CN102570590A - 固态切换开关 - Google Patents
固态切换开关 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102570590A CN102570590A CN2012100014984A CN201210001498A CN102570590A CN 102570590 A CN102570590 A CN 102570590A CN 2012100014984 A CN2012100014984 A CN 2012100014984A CN 201210001498 A CN201210001498 A CN 201210001498A CN 102570590 A CN102570590 A CN 102570590A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power supply
- voltage
- thyristor
- load
- phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 67
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 11
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 8
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 18
- 101100365087 Arabidopsis thaliana SCRA gene Proteins 0.000 description 12
- 101150105073 SCR1 gene Proteins 0.000 description 12
- 101100134054 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) NTG1 gene Proteins 0.000 description 12
- 101000668165 Homo sapiens RNA-binding motif, single-stranded-interacting protein 1 Proteins 0.000 description 10
- 102100039692 RNA-binding motif, single-stranded-interacting protein 1 Human genes 0.000 description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 9
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 8
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 208000033999 Device damage Diseases 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- -1 chemical engineering Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000011895 specific detection Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种固态切换开关，连接在为负载提供交流供电的多路交流电源的供电线路中，用于在多路交流电源之间切换，包括电压检测装置、主控制器和多组分别由两个晶闸管反向并联组成的开关单元；所述电压检测装置用于检测每一路交流电源的电压值，并输出电压检测值至所述的主控制器，所述主控制器根据接收到的电压检测值生成用于控制晶闸管通断的触发信号；所述开关单元一一对应地串联在每一路交流电源的供电线路中，其晶闸管的控制极连接主控制器，接收主控制器输出的触发信号，以进行供电线路的切换。本发明的固态切换开关从一路电源切换到另一路电源，其切换时间可以小于6毫秒，切实保障了敏感负载供电的连续性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电力控制技术领域，具体地说，是涉及一种用于在多路供电电源之间进行快速切换的电能切换装置。
背景技术
在目前的电网供电系统中，电网经常会因为大型非线性/冲击性负载的投切、雷电天气、负载故障等原因，造成供电电压瞬间暂降（即出现晃电）或者供电中断等问题，由此导致某些敏感的用电设备（例如电脑服务器、数据处理器、不允许断电的设备等）终止供电，从而给石油、化工、半导体、纺织、冶金等连续性生产的行业或者金融中心、数据中心、医院、交通运输等系统带来设备停运、工艺流程中断、数据丢失、设备损坏等严重后果，造成重大的经济损失甚至人员伤亡。因此，对于供电有特殊要求的行业往往都配置有多路供电电源，一旦运行的主电源出现故障或者异常，需要将敏感负载的供电无扰地切换到其他备用电源上，以满足敏感负载的不间断供电需求。
对于目前用于在多路电源之间进行切换的电能切换装置来说，大多采用机械式开关，切换时间在数秒到数十秒之间。而对于某些敏感负载来说，要求20毫秒甚至几个毫秒之内完成电源的切换，因此，传统的电能切换装置显然无法满足这些敏感负载对电源切换速度的要求。并且，传统的电能切换装置在开关过程中经常会产生电弧，由此也使得该类电能切换装置的使用寿命大大缩短。
发明内容
