CN102324781B - 一种新型电源快速切换控制系统及其切换方法 - Google Patents

Abstract

一种基于电源快速切换控制系统，其特征在于它包括断路器开关量输入模块、模拟信号输入电路、信号调理电路、A/D转换电路、信号转换电路、中央控制单元、串行通信I/O接口电路、人机接口单元、控制信号输出电路及断路器位置开关；其切换方法为：测量信号、判断快速切换、判断同期捕捉切换、判断残压切换、快切装置复位；其优越性在于：1.硬件装置设计简单，软件编程通俗易懂；2.减小装置运算时间，且切换条件简单明确，易于装置实施；3.提高电源切换成功率；4.大大提高了该控制系统的可靠性。

Description

一种新型电源快速切换控制系统及其切换方法

（一）技术领域：

本发明涉及电力系统自动化电源切换领域，特别是一种新型电源快速切换控制系统及其切换方法。

（二）背景技术：

电源快速切换控制系统是保证厂用电或重要企业负荷正常切换、异常工况切换及事故处理切换的自动控制装置。快切装置的主要任务是当主供电源发生故障时，在厂用电母线失去电源后电压衰减的动态过程中，寻找合适的机会投入备用电源，以保证系统的正常运行。目前，多以母线电压与备用电源电压间的频差和相角差为切换方法。目前快切装置一般包括快速切换、同期捕捉切换、残压切换三种切换方法：

1、快速切换。该方式是母线工作电源失去后，当频差和相差均在设定范围内时，立即发出备用开关合闸脉冲，完成厂用电的快速切换。目前快速切换条件较为复杂且苛刻，容易造成控制系统计算时间过长以及失去快速切换方式的机会。

2、同期捕捉切换。该方式为快速切换方式失败后，当工作母线残压和备用电源电压的相角差越过180后，在工作母线残压和备用电源电压第一次相位重合时刻附近投入备用电源。目前同期捕捉切换一般为检测相角差是否满足条件，实际上影响切换成功与否的关键是切换时的冲击电流，目前的同期捕捉切换方式不能最大限度的扩大该方式下的切换范围提高切换成功率。

3、残压切换。当同期捕捉切换没有成功时，就转入残压切换。残压切换时残压衰减到20%-40%额定电压时，投入备用电源，是实现残压切换。残压切换虽然可保证电动机安全，但停电时间相对较长。

切换方法作为电源快速切换控制系统的逻辑判断条件，对于快切装置的合理、及时动作，从而保障厂用电或重要企业负荷的供电连续性，对减小电源切换冲击起决定性的作用。目前的电源快速切换控制系统和切换方法往往以电压或者相角等是否同时满足各自的条件作为切换条件，实际上缩小了安全切换的范围，限制了切换的成功率，还有可能造成切换时冲击过大，对设备造成损害。所以，改进以往技术的不足之处以提高电源快速切换系统的可靠性和成功率，以及减小冲击的影响已经变得至关重要。

（三）发明内容

本发明的目的在于提供一种新型电源快速切换控制系统及其切换方法，它可以克服现有技术的不足，是一种结构简单、控制精度高、切换速度快的控制系统，其切换方法简单易懂，大大的提高了电源切换控制系统的准确性和可靠性，并从最大程度上减小了电源切换引起的对厂用电或企业负荷的冲击，保证了相关电力设备、线路的稳定运行。

本发明的技术方案：一种基于电源快速切换控制系统，其特征在于它包括断路器开关量输入模块、模拟信号输入电路、信号调理电路、A/D转换电路、信号转换电路、中央控制单元、串行通信I/O接口电路、人机接口单元、控制信号输出电路及断路器位置开关；所述断路器开关量输入模块和模拟信号输入电路的输入端采集开关量信号、电压电流信号；所述信号调理电路的输入端连接断路器开关量输入模块输出端和模拟信号输入电路输出端，其输出端连接A/D转换电路的输入端和信号转换电路的输入端；所述中央控制单元的输入端连接A/D转换电路的输出端和信号转换电路的输出端，并且分别与串行通信I/O接口电路和人机接口单元呈双向连接；所述控制信号输出电路的输出端连接断路器位置开关的输入端，同时与串行通信I/O接口电路呈双向连接。

