CN103730945B - 电源快速切换方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电源快速切换方法及系统，该电源快速切换方法包括：A.接收切换起动判断模块传入的切换起动信号；B.判断快速切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行步骤C。本发明的有益效果是在本发明中，通过快切装置各段间的相互配合，以及联切功能与快速切换的配合，使得快速切换装置可以适应各种复杂的母线负载情况，达到更好的切换效果；而且快速切换合闸判断时采用合闸相位差取代当前相位差进行判断，准确把握合闸相位差在允许值范围之内，使得切换更加快速安全，避免设备受损害。
Description
技术领域
本发明涉及电源领域，尤其涉及电源快速切换方法及系统。
背景技术
一般而言，常用快速切换方式的合闸判据为：Δθ<Δθset且Δf<Δfset。上式中Δθ为衰减的母线残压与备用电源电压之间的当前相位差，Δθset为相位差定值，Δf为衰减的母线残压与备用电源电压之间的当前频率差，Δfset为频率差定值。这种合闸判据方式是根据当前相位差Δθ小于某个定值Δθset，从而判断是否符合快切条件，但快切装置从发合闸命令到开关真正合上的时刻还是存在一小段时间，这一小段时间包括快切装置出口动作时间和断路器合闸时间，由于母线残压与备用电源存在频率差，使得相位差有新的变化，所以当前相位差满足条件并不代表开关合上时相位差也满足条件。采用这种方式判断相位差，有可能造成合闸相位差超过允许值，造成设备受到损害，或者在能够合闸时没有合闸，错失合闸时机。
快切方式一般分为快速切换、实时快速切换、同期捕捉切换、残压切换及长延时切换等方式，快速切换方式是母线工作电源失去后，当频差和相位差均在设定范围内时，立即发出备用开关合闸脉冲，完成备用电源的快速切换；实时快速切换是指当快速切换方式不满足条件，则进入实时快速切换方式，这种方式主要应用于负载为异步电机的情况，对异步电机来说，只要合上备用电源时施加在电动机上的电压不超过耐受电压，那么异步电动机就是安全的。同期捕捉切换是指快速切换方式及实时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度后，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。残压切换是当母线残压衰减到低于设定值时合上备用电源，一般设定值为20%～40%。长延时切换是在发出切换指令后经过一定的延时合上备用电源的切换方式。
当母线负载较为复杂时，例如同时包含发电机、同步电机、异步电机的情况下，由于各类负载允许的合闸相位差、频率差、电压差的差异较大，如果采用“快速切换+同期捕捉切换”没有“实时快速切换”，就会碰到“快速切换”不成功又无法进入“实时快速切换”，则异步电机无法快速供电；如果采用“快速切换+实时快速切换+同期捕捉切换”没有“联切功能”也会造成母线负载复杂时无法兼顾各类负载。所谓“联切功能”是指自动切除母线上的发电机、同步电机等合闸条件要求较为严格的负载。上述各类的切换方式存在于各类厂家快切装置中，因此需要找到一种新组合方式，使得切换过程成为一个有机整体，更好的应用于现场。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种电源快速切换方法。
本发明提供了一种电源快速切换方法，包括如下步骤：
A.接收切换起动判断模块传入的切换起动信号；
B.判断快速切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行步骤C;
C.判断是否超过快速切换窗口时间，若是，那么执行步骤D，否则返回执行步骤B；
D.进行联切动作，切除母线上合闸条件要求严格的负载；
E.判断实时快速切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行步骤F；
F.判断是否超过实时快速切换窗口时间，若是，那么执行步骤G，否则返回执行步骤E；
G.判断同期捕捉切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行步骤H；
H.判断是否超过同期捕捉切换窗口时间，若是，那么执行步骤I，否则返回执行步骤G；