本发明为了解决现有电能切换装置切换时间长、使用寿命短的问题，提供了一种能够实现多路电源迅速切换的固态切换开关，在保证电网系统安全运行的同时，满足了敏感负载的连续用电需求。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种固态切换开关，连接在为负载提供交流供电的多路交流电源的供电线路中，用于在多路交流电源之间进行切换，包括电压检测装置、主控制器和多组分别由两个晶闸管反向并联组成的开关单元；所述电压检测装置用于检测每一路交流电源的电压值，并输出电压检测值至所述的主控制器，所述主控制器根据接收到的电压检测值生成用于控制晶闸管通断的触发信号；所述开关单元一一对应地串联在每一路交流电源的供电线路中，其晶闸管的控制极连接主控制器，接收主控制器输出的触发信号，以进行供电线路的切换。
进一步的，在所述多路交流电源中包含有一路主电源和至少一路备用电源，首先触发连接在主电源供电线路中的各路晶闸管导通，利用主电源为负载供电；通过电压检测装置检测主电源的电压，若主电源的电压幅值发生暂降且低于负载所允许的电源最低门限值时，则主控制器停止向主电源供电线路中的晶闸管发送触发信号，转而控制连接在其中一路备用电源供电线路中的晶闸管导通，切换至备用电源为负载供电；当电压检测装置检测到主电源的供电恢复时，则重新控制主电源供电线路中的晶闸管导通，备用电源供电线路中的晶闸管关断，切换至主电源为负载供电；若在主电源的供电恢复前，当前为负载供电的备用电源的电压幅值发生暂降且低于负载所允许的电源最低门限值时，则主控制器控制开关单元切换至其他备用电源为负载供电。
优选的，在所述每一路交流电源的每一条电源线中均串联有一组所述的开关单元。
又进一步的，在所述每一路交流电源与负载的供电线路中均连接有用于对交流电源进行电流检测的电流检测装置，所述电流检测装置输出电流检测信号至所述的主控制器。
对于当前为负载供电的交流电源是否发生电压暂降问题，可以采用以下两种方法计算获得：
其一是，当所述的交流电源均为三相电源时，利用电压检测装置对当前为负载供电的交流电源的每一路相电压 
、、
进行检测，输出至主控制器，利用三相电压到d-q轴的变换关系式：
，计算出、
，进而代入公式
计算出基波有效值的瞬时值
，将
与负载的电源最低门限值进行比较，以判断是否进行交流电源的切换操作；其中，变量因子矢量C为：
。
其二是，当所述的交流电源均为单相交流电源时，利用电压检测装置对当前为负载供电的交流电源的火线电压
进行检测，并输出至主控制器；所述主控制器采用求导法由单相电压构造出虚拟的三相电压，即
；
利用三相电压到d-q轴的变换关系式：
，计算出
、，进而代入公式
计算出基波有效值的瞬时值
，将与负载的电源最低门限值进行比较，以判断是否进行交流电源的切换操作；其中，变量因子矢量C为：
为了为缩短切换时间，保证切换操作的可靠性，本发明采用一种快速的先切后断控制策略，且针对不同相位的备用电源提出以下两种切换方法：
其一是，当所述的主电源与备用电源同步时，所述主控制器在检测到主电源的电压幅值降低到负载的电源最低门限值以下时，首先停止向连接在主电源的各相电源线中的晶闸管发送触发信号，然后通过电压检测装置对各路所述的晶闸管的端电压进行极性检测，若端电压为正极性，则向连接在备用电源的同相电源线中的正向晶闸管发送触发信号，待主电源线路中的晶闸管的电流过零时，再向连接在备用电源的同相电源线中的反向晶闸管发送触发信号；若端电压为负极性，则首先向连接在备用电源的同相电源线中的反向晶闸管发送触发信号，待主电源线路中的晶闸管的电流过零时，再向连接在备用电源的同相电源线中的正向晶闸管发送触发信号。
进一步的，所述备用电源可以由逆变器根据主电源的相位逆变生成，以保证备用电源与主电源同步。
其二是，当所述的主电源与备用电源不同步时，所述主控制器在检测到主电源的电压幅值降低到负载的电源最低门限值以下时，首先停止向连接在主电源的各相电源线中的晶闸管发送触发信号，然后通过电压检测装置对各路所述的晶闸管的端电压进行极性检测；若端电压为正极性/负极性，检测流过所述晶闸管的电流是否降低到零，若降低到零，则向连接在备用电源的同相电源线中的正向、反向两个晶闸管发送触发信号；若在电流降低到零之前，备用电源变成与主电源同相，则向连接在备用电源的同相电源线中的正向晶闸管/反向晶闸管发送触发信号，待主电源线路中的晶闸管的电流过零时，再向连接在备用电源的同相电源线中的反向晶闸管/正向晶闸管发送触发信号。
再进一步的，在所述固态切换开关中还设置有人机交互单元，连接所述的主控制器，接收外部输入的电源最低门限值等系统设置参数，并将系统的运行情况传送至远程的控制中心，实现远程监控。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的固态切换开关从一路电源切换到另一路电源，其切换时间可以小于6毫秒，由此不仅可以避免因电压暂降带来的供电终止问题，而且从真正意义上实现了多路电源的互补、无扰供电，切实保障了敏感负载供电的连续性和可靠性。通过采用晶闸管作为开关器件，从而有效避免了开关过程中电弧的产生，杜绝了环流现象的出现，确保了电网系统的安全以及负载的正常稳定运行，具有投资少、节电、供电可靠、安全等显著优势。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明所提出的固态切换开关的整体架构示意图；
图2是将固态切换开关应用在三相双电源供电系统中的一种实施例的电路原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。
本发明为了解决传统电能切换装置采用机械式开关进行供电线路切换，在开关过程中易产生电弧，进而影响装置使用寿命的问题，提出利用晶闸管作为开关元件组成用于执行供电线路切换动作的开关单元，并配合控制单元和检测单元组成固态切换开关，实现对多路供电电源的无扰切换，不仅避免了切换过程中电弧的产生，而且开关动作响应迅速，为连续用电型负载的持续正常运行提供了保障。
