CN104362734A - 一种电源系统切换装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种电源系统切换装置及其方法，所述装置包括高速机械开关、电源、晶闸管阀体、接触器、负载、电流互感器和电压互感器；所述电源、电压互感器、高速机械开关、晶闸管阀体、接触器、负载和电流互感器依次连接；所述方法包括电源Ⅰ和电源Ⅱ正常状态、电源Ⅰ发生故障、电源Ⅰ故障恢复、电源Ⅱ发生故障和电源Ⅱ故障恢复的切换方法。本发明只在切换时阀体工作，减小了阀体长时工作需要的冷却设备。切换时需要的阀体由现有技术的3组减少为1组，而切换性能不受影响，极大的降低了成本和占地面积，提高了装置的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种切换装置，具体讲涉及一种电源系统切换装置及其方法。
背景技术
为了实现对负载的不间断供电，传统方法是采用备用电源自动投切装置把开关断路器将用户从故障线段切换到无故障的母线上去。中压和高压系统中一般采用的大多为机械切换开关(MTS)，这种机电开关本身固有的特性使得切换速度和暂态特性都不是十分理想，不可能做到“无缝”隙的切换。机械开关典型的切换时间在数秒～数十秒之间，对负载不可避免的发生切换断电，给负载带来不利影响。
简单的固态开关由两个反并联的晶闸管构成，将两组同样的固态开关分别接到主电源和备用电源上，就形成了固态切换开关。附图2所示为分裂母线式固态切换开关，即不同负载分别由两个独立的电源Ⅰ和Ⅱ供电。
正常运行情况下，触发晶闸管开关V1导通，电源Ⅰ向负载Ⅰ供电；触发晶闸管开关V2导通，电源Ⅱ向负载Ⅱ供电。V3接在负载Ⅰ和Ⅱ之间充当母联开关。电源Ⅰ需要断开时，撤销触发信号停止触发V1，那么在电流第一次过零时，晶闸管的将关断。触发导通晶闸管V3，则负载Ⅰ接通电源Ⅱ。这样就实现了负载Ⅰ供电的切换。同样，电源Ⅱ需要断开时，可实现相应的切换。晶闸管阀体导通比机械开关快，实现了电源的高速转移。
晶闸管在固态切换开关的运行过程中一直导通(正向和反向晶闸管各导通半个周波)，虽然晶闸管两端压降很小，但流过的负载电流却是比较大的，因此会产生很大的热量和损耗，必须采取一定的冷却措施。常见冷却方法包括水冷、油冷、风冷等。冷却设备势必增加系统的复杂性和运行维护的费用，降低了装置的效率和可靠性。
结合常规固态开关和高速机械开关的各自优点，就产生了基于混合式开关的固态切换开关(简称为混合式固态切换开关)。所谓混合式开关就是在原来的固态开关两侧并联高速机械开关(分闸速度5ms内，普通机械开关分、合闸时间长，不满足技术要求)。附图3为采用混合开关的分裂母线式固态切换开关。正常运行情况下，高速机械开关CB1导通电源Ⅰ向负载Ⅰ供电，晶闸管开关V1没有电流流过。高速机械开关CB2导通电源Ⅱ向负载Ⅱ供电，晶闸管开关V2没有电流流过。当电源Ⅰ需要断开时，高速机械开关CB1首先打开，产生的电弧电压可使其中的一只晶闸管处于正向偏置状态，从而可以触发导通相应的晶闸管,电流随即转移到V1支路，而晶闸管的导通也使电弧迅速熄灭。