I.进行长延时切换或残压切换；执行步骤I后，进行切换动作，完成切换。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤C中，快速切换窗口时间为母线残压相对于备用电源第一次反相位之前。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤D中，所述负载包括母线上的发电机、同步电机。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤F中，实时快速切换窗口时间为母线残压相对于备用电源第二次反相位之前；在所述步骤H中，同期捕捉切换窗口时间为母线残压相对于备用电源第二次反相位之前。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤B、E中，快速切换、实时快速切换设置为三段，分别为快速切换一段、快速切换二段、快速切换三段，各段的合闸判断条件均为：Ures>Uset、且Δf<Δfset、且ΔUforecase<ΔUset、且Δθforecase在允许范围值内，所述Ures为当前母线残压幅值，Uset为母线残压定值；Δf为母线残压与备用电源电压之间的当前频率差，Δfset为频率差定值；ΔUforecase为根据备用电源开关合闸时间预测出的母线残压矢量与备用电源电压矢量之间的合闸电压矢量差，ΔUset为电压差定值；Δθforecase为根据备用电源开关合闸时间预测出的母线残压与备用电源电压之间的合闸相位差。
本发明还提供了一种电源快速切换系统，包括：
接收模块：用于接收切换起动判断模块传入的切换起动信号；
快速切换条件判断模块：用于判断快速切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行快速切换窗口时间判断模块;
快速切换窗口时间判断模块：判断是否超过快速切换窗口时间，若是，那么执行步骤联切模块，否则返回执行快速切换条件判断模块；
联切模块：用于进行联切动作，切除母线上合闸条件要求严格的负载；
实时快速切换判断模块：用于决断实时快速切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行实时快速切换窗口时间判断模块；
实时快速切换窗口时间判断模块：用于判断是否超过实时快速切换窗口时间，若是，那么执行同期捕捉切换判断模块，否则返回执行实时快速切换判断模块；
同期捕捉切换判断模块：用于判断同期捕捉切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行同期捕捉切换窗口时间判断模块；
同期捕捉切换窗口时间判断模块：用于判断是否超过同期捕捉切换窗口时间，若是，那么执行步骤I，否则返回执行同期捕捉切换判断模块；
备用选择切换模块：用于进行长延时切换或残压切换。
作为本发明的进一步改进，在所述快速切换窗口时间判断模块中，快速切换窗口时间为母线残压相对于备用电源第一次反相位之前。
作为本发明的进一步改进，在所述联切模块中，所述负载包括母线上的发电机、同步电机。
作为本发明的进一步改进，在所述实时快速切换窗口时间判断模块中，实时快速切换窗口时间为母线残压相对于备用电源第二次反相位之前；在所述同期捕捉切换窗口时间判断模块中，同期捕捉切换窗口时间为母线残压相对于备用电源第二次反相位之前。
作为本发明的进一步改进，快速切换、实时快速切换设置为三段，分别为快速切换一段、快速切换二段、快速切换三段，各段的合闸判断条件均为：Ures>Uset、且Δf<Δfset、且ΔUforecase<ΔUset、且Δθforecase在允许范围值内，所述Ures为当前母线残压幅值，Uset为母线残压定值；Δf为母线残压与备用电源电压之间的当前频率差，Δfset为频率差定值；ΔUforecase为根据备用电源开关合闸时间预测出的母线残压矢量与备用电源电压矢量之间的合闸电压矢量差，ΔUset为电压差定值；Δθforecase为根据备用电源开关合闸时间预测出的母线残压与备用电源电压之间的合闸相位差。
本发明的有益效果是：在本发明中，通过快速切换各段间的相互配合，以及联切功能与快速切换的配合，使得快速切换装置可以适应各种复杂的母线负载情况，达到更好的切换效果。
附图说明
图1是本发明的电源快速切换方法流程图。
图2是本发明的衰减的母线残压矢量轨迹图。
图3是本发明的快速切换一段合闸判断逻辑框图。
图4是本发明的快速切换二段合闸判断逻辑框图。
图5是本发明的快速切换三段合闸判断逻辑框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种电源快速切换方法，包括如下步骤：
步骤S1：接收切换起动判断模块传入的切换起动信号；
步骤S2：判断快速切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行步骤S3;
步骤S3：判断是否超过快速切换窗口时间，若是，那么执行步骤S4，否则返回执行步骤S2；