下面通过一个具体的实施例来详细阐述所述固态切换开关的具体组建结构及其工作原理。
实施例一，参见图1所示，本实施例的固态切换开关主要包括电压检测装置V1、V2、主控制器和开关单元SCR1、SCR2等组成部分。其中，电压检测装置V1、V2用于对各路交流电源的电压值进行采样检测，提供给主控制器以完成对交流电源是否出现异常的分析和判断；开关单元SCR1、SCR2包括多组，分别连接在每一路交流电源的供电线路中，用于在各路交流电源之间进行选择切换。本实施例在设计所述开关单元SCR1、SCR2的过程中，考虑到晶闸管具有成本低、过载能力强、可靠性高等特点，采用晶闸管作为开关元件来设计所述的开关单元SCR1、SCR2，如图1所示。考虑到交流电源的电流双向传输特性，在设计所述开关单元SCR1、SCR2时，需要在每一组开关单元SCR1、SCR2中均设置两个晶闸管T1P/T1N、T2P/T2N，且将两个晶闸管T1P/T1N、T2P/T2N反向并联后，串联在每一路交流电源的供电线路中。当交流电源处于正半周时，电流从正向晶闸管T1P或T2P流过；当交流电源处于负半周时，电流从反向晶闸管T1N或T2N流过。将每一个晶闸管T1P/T1N、T2P/T2N的控制极连接到主控制器的不同触发信号输出接口上，在主控制器发出的触发信号的控制作用下导通或者关断，以实现对供电线路的切换控制。对于接口驱动能力不足的主控制器来说，可以在主控制器的触发信号输出接口上进一步连接驱动单元，通过驱动单元来提升触发信号的驱动能力，以实现对各路晶闸管T1P/T1N、T2P/T2N的触发控制。
在实际应用过程中，由于绝大部分时间都是采用电网电压作为主电源为负载供电的，只有当电网电压出现故障时才需要切换至备用电源为负载供电，因此，本实施例将开关单元SCR1、SCR2分别串联在电网和备用电源的供电线路中，所述备用电源可以设置一路也可以设置多路交流电源。在系统正式投运后，当负载需要上电运行时，主控制器首先通过电压检测装置V1检测电网电压是否正常，若正常，则主控制器触发连接在电网供电线路中的各路晶闸管T1P、T1N导通，利用电网电压为负载供电。若电网电压不正常，则通过电压检测装置V2检测备用电源是否正常，若备用电源正常，则主控制器触发连接在备用电源供电线路中的各路晶闸管T2P、T2N导通，利用备用电源为负载供电，控制负载上电运行。若备用电源也出现异常，则维持负载当前的不工作状态，并输出电源故障的告警信号。
假设在负载需要上电运行时电网电压正常，则主控制器首先触发连接在电网供电线路中的各路晶闸管T1P、T1N导通，使负载上电运行。在负载运行的过程中，主控制器通过电压检测装置V1实时地对电网电压进行检测，若电网供电出现异常，例如电网电压的幅值发生暂降或者波动等，且电压幅值降低到负载所允许的电源最低门限值以下时，则主控制器停止向连接在电网供电线路中的晶闸管T1P、T1N发送触发信号，转而控制连接在其中一路备用电源供电线路中的晶闸管T2P、T2N导通，切换至备用电源为负载供电，以满足负载的连续用电需求。通常情况下，备用电源的电量是有限的，不适宜长时间为负载供电，需要在电网电压恢复后及时切换回电网继续供电。因此，本实施例在采用备用电源为负载供电的过程中，通过电压检测装置V1继续对电网电压进行实时检测，当检测到电网供电恢复时，则重新控制连接在电网供电线路中的晶闸管T1P、T1N导通，备用电源供电线路中的晶闸管T2P、T2N关断，以切换回电网继续为负载供电。若在电网供电恢复前，当前为负载供电的备用电源发生异常，例如电压幅值发生暂降或者波动且低于负载所允许的电源最低门限值时，则主控制器应将供电电源切换至其他的备用电源上，具体可以采用触发连接在其他备用电源供电线路中的晶闸管导通，并关闭当前备用电源供电线路中的晶闸管T2P、T2N的控制方式，将负载的供电切换至其他的备用电源上，以保证供电的连续性。
为了提高电源切换的可靠性，优选在每一路交流电源的每一条电源线中均串联一组由两个晶闸管反向并联组成的开关单元，用于对每一条电源线进行通断控制。如图2所示，对于三相交流电源来说，就需要三组所述的开关单元，一一对应地串联在三条相电源线A、B、C中，分别对三相电源进行切换控制。在主电源和每一路备用电源的供电线路中均连接一个电压检测装置V1、V2，具体连接在各路交流电源与开关单元之间的连接线路上，用于对各路交流电源的相电压进行采样检测。所述电压检测装置V1、V2可以采用由多个分压电阻串联组成分压网络的形式设计实现，分别连接在交流电源的每一条相电源线与地之间，通过选择合适的分压节点产生电压检测值，输出至主控制器，进而换算出各路交流电源的相电压，以完成对各路交流电源的电压检测。
对于主电源和备用电源不是常规供电电源（将线电压为380V的交流电源定义为常规供电电源）的情况，比如10千伏以上的交流电源等，则需要在主电源和备用电源的供电线路中增加变压器T1、T2，如图1所示，对主电源和备用电源进行降压变换后，再传输至所述的电压检测装置V1、V2和开关单元SCR1、SCR2，进而满足后级负载的安全用电需求。
在主电源和备用电源的供电线路中还可以进一步连接电流检测装置I1、I2，如图1所示，具体可以采用交流互感器串联在各路交流电源的供电线路中，用于对每一路交流电源的相电流进行过零检测，并将电流检测信号传输至所述的主控制器，以协助主控制器完成对各组开关单元SCR1、SCR2的可靠切换。
为了满足人机交互的要求，在本实施例的固态切换开关装置中还设置有人机交互单元，如图1所示，可以具体采用触摸式显示屏或者键盘加显示屏的设计方式，连接所述的主控制器，以实现外部指令的输入以及检测结果的显示功能。技术人员利用所述的人机交互单元可以向主控制器输入其工作时所需要的系统设置参数，例如负载所允许的电源最低门限值、从备用电源切换回主电源的延时时间、自动和手动选择设置等参数，以完成系统控制。对于系统的运行情况可以利用人机交互单元的通讯功能传送至远程的控制中心，实现远程监控和维护。