此后在适当的时机撤销触发信号，那么在电流第一次过零时，晶闸管的将关断。这时触发晶闸管V3，则负载Ⅰ接通电源Ⅱ，闭合并联的高速机械开关CB3，由于这时晶闸管还在导通，两端压降接近于零，高速机械开关的闭合也不会产生电弧，且晶闸管阀体导通比高速机械开关快，这样就实现了负载Ⅰ电源的高速转移。同样，电源Ⅱ需要断开时，可实现相应的切换。但该方案结构复杂，成本高、占地大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种新型快速电源系统切换装置拓扑结构及切换方法。其特点是使用1组阀体，运用高速机械开关和接触器的组合，改变阀体在电源Ⅰ、2，负载Ⅰ、2之间的接入位置，使得负载需要快速分开当前电源而接入另一电源时，能够实现另一电源的快速接入。而这种改变是在电源切换之前完成，不会占用切换时间。该拓扑的优点是不停电切换电源、可靠性高、损耗小、占地小、成本低。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种电源系统切换装置，其改进之处在于，所述装置包括高速机械开关、电源、晶闸管阀体、接触器、负载、电流互感器和电压互感器；
所述电源包括电源Ⅰ和电源Ⅱ，所述高速机械开关包括CB1、CB2、CB3和CB4，所述晶闸管阀体为晶闸管阀体V1，所述接触器包括C1和C2，所述负载包括负载Ⅰ和负载Ⅱ，所述电流互感器包括CT1和CT2，所述电压互感器包括PT1和PT2；
所述电源、电压互感器、高速机械开关、晶闸管阀体、接触器、负载和电流互感器依次连接；
所述高速机械开关CB1和CB2分别与电源Ⅰ和电源Ⅱ相连；
所述晶闸管阀体V1的一端通过开关CB3接电源Ⅰ，同时通过接触器C2接负载Ⅱ；
所述晶闸管阀体V1的另一端通过开关CB4接电源Ⅱ，同时通过接触器C1接负载Ⅰ。
优选的，所述电源Ⅰ通过CB1连接负载Ⅰ，所述电源Ⅱ通过CB2连接负载Ⅱ，所述晶闸管阀体V1通过C1，C2连接负载Ⅰ和负载Ⅱ两端。
优选的，所述电源Ⅱ通过晶闸管阀体V1连接负载Ⅰ，所述电源Ⅱ通过CB4连接负载Ⅰ，所述晶闸管阀体V1通过CB3和C1接入电源Ⅰ和负载Ⅰ之间。
优选的，所述电源Ⅰ通过晶闸管阀体连接负载Ⅰ，所述电源Ⅱ通过CB1连接负载Ⅰ，所述晶闸管阀体V1通过C1和C2接入到负载Ⅰ和负载Ⅱ之间。
优选的，所述电源Ⅰ通过晶闸管阀体连接负载Ⅱ，所述电源Ⅰ通过CB3连接负载Ⅰ，所述晶闸管阀体V1通过CB4和C2接入电源Ⅱ和负载Ⅱ之间。
优选的，所述电源Ⅱ通过晶闸管阀体连接负载Ⅱ，所述电源Ⅱ通过CB2连接负载Ⅰ，所述闸管阀体V1通过C1和C2接入负载Ⅰ和负载Ⅱ之间。
优选的，采用的接触器C1，接触器C2，可用普通断路器或者高速机械开关代替；晶闸管阀体V1可用串联式IGBT阀体或其他半导体开关代替。
本发明基于另一目的提供的一种电源系统切换方法，其特征在于，所述方法包括电源Ⅰ和电源Ⅱ正常状态、电源Ⅰ发生故障、电源Ⅰ故障恢复、电源Ⅱ发生故障和电源Ⅱ故障恢复的切换方法。
优选的，所述电源Ⅰ和电源Ⅱ正常状态的切换方法包括
(9.1)当电源Ⅰ和电源Ⅱ正常；
(9.2)电源Ⅰ通过CB1给负载Ⅰ供电；