所述断路器开关量输入电路是由光电隔离器E1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管V1和二极管V2组成，其连接为常规连接。

所述模拟信号输入电路可以通过电压互感器和电流互感器采集失电母线电压以及相连线路的电流信号，将采集到的电压和电流信号传输给信号调理电路。

所述信号调理电路由电阻R3、电阻R5、电阻R7、二极管D1、二极管D2、发光二极管D3、电容C12104、功率运算放大器LF353和两个40106芯片构成；其连接为常规连接。

所述交流电压调理电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6、可调电阻R5、两个带有真差动输入的四运算放大器LM324、集成电路INA128、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C1和电容C2构成；其连接为常规连接。

所述交流电流调理电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、可调电阻R4、两个带有真差动输入的四运算放大器LM324、集成电路INA128、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C1和电容C2构成；其连接为常规连接。

所述控制信号输出电路由一个可编程逻辑器件PAL16V8、一个驱动芯片ULN2003A、两个可控光电耦合器TLP521-2和TLP521-4、贴片电阻PR1、贴片电阻PR3、电阻RD1、电阻RD1、电阻RD2、电阻RD3、电阻RD4、电阻RD5、电阻RD6、电阻RD7、RD8、电阻RD9和电阻R10、发光二极管T1、发光二极管T2、发光二极管T3、发光二极管T4、发光二极管T5、发光二极管T6、发光二极管T7、发光二极管T8、发光二极管T9、发光二极管T10、发光二极管T11、发光二极管T12、发光二极管T13、发光二极管T14、发光二极管T15、电容C7、电容C8、电容C9和一个插口Jout构成，其连接为常规连接。

一种新型电源快速切换控制系统的切换方法，其特征在于它包括以下步骤：

1、电源正常工作时，可以测量出快切装置合闸时间t_op、实时检测工作母线的频率f_i、工作电源与备用电源的相角差θ和负载的转差率s_i，并实时地计算出合成转差率s，即：

2、当工作电源失去时，首先进行判断能否启动快速切换，根据最后一次记录的频率f和合成转差率s，根据

得到最大允许合闸时间t_op，判断t_op与t_M的大小，若满足快速切换条件：t_op≤t_M，则发出合闸信号，进行电源切换；

3、若快速切换方式条件不满足，则放弃快速切换，进行同期捕捉切换判断，控制系统通过实时检测、计算得到差拍电压幅值的瞬时值及变化率，判断是否满足同期捕捉切换条件：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;U}=V_{i}t+\frac{1}{2}\frac{d{V}_i}{\mathrm{dt}}{t}^2+\frac{1}{6}\frac{d^2{V}_i}{{\mathrm{dt}}^2}{t}^2\&le;1.1U_N\\ V_i<0\end{array}\right.$

当差拍电压满足切换条件时，发出合闸信号，执行同期捕捉切换；

4、若同期捕捉切换失败，则转入残压切换，此时由电源快速切换控制系统检测母线残压，当检测到的母线残压已经降低到备用电源额定电压的40%以下时，即当U_b≤0.4U_N时发出合闸信号，切换到备用电源供电；其中：U_b为母线残压；U_N为备用电源额定电压，

5、当工作电源故障恢复后，可以手动恢复工作电源供电；同时将快切装置复位。

所述步骤2中快速切换由以下步骤构成：

①若快切装置开关动作时间小于计算得到的最大允许合闸时间，即t_op≤t_M，则快切装置动作，其中：t_op—快切装置合闸时间；t_M—最大允许合闸时间；

②根据切换时差拍电压不超过1.1倍的额定电压，可得到最大允许相角差为：

$\cos \mathrm{\&Delta;\&phi;}=\frac{U_B^2+U_G^2-\mathrm{\&Delta;}{U}^2}{2U_B{U}_G}$