在每一组开关单元SCR1、SCR2的两端还可以分别并联一个旁路开关K1、K2，所述旁路开关K1、K2可以选用手动开关，也可以选用电控开关。当固态切换开关出现故障或者停机时，可以通过旁路对负载供电，方便固态切换开关的检修、维护和检测。
为描述简便、清楚起见，本实施例以一路主电源和一路备用电源为例对所述固态切换开关的切换过程进行详细阐述。
首先，介绍一下电压暂降检测方式。对于为负载供电的交流电源是否发生电压暂降问题有很多种检测方法，为了加快检测速度，并保证检测的可靠性，本实施例提出一种基于广义瞬时无功功率理论的瞬时电压d-q分解变换算法来检测供电电源的电压，以实现对供电电源的电压是否降低到负载所允许的电源最低门限值进行快速、准确的判断。其具体的检测方法是：
对于当前为负载供电的交流电源是三相交流电源的情况，可以直接利用电压检测装置V1或者V2采集三相交流电源的每一路相电压
、
、
，传输至主控制器，以参与后续计算。
对于当前为负载供电的交流电源是单相交流电源的情况，则首先利用电压检测装置V1或者V2采集单相交流电源的火线电压
，然后输出至主控制器；通过主控制器采用求导法由单相电压
构造出虚拟的三相电压，即：
其中，
，
为交流电源的频率。
将三相电压、
、
变换到d-q轴的关系式为：
式中，变换因子矢量：
；
由此，计算出
、
，代入基波有效值的瞬时值计算公式：
便可计算出基波有效值的瞬时值。将
与负载的电源最低门限值（由技术人员通过人机交互单元输入到主控制器中）进行比较，以判断当前为负载供电的交流电源是否发生电压暂降问题，进而确定是否需要进行交流电源的切换操作。
传统计算基波有效值的瞬时值
的计算方法为：
式中，n为交流电源一个周波内的电压采样个数，一般不能小于100；
为第i个电压检测值。由此可以看出传统的
计算方法需要进行开根号运算，软件编程实现困难，而且运算周期长，不利于电压暂降问题的快速判断，从而影响供电线路的切换速度。而采用本实施例所提出的基波有效值的瞬时值
计算方法，编程容易，计算速度快，可以使主控制器在供电电源发生异常时，及时产生触发信号，控制开关单元SCR1、SCR2进行供电线路的迅速切换，为供电的无缝切换提供基础。
对开关单元SCR1、SCR2的切换控制是整个固态切换开关装置的核心控制部分，一个重要的性能指标就是切换时间,切换控制策略的选择是影响切换时间的重要因素。切换控制策略主要有两种：Break-Before-Make（简称BBM，先断后切）和Make-Before-Break （简称MBB，先切后断）。BBM 控制方式是在即将退出运行的晶闸管模块中流过的电流减小到零，晶闸管完全关断后，再触发即将投运的晶闸管模块导通。这种控制方式可以完全避免主电源和备用电源并联运行，保证电网和敏感负荷的安全运行。但是，若固态切换开关采用这种控制方式运行，则切换时间太长，会导致一些敏感负荷停运，从而限制了固态切换开关的应用范围。MBB 控制方式是在即将退出运行的晶闸管模块中流过的电流未减小到零时，触发即将投运的晶闸管模块开启，进而强制即将退出运行的晶闸管模块中流过的电流减小到零，加快切换速度，缩短切换时间，但是，控制过程较为复杂。
为了缩短切换时间，保证负载供电的可靠性，本实施例提出了一种全新的快速MBB切换控制策略。该策略通过检测每一对晶闸管的端电压Upea（即每一对晶闸管连接交流电源一侧的端电压Upea，如图2所示），来判断流过晶闸管的电流极性；然后根据电流极性触发连接在另外一路交流电源中与之连接关系对应的晶闸管导通，以完成该条电源线路的切换。切换控制策略是对交流电源的各相电源线分别控制，以三相交流电源的A相为例进行说明，B、C两相的控制方式相同。
结合图2所示，当主控制器接收到电压检测模块V1反馈的电压检测值后，首先计算出基波有效值的瞬时值，然后与负载的电源最低门限值进行比较，若高于负载的电源最低门限值，则认为电网电压正常，维持当前各组开关单元的通断状态，继续采用电网为负载供电。若计算出
低于负载的电源最低门限值，则认为电网电压异常，比如发生电压暂降问题，则需要进行供电线路的切换操作。此时，主控制器首先通过电压检测装置V2检测备用电源是否正常，当备用电源正常时，开始执行切换过程。对于备用电源与电网电压同步和异步两种情况，主控制器可以分别采用以下两种不同的切换控制策略，下面分别展开说明。
当备用电源与电网电压同步时，主控制器首先停止向连接在电网的各相电源线中的晶闸管发送触发信号，以A相为例进行说明。然后，通过电压检测装置V1对连接在A相电源线中的晶闸管T1P、T1N的端电压Upea进行极性检测，若端电压Upea>0，即为正极性，则说明电流由电网流向负载，且流经正向晶闸管T1P。此时，反向晶闸管T1N因其两端加载了反向电压而截止，正向晶闸管T1P仍保持导通状态。主控制器向连接在备用电源的A相电源线中的正向晶闸管T2P发送触发信号，控制正向晶闸管T2P导通。晶闸管T2P触发导通后，若备用电源的电压高于电网电压，则晶闸管T1P因其两端加上了反向电压而截止。当检测到晶闸管T1P的电流减小到零时，则表示晶闸管T1P完全关断，继而向连接在备用电源的A相电源线中的反向晶闸管T2N发送触发信号，控制反向晶闸管T2N导通，完成该相电源线路的切换过程。同理，若通过电压检测装置V1检测到端电压Upea<0，即为负极性，则说明电流由负载流向电网，且流经反向晶闸管T1N。此时，正向晶闸管T1P因其两端加载了反向电压而截止，反向晶闸管T1N仍保持导通状态。在这种情况下，主控制器首先向连接在备用电源的A相电源线中的反向晶闸管T2N发送触发信号，待电网线路中的反向晶闸管T1N的电流过零时，再向连接在备用电源的A相电源线中的正向晶闸管T2P发送触发信号，控制正向晶闸管T2P触发导通，完成该相电源线路的切换过程。B、C两相的切换过程相同，本实施例不再重复说明。