(9.3)电源Ⅱ通过CB2给负载Ⅱ供电；
(9.4)接触器C1，C2闭合；
(9.5)晶闸管阀体V1通过C1，C2接在负载Ⅰ，负载Ⅱ两端，晶闸管阀体V1不导通。
优选的，所述电源Ⅰ发生故障的切换方法包括
(10.1)当电源Ⅰ发生故障后，CB1分开；
(10.2)根据电压方向触发晶闸管阀体V1某一方向晶闸管，当晶闸管阀体支路电流为零后，触发正反向晶闸管，晶闸管阀体V1导通；
(10.3)电源Ⅱ通过晶闸管阀体V1给负载Ⅰ供电；
(10.4)CB4完全合闸后，停止触发V1；
(10.5)电源Ⅱ通过CB4给负载Ⅰ供电，接触器C2分开；
(10.6)CB3合闸，晶闸管阀体V1通过CB3和C1接入电源Ⅰ和负载Ⅰ之间。
优选的，所述电源Ⅰ故障恢复的切换方法包括
(11.1)当电源Ⅰ故障恢复后，CB4分开；
(11.2)根据电压方向触发晶闸管阀体V1某一方向晶闸管，当晶闸管阀体支路电流为零后，触发正反晶闸管，晶闸管阀体V1导通；
(11.3)电源Ⅰ通过晶闸管阀体给负载Ⅰ供电；
(11.4)CB1完全合闸后，停止触发V1，电源Ⅱ通过CB1给负载Ⅰ供电；
(11.5)CB3分闸，接触器C2合闸，晶闸管阀体V1通过C1和C2重新接入到负载Ⅰ和负载Ⅱ之间。
优选的，所述电源Ⅱ发生故障的切换方法包括
(12.1)当电源Ⅱ发生故障后，CB2分开；
(12.2)根据电压方向触发晶闸管阀体V1某一方向晶闸管，当晶闸管阀体支路电流为零后，触发正反晶闸管，晶闸管阀体V1导通；
(12.3)电源Ⅰ通过晶闸管阀体给负载Ⅱ供电；
(12.4)CB3完全合闸后，停止触发V1；
(12.5)电源Ⅰ通过CB3给负载Ⅰ供电；
(12.6)接触器C1分开，CB4合闸，晶闸管阀体V1通过CB4和C2接入电源Ⅱ和负载Ⅱ之间。
优选的，所述电源Ⅱ故障恢复的切换方法包括
(13.1)当电源Ⅱ故障恢复后，CB3分开；
(13.2)根据电压方向触发晶闸管阀体V1某一方向晶闸管，当晶闸管阀体支路电流为零后，触发正反晶闸管，晶闸管阀体V1导通；
(13.3)电源Ⅱ通过晶闸管阀体给负载Ⅱ供电；
(13.4)CB2完全合闸后，停止触发V1，电源Ⅱ通过CB2给负载Ⅰ供电；
(13.5)CB4分闸，接触器C1合闸，晶闸管阀体V1通过C1和C2重新接入负载Ⅰ和负载Ⅱ之间。
与现有技术比，本发明的有益效果为：
本发明相较现有技术有以下优点，长时间运行由开关工作，只在切换时阀体工作，减小了阀体长时工作需要的冷却设备。切换时需要的阀体由现有技术的3组减少为1组，而切换性能不受影响，极大的降低了成本和占地面积，提高了装置的可靠性。
附图说明
图1为本发明提供的一种电源系统切换装置流程图。
图2为本发明提供的分裂母线式固态切换开关示意图。
图3为本发明提供的采用混合开关的分裂母线式固态切换开关示意图。
图4为本发明提供的电源Ⅰ发生故障的切换示意图。
图5为本发明提供的电源Ⅰ故障恢复的切换示意图。
图6为本发明提供的电源Ⅱ发生故障的切换示意图。
图7为本发明提供的电源Ⅱ故障恢复的切换示意图。