步骤S4：进行联切动作，切除母线上合闸条件要求严格的负载，防止后面断路器合闸时对这些负载造成冲击；
步骤S5：判断实时快速切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行步骤S6，当异步电机错过“快速切换”阶段时，就能通过“实时快速切换”阶段将异步电动机快速投入到电网中；
步骤S6：判断是否超过实时快速切换窗口时间，若是，那么执行步骤S7，否则返回执行步骤S5；
步骤S7：判断同期捕捉切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行步骤S8；“同期捕捉切换”由于母线残压和备用电源电压同相位，备用电源合上时冲击电流较小，不会对设备及系统造成危害。当“快速切换”和“实时快速切换”不成功时，“同期捕捉切换”是最佳的后备切换方式。
步骤S8：判断是否超过同期捕捉切换窗口时间，若是，那么执行步骤S9，否则返回执行步骤S7；
步骤S9：进行长延时切换或残压切换；执行步骤S9后，进行切换动作，完成切换。
在所述步骤S3中，快速切换窗口时间为母线残压相对于备用电源第一次反相位之前。在所述步骤S6中，实时快速切换窗口时间为母线残压相对于备用电源第二次反相位之前；在所述步骤S8中，同期捕捉切换窗口时间为母线残压相对于备用电源第二次反相位之前。
在所述步骤S4中，所述负载包括母线上的发电机、同步电机。进行切换动作时，分合对应的断路器。
在本发明中，快速切换各段之间配合紧密，并优化了快速切换判断条件，从而在复杂情况下仍能安全快速的实现备用电源切换。
当快切装置发出合闸命令到断路器开关真正合上的时刻这一小段时间内，由于本发明相位差采用备用电源开关合闸时间预测出的合闸相位差Δθforecase进行判断，要求备用电源投入瞬间的相位差Δθforecase小于某个值，即根据备用电源开关合闸时间预测出的合闸相位差Δθforecase应小于某个值，从而避免了由于母线残压和备用电源存在频率差使得相位差不准确。这样就能准确判断合闸相位差在允许值范围之内，使负载免受损害，更好的把握合闸时机。
针对母线负载较为复杂的情况，本发明切换方式采用“快速切换+联切+实时快速切换+同期捕捉切换+长延时切换/残压切换”，整个过程为一个有机的整体，具体过程如图1所示。
如图2所示，在本发明中，将快速切换、实时快速切换设置为三段，分别为快速切换一段、快速切换二段、快速切换三段，并且设置两段联切功能，与快速切换各段进行配合。
快速切换各段的合闸判断条件均为：Ures>Uset，且Δf<Δfset，且ΔUforecase<ΔUset，且Δθforecase在允许范围内，各段定值均独立整定。
上式中，Ures为当前母线残压幅值，Uset为母线残压定值；Δf为母线残压与备用电源电压之间的当前频率差，Δfset为频率差定值；ΔUforecase为根据备用电源开关合闸时间预测出的母线残压矢量与备用电源电压矢量之间的合闸电压矢量差，ΔUset为电压差定值；Δθforecase为根据备用电源开关合闸时间预测出的母线残压与备用电源电压之间的合闸相位差，假设三段的相位差定值分别为Δθset1、Δθset2、Δθset3，则快速切换一段的Δθforecase允许范围为0°～Δθset1，快速切换二段的Δθforecase允许范围为Δθset1～Δθset2，快速切换三段的Δθforecase允许范围为Δθset2～Δθset3和360°-Δθset3～360°。
母线负载先按照合闸要求的严格程度分为Ⅰ类负载（如发电机）、Ⅱ类负载（如同步电机）、Ⅲ类负载（如异步电机），Ⅰ类负载的合闸条件比Ⅱ类负载严格，Ⅱ类负载的合闸条件比Ⅲ类负载严格。快速切换一段的定值整定为满足Ⅰ类负载的合闸要求，此时也能够满足Ⅱ类负载和Ⅲ类负载的合闸要求；快速切换二段的定值整定为满足Ⅱ类负载的合闸要求，此时也能够满足Ⅲ类负载的合闸要求；快速切换三段的定值整定为满足Ⅲ类负载的合闸要求。当快速切换一段合闸条件不满足时，联切一段动作，切除母线上的Ⅰ类负载，防止合闸时造成Ⅰ类负载损害；当快速切换二段合闸条件不满足时，联切二段动作，切除母线上的Ⅱ类负载，防止合闸时造成Ⅱ类负载损害。
在本发明中，快切装置合闸判断时采用合闸相位差Δθforecast取代当前相位差Δθ进行判断，准确把握合闸相位差在允许值范围之内，使得切换更加快速安全，避免设备受损害；通过快速切换各段间的相互配合，以及联切功能与快速切换的配合，使得快速切换装置可以适应各种复杂的母线负载情况，达到更好的切换效果。
在本发明中，快速切换各段均设置四个定值：母线残压定值Uset、频率差定值Δfset、电压差定值ΔUset、相位差定值Δθset，各段定值均独立整定。
如图2所示，快速切换一段、二段、三段的合闸相位差Δθforecast的允许范围相互衔接、互不重叠，各段组成一个紧密的整体。