求出最大允许合闸相角差为：△φ≈61°，设实测得到的备用电源与工作电源的相角差记录为θ，求得最大合闸时间为：

sw_st=s2πft=61°-θ，

③在工作电源正常工作时，通过实测负载的转差率通过加权求和即可得到合成转差率：

$s=\frac{s_1{w}_1+s_2{w}_2+...+s_n{w}_n}{w_1+w_2+...+w_n}$

其中，s₁～s_n为母线上单台电动机转差率；w₁～w_n为单台电动机对应的容量；

④通过实测得到的转差率s可以计算出快切装置的最大允许合闸时间t_M，只要快切装置开关动作时间小于最大合闸时间，则允许快速切换进行。

所述步骤3中同期捕捉切换是由以下步骤构成：

①以差拍电压幅值不超过电动机能承受电压（一般为1.1倍额定电压）且合闸时差拍电压变化率为负作为切换方法：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;U}=V_{i}t+\frac{1}{2}\frac{d{V}_i}{\mathrm{dt}}{t}^2+\frac{1}{6}\frac{d^2{V}_i}{{\mathrm{dt}}^2}{t}^2\&le;1.1U_N\\ V_i<0\end{array}\right.$

式中，△U—差拍电压设定值，这里设为U_n，V_i—差拍电压幅值变化频率，t—工作母线断电时间。

②根据差拍电压变化频率的测量和计算方法计算：

$V_i=\frac{\mathrm{\&Delta;}{U}_i-\mathrm{\&Delta;}{U}_{i-1}}{\mathrm{\&Delta;t}}$

式中，△U_i、△U_i-1代表第i、i-1次测量的实时差拍电压幅值，

同时算出

和

$\frac{d{V}_i}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{\&Delta;V}}{\mathrm{\&Delta;t}}=\frac{V_i-V_{i-1}}{\mathrm{\&Delta;t}}$

$\frac{d^2{V}_i}{{\mathrm{dt}}^2}=\frac{V_i^{\&prime;}-V_{i-1}^{\&prime;}}{\mathrm{\&Delta;t}}$

本发明的工作原理：本发明的切换方法是基于对电源切换动态过程的分析得出的。大型异步电动机的定子和转子电压方程：

$u_s=\frac{{\mathrm{d\&psi;}}_s}{\mathrm{dt}}+(\frac{r_s}{\mathrm{\&delta;}{L}_s}+{\mathrm{jw}}_s){\mathrm{\&psi;}}_s-\frac{L_m}{L_R}\frac{r_s}{\mathrm{\&delta;}{L}_s}{\mathrm{\&psi;}}_R$

$u_R=\frac{{\mathrm{d\&psi;}}_R}{\mathrm{dt}}+(\frac{r_R}{\mathrm{\&delta;}{L}_R}+j{w}^{\&prime;}){\mathrm{\&psi;}}_s-\frac{L_m}{L_s}\frac{r_R}{\mathrm{\&delta;}{L}_R}{\mathrm{\&psi;}}_s$

其中:

u_s(u_R)—定子（转子）电压空间向量

Ψ_s(Ψ_R)—定子（转子）磁链空间向量

r_s(r_R)—定子（转子）绕组每相电阻

L_s(L_R)—定子（转子）绕组每相电感

L_m—定、转子间互感

δ—漏磁系数， $\mathrm{\&delta;}=1-\frac{L_m^2}{L_s{L}_m}$

w_s—电源角速度

w—电动机角速度，即母线残压角速度

w'—电源与电动机角速度之差

可以得到残压表达式为：

$u_M=u_s={\mathrm{\&psi;}}_s\left(0\right)\left[j(w_s-w^{\&prime;}\left(t\right)-\frac{1}{T})\right]e^{-\frac{t}{T}}{e}^{-j{w}^{\&prime;}\left(t\right)t}$

u_M—母线残压

T—转子绕组每相的惯性时间常数，

w’(t)表示电源与母线的角速度之差即频率差不是常数而是随着时间t变化的函数。

当异步电动机机突然失去外加电压源后，异步电动机失电前后频率发生突变，w’(t)的初值为sw_s。

快速切换方式差拍电压变化

在快速切换方式下，切换时间很短（一般不大于100ms），大容量异步电动机频率下降很小，可近似认为频率不变，则上式中w’(t)为恒值sw_s。

故上式可化为:

$u_M=u_s={\mathrm{\&psi;}}_s\left(0\right)[j(1-s)w_s-\frac{1}{T})]e^{-\frac{t}{T}}{e}^{-\mathrm{js}{w}_{s}t}$

对于大型异步电动机其转差率s很小，故上式可进一步简化为：

$u_M={\mathrm{\&psi;}}_s\left(0\right)j{w}_s[1+j\frac{1}{w_{s}T})]e^{-\frac{t}{T}}$

式中Ψ_s(0)jw_s为电动机失电之前机端电压的模。

由于w_sL>>r_R，所以

则母线残压u_M可简化为：

$u_M=V_M(1-s)e^{-\frac{t}{T}}{e}^{-\mathrm{js}{w}_{s}t}\&ap;V_M{e}^{-\frac{t}{T}}$

可以得出快速切换方式下有下面的关系式：

△u=u_s-u_M

△θ=sw_st

$\mathrm{\&Delta;f}=\frac{{\mathrm{sw}}_s}{2\mathrm{\&pi;}}$

在快速切换方式下，备用电源电压和工作母线残压相角差近似为线性变化，同时频率差保持不变。

频率是并网装置另外一个比较重要的数据信息，频率的获取是来自电压信号，因为周期的倒数就是频率，因此只要获得了电压信号的周期值也就是代表获得了频率值，采取的方法是将电压信号的正弦波转化成方波，然后利用单片机的中断口和定时器来获取周期值，从而计算得出频率值。将转换后的方波信号接入单片机的中断口INTO，ICP1端口。INTO(ICP1)中断端口具有捕获电平变化功能，在电平下降沿、上升沿和任意电平变化都可以触发中断，在中断信号触发时，记录下计时器的值，同时将定时器清零，进行下一次的计时。此时计时器的值就是所测电压信号的周期值。中断口启用了上升沿触发中断，两个中断之间的时间由定时器记录，所记录的值T就是电压信号的周期值，那么频率可由f=l/T算出。电路如图4所示。

在交流电压调理电路中，电压互感器二次侧的电压信号首先经过两个电阻R_l、R₂的分压减小幅值后，由电容C_l对信号进行低通滤波。滤波后为了提高带负载能力，加一个电压跟随器。为了提高对模拟输入量的滤波效果，在电压跟随器后再连接一个R₃。再经运算放大器后输出到双向稳压管上，双向稳压管把输入电压限制在1.5V和-1.5V范围内，当输入电压超过此范围时，输入电压为1.5V或-1.5V。因为CPU插件上模拟量采集模块的A/D转换通道要求输入电压信号在0-3V范围内，故在双向稳压管后接有交流量提升模块INA128，使得交流电压信号向上平移1.5V，满足A/D转换通道的要求。为了提高对模拟输入量的滤波效果，在电压跟随器后再连接一个R₆、C₂组成的滤波电路。如图5所示。而在电流信号调理电路中，从第二级电流互感器输出的电流信号并联上一个电阻后转变为电压信号。交流电压和电流调理电路如图5、6所示.

控制信号输出电路可以将单片机收集到所有的数据信息，对外发出指令，分别是调压和调频信号，压差和频差满足范围信号以及并网合闸指令。单片机将电压满足信号，频率满足信号，和并网信号通过GAL芯片发出外部控制信号，通过光耦隔离后的信号用来控制外部的断路器位置开关,控制断路器的合闸和关断。

在人机接口模块，操作员可以通过设定参数来控制切换条件。操作员书将快切装置固有合闸时间t_op输入计算机设定了快速切换方式下的条件；另外，操作员设定残压方式下的残压设定值（正常情况为0.4），可调整残压切换条件，通过人机接口模块实现操作员对快切过程的控制。

本发明的优越性在于：1.硬件装置与计算机软件编程相结合，硬件装置设计简单，软件编程通俗易懂；2.以最大允许合闸时间作为快速切换方式的切换方法，减小装置运算时间，且切换条件简单明确，易于装置实施；3.以差拍电压最为同期捕捉切换方式的切换方法，扩大了同期捕捉切换的投切条件，提高电源切换成功率；4.利用计算机高速的数据计算和数据处理能力，大大提高了该控制系统的可靠性。

（四）附图说明：

图1为本发明所涉一种新型电源快速切换控制系统的整体结构图。

图2为本发明所涉一种新型电源快速切换控制系统中断路器开关量电路结构示意图。

图3为本发明所涉一种新型电源快速切换控制系统中的信号调理电路结构示意图。

图4为本发明所涉一种新型电源快速切换控制系统中的信号转换电路中电压信号调理电路结构示意图。

图5为本发明所涉一种新型电源快速切换控制系统中的信号转换电路中交流电流调理电路结构示意图。

图6为本发明所涉一种新型电源快速切换控制系统中的控制信号输出电路电路结构示意图。

图7为本发明所涉一种新型电源快速切换控制系统中的切换控制程序流程图。

图8为本发明所涉一种新型电源快速切换控制系统的控制系统原理图。

（五）具体实施方式：

实施例:一种基于电源快速切换控制系统(见图1)，其特征在于它包括断路器开关量输入模块、模拟信号输入电路、信号调理电路、A/D转换电路、信号转换电路、中央控制单元、串行通信I/O接口电路、人机接口单元、控制信号输出电路及断路器位置开关；所述断路器开关量输入模块和模拟信号输入电路的输入端采集开关量信号、电压电流信号；所述信号调理电路的输入端连接断路器开关量输入模块输出端和模拟信号输入电路输出端，其输出端连接A/D转换电路的输入端和信号转换电路的输入端；所述中央控制单元的输入端连接A/D转换电路的输出端和信号转换电路的输出端，并且分别与串行通信I/O接口电路和人机接口单元呈双向连接；所述控制信号输出电路的输出端连接断路器位置开关的输入端，同时与串行通信I/O接口电路呈双向连接。

所述断路器开关量输入电路(见图2)是由光电隔离器E1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管V1和二极管V2组成，其连接为常规连接。

所述模拟信号输入电路可以通过电压互感器和电流互感器采集失电母线电压以及相连线路的电流信号，将采集到的电压和电流信号传输给信号调理电路。

所述信号调理电路(见图3)由电阻R3、电阻R5、电阻R7、二极管D1、二极管D2、发光二极管D3、电容C12104、功率运算放大器LF353和两个40106芯片构成；其连接为常规连接。

所述交流电压调理电路(见图4)由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6、可调电阻R5、两个带有真差动输入的四运算放大器LM324、集成电路INA128、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C1和电容C2构成；其连接为常规连接。

所述交流电流调理电路(见图5)由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、可调电阻R4、两个带有真差动输入的四运算放大器LM324、集成电路INA128、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C1和电容C2构成；其连接为常规连接。

所述控制信号输出电路(见图6)由一个可编程逻辑器件PAL16V8、一个驱动芯片ULN2003A、两个可控光电耦合器TLP521-2和TLP521-4、贴片电阻PR1、贴片电阻PR3、电阻RD1、电阻RD1、电阻RD2、电阻RD3、电阻RD4、电阻RD5、电阻RD6、电阻RD7、RD8、电阻RD9和电阻R10、发光二极管T1、发光二极管T2、发光二极管T3、发光二极管T4、发光二极管T5、发光二极管T6、发光二极管T7、发光二极管T8、发光二极管T9、发光二极管T10、发光二极管T11、发光二极管T12、发光二极管T13、发光二极管T14、发光二极管T15、电容C7、电容C8、电容C9和一个插口Jout构成，其连接为常规连接。

一种新型电源快速切换控制系统的切换方法(见图7、图8)，其特征在于它包括以下步骤：

1、电源正常工作时，可以测量出快切装置合闸时间t_op、实时检测工作母线的频率f_i、工作电源与备用电源的相角差θ和负载的转差率s_i，并实时地计算出合成转差率s，即：

2、当工作电源失去时，首先进行判断能否启动快速切换，根据最后一次记录的频率f和合成转差率s，根据

得到最大允许合闸时间t_op，判断t_op与t_M的大小，若满足快速切换条件：t_op≤t_M，则发出合闸信号，进行电源切换；

3、若快速切换方式条件不满足，则放弃快速切换，进行同期捕捉切换判断，控制系统通过实时检测、计算得到差拍电压幅值的瞬时值及变化率，判断是否满足同期捕捉切换条件：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;U}=V_{i}t+\frac{1}{2}\frac{d{V}_i}{\mathrm{dt}}{t}^2+\frac{1}{6}\frac{d^2{V}_i}{{\mathrm{dt}}^2}{t}^2\&le;1.1U_N\\ V_i<0\end{array}\right.$

当差拍电压满足切换条件时，发出合闸信号，执行同期捕捉切换；

4、若同期捕捉切换失败，则转入残压切换，此时由电源快速切换控制系统检测母线残压，当检测到的母线残压已经降低到备用电源额定电压的40%以下时，即当U_b≤0.4U_N时发出合闸信号，切换到备用电源供电；其中：U_b为母线残压；U_N为备用电源额定电压，

5、当工作电源故障恢复后，可以手动恢复工作电源供电；同时将快切装置复位。

所述步骤2中快速切换由以下步骤构成：

①若快切装置开关动作时间小于计算得到的最大允许合闸时间，即t_op≤t_M，则快切装置动作，其中：t_op—快切装置合闸时间；t_M—最大允许合闸时间；

②根据切换时差拍电压不超过1.1倍的额定电压，可得到最大允许相角差为：

$\cos \mathrm{\&Delta;\&phi;}=\frac{U_B^2+U_G^2-\mathrm{\&Delta;}{U}^2}{2U_B{U}_G}$

求出最大允许合闸相角差为：△φ≈61°，设实测得到的备用电源与工作电源的相角差记录为θ，求得最大合闸时间为：

sw_st=s2πft=61°-θ，

③在工作电源正常工作时，通过实测负载的转差率通过加权求和即可得到合成转差率：

$s=\frac{s_1{w}_1+s_2{w}_2+...+s_n{w}_n}{w_1+w_2+...+w_n}$

其中，s₁～s_n为母线上单台电动机转差率；w₁～w_n为单台电动机对应的容量；

④通过实测得到的转差率s可以计算出快切装置的最大允许合闸时间t_M，只要快切装置开关动作时间小于最大合闸时间，则允许快速切换进行。

所述步骤3中同期捕捉切换是由以下步骤构成：

①以差拍电压幅值不超过电动机能承受电压（一般为1.1倍额定电压）且合闸时差拍电压变化率为负作为切换方法：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;U}=V_{i}t+\frac{1}{2}\frac{d{V}_i}{\mathrm{dt}}{t}^2+\frac{1}{6}\frac{d^2{V}_i}{{\mathrm{dt}}^2}{t}^2\&le;1.1U_N\\ V_i<0\end{array}\right.$

式中，△U—差拍电压设定值，这里设为U_n，V_i—差拍电压幅值变化频率，t—工作母线断电时间。

②根据差拍电压变化频率的测量和计算方法计算：

$V_i=\frac{\mathrm{\&Delta;}{U}_i-\mathrm{\&Delta;}{U}_{i-1}}{\mathrm{\&Delta;t}}$

式中，△U_i、△U_i-1代表第i、i-1次测量的实时差拍电压幅值，

同时算出

和

$\frac{d{V}_i}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{\&Delta;V}}{\mathrm{\&Delta;t}}=\frac{V_i-V_{i-1}}{\mathrm{\&Delta;t}}$

$\frac{d^2{V}_i}{{\mathrm{dt}}^2}=\frac{V_i^{\&prime;}-V_{i-1}^{\&prime;}}{\mathrm{\&Delta;t}}$

Claims (3)

1.一种电源快速切换控制系统的切换方法，其特征在于它包括以下步骤：

①电源正常工作时，测量出快切装置合闸时间t_op、实时检测工作母线的频率f_i、工作电源与备用电源的相角差θ和负载的转差率s_i，并实时地计算出合成转差率s，即：