在本实施例中，可以利用连接在电网供电线路中的电流检测装置I1实现对晶闸管T1P、T1N的电流过零检测。对于与电网同步的备用电源，可以利用逆变器根据电网的相位逆变生成。当然，本实施例并不仅限于以上举例。
当备用电源与电网电压不同步时，主控制器在检测到电网电压的幅值降低到负载的电源最低门限值以下时，首先停止向连接在电网各相电源线中的晶闸管发送触发信号，然后通过电压检测装置V1对各路晶闸管的端电压进行极性检测。仍以A相电压为例进行说明，若连接在A相电源线中的晶闸管T1P、T1N的端电压Upea为正极性，则一方面对流过正向晶闸管T1P的电流是否降低到零进行持续检测；另一方面，同时对备用电源的相位进行检测。若备用电源的相位在变化到与电网相位同相前，流经正向晶闸管T1P的电流已经减小到零，则表示晶闸管T1P完全关断，主控制器向连接在备用电源的A相电源线中的正向、反向两个晶闸管T2P、T2N发送触发信号，控制晶闸管T2P、T2N触发导通。若在流过正向晶闸管T1P的电流降低到零之前，备用电源变成与电网电压同相，则首先向连接在备用电源的A相电源线中的正向晶闸管T2P发送触发信号，待电网线路中的正向晶闸管T1P的电流过零时，再向连接在备用电源的A相电源线中的反向晶闸管T2N发送触发信号，控制反向晶闸管T2N触发导通，完成该相电源线路的切换过程。同理，若通过电压检测装置V1检测到端电压Upea为负极性，则首先检测流过反向晶闸管T1N的电流是否降低到零，若降低到零，则表示晶闸管T1P、T1N完全关断，通过主控制器向连接在备用电源的A相电源线中的正向、反向两个晶闸管T2P、T2N发送触发信号，控制晶闸管T2P、T2N触发导通，完成该相电源线路的切换过程。若在流过反向晶闸管T1N的电流降低到零之前，备用电源已经变成与电网电压同相，则首先向连接在备用电源的A相电源线中的反向晶闸管T2N发送触发信号，控制反向晶闸管T2N导通；待流过电网线路中的反向晶闸管T1N的电流减小到零时，再向连接在备用电源的A相电源线中的正向晶闸管T2P发送触发信号，控制正向晶闸管T2P触发导通，完成该相电源线路的切换过程。B、C两相的控制方式相同，本实施例在此不作重复说明。
整个切换过程用时不到1/4周波，可以保证负载的不间断供电。当作为主电源的电网电压恢复正常时，固态切换开关经过2-3个周波的延时后（此延时时间可以由技术人员通过人机交互单元进行设置），封锁用于控制备用电源供电线路中各个晶闸管T2P、T2N导通的触发脉冲信号，并在各晶闸管T2P、T2N的电流过零时，切换到主电源为负载继续供电。
本实施例的主控制器可以采用DSP数字信号处理器设计实现，通过采用可靠的电压检测方法和晶闸管的端电压极性检测方法，并配合全新的切换控制策略，不仅有效防止了环流的产生，而且在保证电网安全运行的基础上，确保了负载（特别是敏感负载）的不间断正常运行。
当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种固态切换开关，连接在为负载提供交流供电的多路交流电源的供电线路中，用于在多路交流电源之间进行切换，其特征在于：包括电压检测装置、主控制器和多组分别由两个晶闸管反向并联组成的开关单元；所述电压检测装置用于检测每一路交流电源的电压值，并输出电压检测值至所述的主控制器，所述主控制器根据接收到的电压检测值生成用于控制晶闸管通断的触发信号；所述开关单元一一对应地串联在每一路交流电源的供电线路中，其晶闸管的控制极连接主控制器，接收主控制器输出的触发信号，以进行供电线路的切换。
2.根据权利要求1所述的固态切换开关，其特征在于：在所述多路交流电源中包含有一路主电源和至少一路备用电源，首先触发连接在主电源供电线路中的各路晶闸管导通，利用主电源为负载供电；通过电压检测装置检测主电源的电压，若主电源的电压幅值发生暂降且低于负载所允许的电源最低门限值时，则主控制器停止向主电源供电线路中的晶闸管发送触发信号，转而控制连接在其中一路备用电源供电线路中的晶闸管导通，切换至备用电源为负载供电；当电压检测装置检测到主电源的供电恢复时，则重新控制主电源供电线路中的晶闸管导通，备用电源供电线路中的晶闸管关断，切换至主电源为负载供电；若在主电源的供电恢复前，当前为负载供电的备用电源的电压幅值发生暂降且低于负载所允许的电源最低门限值时，则主控制器控制开关单元切换至其他备用电源为负载供电。
3.根据权利要求2所述的固态切换开关，其特征在于：在所述每一路交流电源的每一条电源线中均串联有一组所述的开关单元。
4.根据权利要求3所述的固态切换开关，其特征在于：在所述每一路交流电源与负载的供电线路中均连接有用于对交流电源进行电流检测的电流检测装置，所述电流检测装置输出电流检测信号至所述的主控制器。
5.根据权利要求3所述的固态切换开关，其特征在于：所述的交流电源均为三相电源，利用电压检测装置对当前为负载供电的交流电源的每一路相电压 
、
、
进行检测，输出至主控制器，利用三相电压到d-q轴的变换关系式：
6.根据权利要求3所述的固态切换开关，其特征在于：所述的交流电源均为单相交流电源，利用电压检测装置对当前为负载供电的交流电源的火线电压
进行检测，并输出至主控制器；所述主控制器采用求导法由单相电压
构造出虚拟的三相电压，即
利用三相电压到d-q轴的变换关系式：
，计算出
、
，进而代入公式
计算出基波有效值的瞬时值，将
与负载的电源最低门限值进行比较，以判断是否进行交流电源的切换操作；其中，变量因子矢量C为：
7.根据权利要求3至6中任一项所述的固态切换开关，其特征在于：当所述的主电源与备用电源同步时，所述主控制器在检测到主电源的电压幅值降低到负载的电源最低门限值以下时，首先停止向连接在主电源的各相电源线中的晶闸管发送触发信号，然后通过电压检测装置对各路所述的晶闸管的端电压进行极性检测，若端电压为正极性，则向连接在备用电源的同相电源线中的正向晶闸管发送触发信号，待主电源线路中的晶闸管的电流过零时，再向连接在备用电源的同相电源线中的反向晶闸管发送触发信号；若端电压为负极性，则首先向连接在备用电源的同相电源线中的反向晶闸管发送触发信号，待主电源线路中的晶闸管的电流过零时，再向连接在备用电源的同相电源线中的正向晶闸管发送触发信号。
8.根据权利要求7所述的固态切换开关，其特征在于：所述备用电源由逆变器根据主电源的相位逆变生成。
9.根据权利要求3至6中任一项所述的固态切换开关，其特征在于：当所述的主电源与备用电源不同步时，所述主控制器在检测到主电源的电压幅值降低到负载的电源最低门限值以下时，首先停止向连接在主电源的各相电源线中的晶闸管发送触发信号，然后通过电压检测装置对各路所述的晶闸管的端电压进行极性检测；若端电压为正极性/负极性，检测流过所述晶闸管的电流是否降低到零，若降低到零，则向连接在备用电源的同相电源线中的正向、反向两个晶闸管发送触发信号；若在电流降低到零之前，备用电源变成与主电源同相，则向连接在备用电源的同相电源线中的正向晶闸管/反向晶闸管发送触发信号，待主电源线路中的晶闸管的电流过零时，再向连接在备用电源的同相电源线中的反向晶闸管/正向晶闸管发送触发信号。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的固态切换开关，其特征在于：在所述固态切换开关中还设置有人机交互单元，连接所述的主控制器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012100014984A CN102570590A (zh) | 2012-01-05 | 2012-01-05 | 固态切换开关 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012100014984A CN102570590A (zh) | 2012-01-05 | 2012-01-05 | 固态切换开关 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102570590A true CN102570590A (zh) | 2012-07-11 |
Family
ID=46415297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2012100014984A Pending CN102570590A (zh) | 2012-01-05 | 2012-01-05 | 固态切换开关 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102570590A (zh) |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102916482A (zh) * | 2012-11-05 | 2013-02-06 | 安徽国科电力设备有限公司 | 一种低压切换电路 |
| CN104362734A (zh) * | 2014-11-19 | 2015-02-18 | 国家电网公司 | 一种电源系统切换装置及其方法 |
| CN104600834A (zh) * | 2015-02-11 | 2015-05-06 | 深圳市金优科技有限公司 | 一种应急供电电路及供电线路转换方法 |
| CN104901417A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-09-09 | 核工业理化工程研究院 | 基于快速晶闸管开关的供电切换装置 |
| CN105244997A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-13 | 国家电网公司 | 一种采集终端双电源切换装置 |
| CN105262205A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-20 | 国家电网公司 | 采集终端双电源切换控制电路 |
| CN106099910A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-11-09 | 中国农业大学 | 三相交流电源切换电路及其驱动方法、电源切换装置 |
| CN108039770A (zh) * | 2018-01-15 | 2018-05-15 | 郑州云海信息技术有限公司 | 一种服务器电源适配器和电池供电无缝切换方法及电路 |
| CN108616133A (zh) * | 2016-12-09 | 2018-10-02 | 国网北京市电力公司 | 一种储能装置及其控制方法 |
| CN108933475A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-12-04 | 四川航电微能源有限公司 | 一种双母线供电无缝切换装置及其控制方法 |
| CN109428387A (zh) * | 2017-08-31 | 2019-03-05 | 西门子电力自动化有限公司 | 快速切换装置的防误起动方法、装置与机器可读存储介质 |
| CN110311466A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-10-08 | 武汉腾江电气制造有限公司 | 铁路通信基站双电源系统、控制方法、设备及存储介质 |
| CN110635565A (zh) * | 2019-10-31 | 2019-12-31 | 广州供电局有限公司 | 双电源切换装置和双电源切换控制方法 |