定值设置时，快速切换一段设置为满足Ⅰ类负载（如发电机）的合闸要求，快速切换二段设置为满足Ⅱ类负载（如同步电机）的合闸要求，快速切换三段设置为满足Ⅲ类负载（如异步电机）的合闸要求。合闸判断时，如果发现快速切换一段条件不满足，则联切一段动作，跳开母线上的Ⅰ类负载；如果发现快速切换二段条件不满足，则联切二段动作，跳开母线上的Ⅱ类负载。
图3中绘制了快速切换一段合闸判断逻辑，由于快速切换一段设置为满足Ⅰ类负载（如发电机）的合闸条件，因此可以将快速切换一段母线残压定值Uset1范围60%Un-90%Un，推荐85%Un（Un为母线额定电压），频率差定值Δfset1范围0.10Hz-3.00Hz，推荐1.0Hz，电压差定值ΔUset1范围80%Un～120%Un推荐100%Un，相位差定值Δθset1范围0.5°-65.0°，推荐20.0°。
图4中绘制了快速切换二段合闸判断逻辑，由于快速切换二段设置为满足Ⅱ类负载（如同步电机）的合闸条件，因此可以将快速切换二段母线残压定值Uset2范围10%Un-80%Un，推荐60%Un，频率差定值Δfset2范围0.10Hz-10.00Hz，推荐1.0Hz，电压差定值ΔUset2范围90%Un-140%Un，推荐110%Un，相位差定值Δθset2范围10.0°-85.0°，推荐60.0°。
图5中绘制了快速切换三段合闸判断逻辑，由于快速切换三段设置为满足Ⅲ类负载（如异步电机）的合闸条件，因此可以将快速切换三段母线残压定值Uset3范围10%Un-80%Un，推荐60%Un，频率差定值Δfset3范围1.00Hz-15.00Hz，推荐10.0Hz，电压差定值ΔUset3范围90%Un-140%Un，推荐110%Un，相位差定值Δθset3范围60.0°-180.0°，推荐90.0°。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种电源快速切换方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.接收切换起动判断模块传入的切换起动信号；
B.判断快速切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行步骤C；
C.判断是否超过快速切换窗口时间，若是，那么执行步骤D，否则返回执行步骤B；
D.进行联切动作，切除母线上合闸条件要求严格的负载；
E.判断实时快速切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行步骤F；
F.判断是否超过实时快速切换窗口时间，若是，那么执行步骤G，否则返回执行步骤E；
G.判断同期捕捉切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行步骤H；
H.判断是否超过同期捕捉切换窗口时间，若是，那么执行步骤I，否则返回执行步骤G；
I.进行长延时切换或残压切换；执行步骤I后，进行切换动作，完成切换；在所述步骤C中，快速切换窗口时间为母线残压相对于备用电源第一次反相位之前。
2.根据权利要求1所述的电源快速切换方法，其特征在于，在所述步骤D中，所述负载包括母线上的发电机、同步电机。
3.根据权利要求1所述的电源快速切换方法，其特征在于，在所述步骤F中，实时快速切换窗口时间为母线残压相对于备用电源第二次反相位之前；在所述步骤H中，同期捕捉切换窗口时间为母线残压相对于备用电源第二次反相位之前。
4.根据权利要求1至3任一项所述的电源快速切换方法，其特征在于，在所述步骤B、E中，快速切换、实时快速切换设置为三段，分别为快速切换一段、快速切换二段、快速切换三段，各段的合闸判断条件均为：Ures>Uset、且Δf<Δfset、且ΔUforecase<ΔUset、且Δθforecase在允许范围值内，所述Ures为当前母线残压幅值，Uset为母线残压定值；Δf为母线残压与备用电源电压之间的当前频率差，Δfset为频率差定值；ΔUforecase为根据备用电源开关合闸时间预测出的母线残压矢量与备用电源电压矢量之间的合闸电压矢量差，ΔUset为电压差定值；Δθforecase为根据备用电源开关合闸时间预测出的母线残压与备用电源电压之间的合闸相位差。
5.一种电源快速切换系统，其特征在于，包括：
接收模块：用于接收切换起动判断模块传入的切换起动信号；
快速切换条件判断模块：用于判断快速切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行快速切换窗口时间判断模块；
快速切换窗口时间判断模块：判断是否超过快速切换窗口时间，若是，那么执行步骤联切模块，否则返回执行快速切换条件判断模块；