其中，s₁～s_n为母线上单台电动机转差率；w₁～w_n为单台电动机对应的容量；

②当工作电源失去时，首先进行判断能否启动快速切换，根据最后一次记录的频率f和合成转差率s，根据

得到最大允许合闸时间t_M，判断t_op与t_M的大小，若满足快速切换条件：t_op≤t_M，则发出合闸信号，进行电源切换；

③若快速切换方式条件不满足，则放弃快速切换，进行同期捕捉切换判断，控制系统通过实时检测、计算得到差拍电压幅值的瞬时值及变化率，判断是否满足同期捕捉切换条件：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;U}=V_{i}t+\frac{1}{2}\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}{t}^2+\frac{1}{6}\frac{d^2{V}_i}{{\mathrm{dt}}^2}{t}^2\&le;1.1U_N\\ V_i<0\end{array}\right.$

式中，ΔU—差拍电压设定值，V_i—差拍电压幅值变化频率，t—工作母线断电时间；

当差拍电压满足切换条件时，发出合闸信号，执行同期捕捉切换；

④若同期捕捉切换失败，则转入残压切换，此时由电源快速切换控制系统检测母线残压，当检测到的母线残压已经降低到备用电源额定电压的40%以下时，即当U_b≤0.4U_N时发出合闸信号，切换到备用电源供电；其中：U_b为母线残压；U_N为备用电源额定电压，

⑤当工作电源故障恢复后，手动恢复工作电源供电；同时将快切装置复位。

2.根据权利要求1中所述一种电源快速切换控制系统的切换方法，其特征在于所述步骤②中快速切换由以下步骤构成：

（1）若快切装置合闸时间小于等于计算得到的最大允许合闸时间，即t_op≤t_M，则快切装置动作，其中：t_op—快切装置合闸时间；t_M—最大允许合闸时间；

（2）根据切换时差拍电压不超过1.1倍的额定电压，可得到最大允许相角差为：

$\cos \mathrm{\&Delta;\&phi;}=\frac{U_B^2+U_G^2-{\mathrm{\&Delta;U}}^2}{2U_B{U}_G}$

求出最大允许合闸相角差为：Δφ≈61°，设实测得到的备用电源与工作电源的相角差记录为θ，求得最大允许合闸时间为：

（3）在工作电源正常工作时，通过实测负载的转差率通过加权求和即可得到合成转差率：

$s=\frac{s_1+w_1+s_2{w}_2+...+s_n{w}_n}{w_1+w_2+...+w_n}$

其中，s₁～s_n为母线上单台电动机转差率；w₁～w_n为单台电动机对应的容量；

（4）通过实测得到的转差率s可以计算出快切装置的最大允许合闸时间t_M，只要快切装置合闸时间小于等于最大允许合闸时间，则允许快速切换进行。

3.根据权利要求1中所述一种电源快速切换控制系统的切换方法，其特征在于所述步骤③中同期捕捉切换是由以下步骤构成：

（1）以差拍电压幅值不超过电动机能承受电压，即1.1倍额定电压，且合闸时差拍电压变化率为负作为切换方法：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;U}=V_{i}t+\frac{1}{2}\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}{t}^2+\frac{1}{6}\frac{d^2{V}_i}{{\mathrm{dt}}^2}{t}^2\&le;1.1U_N\\ V_i<0\end{array}\right.$

式中，ΔU—差拍电压设定值，V_i—差拍电压幅值变化频率，t—工作母线断电时间；

（2）根据差拍电压变化频率的测量和计算方法计算：

$V_i=\frac{{\mathrm{\&Delta;U}}_i-{\mathrm{\&Delta;U}}_{i-1}}{\mathrm{\&Delta;t}}$

式中，ΔU_i、ΔU_i-1代表第i、i-1次测量的实时差拍电压幅值，同时算出

和

$\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{\&Delta;V}}{\mathrm{\&Delta;t}}=\frac{V_i-V_{i-1}}{\mathrm{\&Delta;t}}$

$\frac{d^2{V}_i}{{\mathrm{dt}}^2}=\frac{V_i^{\&prime;}-V_{i-1}^{\&prime;}}{\mathrm{\&Delta;t}}.$

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