| CN111520061A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-08-11 | 深圳市研智电气技术有限公司 | 一种库门启闭电气控制装置及其控制方法 |
| CN111969707A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-11-20 | 北京达佳互联信息技术有限公司 | 供电装置 |
| CN112366701A (zh) * | 2020-11-04 | 2021-02-12 | 合肥联信电源有限公司 | 一种静态开关的并联方法 |
| CN112436597A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-02 | 国家电网有限公司 | 电源切换方法及装置 |
| CN114123462A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-03-01 | 广州发展鳌头能源站有限公司 | 一种自动切换电源的变频器系统 |
| CN114759566A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-15 | 普世通（北京）电气有限公司 | 一种电网电压恢复装置及其控制方法 |
| CN116154948A (zh) * | 2023-04-17 | 2023-05-23 | 安徽凯民电力技术有限公司 | 一种中压系统抗晃电快速切换系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101453106A (zh) * | 2007-11-30 | 2009-06-10 | 北京市电力公司 | 固态切换开关、晶闸管阀体及其强迫切换方法 |
| CN101944764A (zh) * | 2009-07-07 | 2011-01-12 | 天津市电力公司 | 一种基于晶闸管强迫换流的双路电源切换装置 |
| CN202424301U (zh) * | 2012-01-05 | 2012-09-05 | 青岛经济技术开发区创统科技发展有限公司 | 一种固态切换开关 |
-
2012
- 2012-01-05 CN CN2012100014984A patent/CN102570590A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101453106A (zh) * | 2007-11-30 | 2009-06-10 | 北京市电力公司 | 固态切换开关、晶闸管阀体及其强迫切换方法 |
| CN101944764A (zh) * | 2009-07-07 | 2011-01-12 | 天津市电力公司 | 一种基于晶闸管强迫换流的双路电源切换装置 |
| CN202424301U (zh) * | 2012-01-05 | 2012-09-05 | 青岛经济技术开发区创统科技发展有限公司 | 一种固态切换开关 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 赵国亮等: "一种无时延的改进d-q变换在动态电压扰动识别中的应用", 《电网技术》 * |
Cited By (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102916482B (zh) * | 2012-11-05 | 2015-08-12 | 安徽国科电力设备有限公司 | 一种低压切换电路 |
| CN102916482A (zh) * | 2012-11-05 | 2013-02-06 | 安徽国科电力设备有限公司 | 一种低压切换电路 |
| CN104362734A (zh) * | 2014-11-19 | 2015-02-18 | 国家电网公司 | 一种电源系统切换装置及其方法 |
| CN104600834A (zh) * | 2015-02-11 | 2015-05-06 | 深圳市金优科技有限公司 | 一种应急供电电路及供电线路转换方法 |
| CN104901417A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-09-09 | 核工业理化工程研究院 | 基于快速晶闸管开关的供电切换装置 |
| CN105244997A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-13 | 国家电网公司 | 一种采集终端双电源切换装置 |
| CN105262205A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-20 | 国家电网公司 | 采集终端双电源切换控制电路 |
| CN106099910A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-11-09 | 中国农业大学 | 三相交流电源切换电路及其驱动方法、电源切换装置 |
| CN106099910B (zh) * | 2016-06-17 | 2018-08-07 | 中国农业大学 | 三相交流电源切换电路及其驱动方法、电源切换装置 |
| CN108616133A (zh) * | 2016-12-09 | 2018-10-02 | 国网北京市电力公司 | 一种储能装置及其控制方法 |
| CN109428387A (zh) * | 2017-08-31 | 2019-03-05 | 西门子电力自动化有限公司 | 快速切换装置的防误起动方法、装置与机器可读存储介质 |