联切模块：用于进行联切动作，切除母线上合闸条件要求严格的负载；
实时快速切换判断模块：用于决断实时快速切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行实时快速切换窗口时间判断模块；
实时快速切换窗口时间判断模块：用于判断是否超过实时快速切换窗口时间，若是，那么执行同期捕捉切换判断模块，否则返回执行实时快速切换判断模块；
同期捕捉切换判断模块：用于判断同期捕捉切换条件是否满足，若是，那么进行切换动作，否则执行同期捕捉切换窗口时间判断模块；
同期捕捉切换窗口时间判断模块：用于判断是否超过同期捕捉切换窗口时间，若是，那么执行步骤I，否则返回执行同期捕捉切换判断模块；
备用选择切换模块：用于进行长延时切换或残压切换；
在所述快速切换窗口时间判断模块中，快速切换窗口时间为母线残压相对于备用电源第一次反相位之前。
6.根据权利要求5所述的电源快速切换系统，其特征在于，在所述联切模块中，所述负载包括母线上的发电机、同步电机。
7.根据权利要求5所述的电源快速切换系统，其特征在于，在所述实时快速切换窗口时间判断模块中，实时快速切换窗口时间为母线残压相对于备用电源第二次反相位之前；在所述同期捕捉切换窗口时间判断模块中，同期捕捉切换窗口时间为母线残压相对于备用电源第二次反相位之前。
8.根据权利要求5至7任一项所述的电源快速切换系统，其特征在于，快速切换、实时快速切换设置为三段，分别为快速切换一段、快速切换二段、快速切换三段，各段的合闸判断条件均为：Ures>Uset、且Δf<Δfset、且ΔUforecase<ΔUset、且Δθforecase在允许范围值内，所述Ures为当前母线残压幅值，Uset为母线残压定值；Δf为母线残压与备用电源电压之间的当前频率差，Δfset为频率差定值；ΔUforecase为根据备用电源开关合闸时间预测出的母线残压矢量与备用电源电压矢量之间的合闸电压矢量差，ΔUset为电压差定值；Δθforecase为根据备用电源开关合闸时间预测出的母线残压与备用电源电压之间的合闸相位差。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liu Dachuan Inventor after: Liu Jintao Inventor after: Wen Xianghui Inventor after: Chen Xinliang Inventor after: Xiao Sha Inventor after: Zhu Zhiwei Inventor after: Yang Huang Inventor after: Zeng Yaheng Inventor after: Zou Yangbing Inventor after: Zeng Lei Inventor after: Xia Hongchao Inventor after: Zhang Baogui Inventor after: Wang Xinhua Inventor after: Liu Yun Inventor after: Liu Jun Inventor after: Yuan Yu Inventor before: Liu Dachuan Inventor before: Liu Jintao Inventor before: Luo Dengwu Inventor before: Xu Quan Inventor before: Xiao Sha Inventor before: Xiao Zhi Inventor before: Ma Qiang Inventor before: Zhu Zhiwei Inventor before: Yang Huang Inventor before: Chang Jiang Inventor before: Zhen Zhao Inventor before: Xia Hongchao Inventor before: Dan Ding Inventor before: Zeng Yaheng Inventor before: Zeng Lei Inventor before: Zou Yangbing Inventor before: Zheng Shunqiao Inventor before: Liu Hongbo Inventor before: Liu Yun Inventor before: Yuan Yu Inventor before: Xiong Wuhui |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |