匯流排為“一主一從”形式，主節點為波形監視單元，從節點為波形記錄單元；錄波CAN匯流排用於傳送開關量和模擬量的波形信息；波形記錄單元接收開關量輸入單元DI採集的開關量和信號採集單元的模擬量採集結果，上報至波形監視單元，由波形監視單元記錄或實時顯示；遠程CAN匯流排為“單主多從”形式，主節點為人機接口單元，從節點為、直流大電流供電系統控制器、高電壓供電系統控制器、涌流電路控制器、衝擊電路控制器、試品閥水系統控制器及試驗裝置水系統控制器；遠程CAN匯流排用於傳輸操作員下達的各種控制命令，以及各現場控制器上報的，對應設備的監視信息。

實施方式

合成形式換流閥運行試驗裝置的原理框圖如附圖1所示。試驗裝置的主設備包括高電壓迴路、直流大電流迴路、涌流迴路、衝擊迴路及試驗裝置水冷系統、試品閥水冷系統。高電壓迴路包括高電壓供電系統和高電壓發生迴路，用於向試品閥提供高電壓，最高可達80千伏；直流大電流迴路包括大電流供電系統和直流大電流發生迴路，用於向試品閥提供試驗所要求的穩態大電流，最高可達6.2千安；涌流迴路用於向試品閥提供試驗所要求的暫態大電流，峰值可達55千安；衝擊迴路用於向試品閥提供試驗所要求的電壓衝擊，衝擊峰值可達300千伏。兩套冷卻系統分別用於冷卻試驗裝置及試品閥。控制保護系統根據操作員設定的試驗項目及試驗參數，通過控制主電路中的輔助閥、試品閥及其它設備，在試品閥中產生IEC60700（GB20990）要求的電壓、電流及熱強度；同時，還監視迴路中的模擬量及開關量，一旦發現異常，將採取必要的保護措施。

控制保護系統的原理圖如附圖2所示。

整套控制保護系統包括：人機接口單元、同步單元、信號採集單元、數據匯總單元、調節單元、保護單元、波形記錄單元、波形監視單元、開關量輸入（DI）單元、開關量輸出（DO）單元、各閥對應的閥基電子（VBE）單元、直流大電流供電系統控制器、高電壓供電系統控制器、涌流電路控制器、衝擊電路控制器、試品閥水系統控制器及試驗裝置水系統控制器等多個功能單元。

同步單元基於電網的50赫茲工頻交流電壓信號生成“觸發同步”和“採樣同步”信號；“採樣同步”信號被傳送至數據匯總單元和信號採集單元，從而使兩單元同步工作；“觸發同步”信號被傳送至調節單元和各個VBE單元，從而使這些單元同步地變換主電路中各輔助閥及試品閥的觸發時序。信號採集單元輸入主電路中各感測器的模擬信號，轉化為“數位訊號”後傳送給數據匯總單元，數據匯總單元完成消溫飄、數字濾波、校正變比等後處理後，將這些“採樣結果”傳送給調節單元、保護單元及波形記錄單元。DI單元採集主設備的各種開關狀態，通過“互動CAN匯流排”傳送給調節單元、保護單元及波形記錄單元，通過“調度CAN匯流排”傳送給人機接口單元。調節單元根據“採樣結果”、開關量狀態及操作員的各項命令來決定閥的觸發時序，並傳送DI單元，由DI單元扇出後傳送至各閥的VBE。VBE將根據“觸發時序”完成各閥的觸發，同時，對該閥進行監視。

各單元通過四條CAN匯流排來完成信息的互動。其中，“調度CAN匯流排”上的節點包括：人機接口單元，從節點為調節單元、數據匯總單元、保護單元、波形記錄單元、開關量輸入單元DI、開關量輸出單元DO以及各個VBE單元。“互動CAN匯流排”上的節點包括：調節單元、保護單元、波形記錄單元、開關量輸入單元DI、開關量輸出單元DO以及各個VBE單元。錄波CAN匯流排上的節點包括：波形記錄單元和波形監視單元。遠程CAN匯流排上的節點包括：人機接口單元、直流大電流供電系統控制器、高電壓供電系統控制器、涌流電路控制器、衝擊電路控制器、試品閥水系統控制器及試驗裝置水系統控制器。

以下為該發明完成IEC60700（GB20990）所要求“最大穩態運行負載試驗”和“最大暫態運行負載試驗”的示例。

“最大穩態運行負載試驗”用於考驗試品閥是否能夠耐受最嚴酷的額定運行條件。試驗參數主要包括：正向觸發電壓、反向恢復電壓、換算至120°導通區間的等效試品電流和電壓階躍平方和。該次試驗的參數為：正向觸發電壓：18.1千伏；反向恢復電壓：17.5千伏；換算至120°導通區間的等效試品電流：3612安；電壓階躍平方和：633.86千伏。

試驗波形如附圖3所示。

圖3中，上半圖為試品閥電壓波形，縱坐標軸表示電壓值，單位為千伏（千安），橫坐標軸表示時間，單位為毫秒（ms）；下半圖為試品閥電流波形，縱坐標軸表示電流值，單位為安培（A），橫坐標軸表示時間，單位為毫秒（ms）。

“最大暫態運行負載試驗”用於考驗試品閥是否能夠耐受最嚴酷的暫態運行條件。試驗參數與“最大穩態運行負載試驗”相同。該次試驗的參數為：正向觸發電壓：23.7千伏；反向恢復電壓：24.6千伏；換算至120°導通區間的等效試品電流：3608安；電壓階躍平方和：2333.7千伏。

試驗波形如附圖4所示。

圖4中，上半圖為試品閥電壓波形，縱坐標軸表示電壓值，單位為千伏（千安），橫坐標軸表示時間，單位為毫秒（ms）；下半圖為試品閥電流波形，縱坐標軸表示電流值，單位為安培（A），橫坐標軸表示時間，單位為毫秒（ms）。

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