| CN108039770A (zh) * | 2018-01-15 | 2018-05-15 | 郑州云海信息技术有限公司 | 一种服务器电源适配器和电池供电无缝切换方法及电路 |
| CN108933475A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-12-04 | 四川航电微能源有限公司 | 一种双母线供电无缝切换装置及其控制方法 |
| CN110311466A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-10-08 | 武汉腾江电气制造有限公司 | 铁路通信基站双电源系统、控制方法、设备及存储介质 |
| CN110635565A (zh) * | 2019-10-31 | 2019-12-31 | 广州供电局有限公司 | 双电源切换装置和双电源切换控制方法 |
| CN111520061A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-08-11 | 深圳市研智电气技术有限公司 | 一种库门启闭电气控制装置及其控制方法 |
| CN111969707B (zh) * | 2020-07-01 | 2022-07-08 | 北京达佳互联信息技术有限公司 | 供电装置 |
| CN111969707A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-11-20 | 北京达佳互联信息技术有限公司 | 供电装置 |
| CN112366701A (zh) * | 2020-11-04 | 2021-02-12 | 合肥联信电源有限公司 | 一种静态开关的并联方法 |
| CN112366701B (zh) * | 2020-11-04 | 2024-05-10 | 合肥联信电源有限公司 | 一种静态开关的并联方法 |
| CN112436597A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-02 | 国家电网有限公司 | 电源切换方法及装置 |
| CN114123462A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-03-01 | 广州发展鳌头能源站有限公司 | 一种自动切换电源的变频器系统 |
| CN114759566A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-15 | 普世通（北京）电气有限公司 | 一种电网电压恢复装置及其控制方法 |
| CN114759566B (zh) * | 2022-04-19 | 2023-01-24 | 普世通（北京）电气有限公司 | 一种电网电压恢复装置及其控制方法 |
| CN116154948A (zh) * | 2023-04-17 | 2023-05-23 | 安徽凯民电力技术有限公司 | 一种中压系统抗晃电快速切换系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102570590A (zh) | 固态切换开关 | |
| CN202424301U (zh) | 一种固态切换开关 | |
| CN106033891B (zh) | 一种低压负荷并行在线自动换相装置及其操作方法 | |
| CN105552962B (zh) | 微电网系统及其控制方法 | |
| CN105720595B (zh) | 一种三相负荷不平衡调整装置 | |
| CN103066684A (zh) | 高压直流供电系统 | |
| CN102882268A (zh) | 无扰动不间断供电装置 | |
| CN104485734A (zh) | 一种三相交流复合型静态转换开关 | |
| CN104362665A (zh) | 一种微电网离网切换到并网的控制系统及控制方法 | |
| CN104505931B (zh) | 一种逆变电源用直流双电源转换开关 | |
| CN104410165B (zh) | 一种微网间互联的方法及系统 | |
| CN103401259A (zh) | 一种储能系统无缝切换控制方法 | |
| CN103633728A (zh) | 交流备援电源系统 | |
| CN204721088U (zh) | 一种ups旁路逆变切换装置 | |
| CN107276106B (zh) | 一种低压选相平衡系统及其工作方法 | |
| CN211089218U (zh) | 大容量高可靠快速电源切换装置 | |
| CN101562353B (zh) | 一种工频电源与变频电源在线相互切换控制装置 | |
| CN104600834A (zh) | 一种应急供电电路及供电线路转换方法 | |
| CN204597623U (zh) | 一种固态切换开关 | |
| CN104242439B (zh) | 一种交直流无延时切换方法及切换系统 | |
| CN205666679U (zh) | 一种旁路自动切换型的ups | |
| JP6341791B2 (ja) | 単独運転検出装置および単独運転検出方法ならびに、単独運転検出用の制御装置および分散型電源装置 | |
| CN205583706U (zh) | 一种三相负荷不平衡调整装置 | |
| CN103986137B (zh) | 一种多功能限流器的新型自故障恢复系统及其控制方法 | |
| CN206992708U (zh) | 一种低压选相平衡装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120711 |