图8为本发明提供的本发明实例图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明包括4个高速机械开关，2个接触器，和一组晶闸管阀体，1个高速开关，2个接触器，2个电压互感器和2个电流互感器，即可实现采用混合开关的分裂母线式固态负荷开关的所有功能，具有混合开关的分裂母线式固态负荷开关的所有优点，成本大大降低，而可靠性则大大加强。
本发明一种电源系统切换装置包括电源Ⅰ电压，负载Ⅰ电流，电源Ⅱ电压，负载Ⅱ电流，高速机械开关CB1、CB2、CB3和CB4，接触器C1和C2，晶闸管阀体电压V1，晶闸管阀体电流，电流互感器CT1和CT2，电压互感器PT1和PT2；
其中，电源Ⅰ通过高速机械开关CB1给负载Ⅱ供电，电源Ⅱ通过高速机械开关CB2给负载Ⅱ供电，晶闸管阀体V1的一端通过高速开关CB3接电源Ⅱ，同时通过接触器C2接负载Ⅱ，另一端通过高速开关CB4接电源Ⅰ，同时通过接触器C1接负载Ⅰ；
其中，采用的接触器C1，接触器C2，能够用普通断路器或者高速机械开关代替。晶闸管阀体V1能够用串联式IGBT阀体或其他半导体开关代替。
本发明一种电源系统切换方法包括电源Ⅰ和电源Ⅱ正常状态、电源Ⅰ发生故障、电源Ⅰ故障恢复、电源Ⅱ发生故障和电源Ⅱ故障恢复的切换方法。
电源Ⅰ和电源Ⅱ正常状态的切换方法包括：
如附图4(a)所示，当电源Ⅰ和电源Ⅱ正常，电源Ⅰ通过CB1给负载Ⅰ供电，电源Ⅱ通过CB2给负载Ⅱ供电，接触器C1，C2闭合，晶闸管阀体V1通过C1，C2接在负载Ⅰ，负载Ⅱ两端，此时晶闸管阀体V1不导通。
电源Ⅰ发生故障的切换方法包括：
如附图4所示，当电源Ⅰ发生故障后，CB1分开，根据电压方向触发晶闸管阀体V1某一方向晶闸管，当晶闸管阀体支路电流为零后，触发正反向晶闸管，晶闸管阀体V1导通，电源Ⅱ通过晶闸管阀体V1给负载Ⅰ供电。CB4完全合闸后，停止触发V1，电源Ⅱ通过CB4给负载Ⅰ供电，接触器C2分开，CB3合闸，晶闸管阀体V1通过CB3和C1接入电源Ⅰ和负载Ⅰ之间。
电源Ⅰ故障恢复的切换方法包括：
如附图5所示，当电源Ⅰ故障恢复后，CB4分开，根据电压方向触发晶闸管阀体V1某一方向晶闸管，当晶闸管阀体支路电流为零后，触发正反晶闸管，晶闸管阀体V1导通，电源Ⅰ通过晶闸管阀体给负载Ⅰ供电，CB1完全合闸后，停止触发V1，电源Ⅱ通过CB1给负载Ⅰ供电。CB3分闸，接触器C2合闸，晶闸管阀体V1通过C1和C2重新接入到负载Ⅰ和负载Ⅱ之间。
电源Ⅱ发生故障的切换方法包括：
如附图6所示，当电源Ⅱ发生故障后，CB2分开，根据电压方向触发晶闸管阀体V1某一方向晶闸管，当晶闸管阀体支路电流为零后，触发正反晶闸管，晶闸管阀体V1导通，电源Ⅰ通过晶闸管阀体给负载Ⅱ供电；CB3完全合闸后，停止触发V1，电源Ⅰ通过CB3给负载Ⅰ供电；接触器C1分开，CB4合闸，晶闸管阀体V1通过CB4和C2接入电源Ⅱ和负载Ⅱ之间；
电源Ⅱ故障恢复的切换方法包括：
如附图7所示，当电源Ⅱ故障恢复后，CB3分开，根据电压方向触发晶闸管阀体V1某一方向晶闸管，当晶闸管阀体支路电流为零后，触发正反晶闸管，晶闸管阀体V1导通，电源Ⅱ通过晶闸管阀体给负载Ⅱ供电，CB2完全合闸后，停止触发V1，电源Ⅱ通过CB2给负载Ⅰ供电。CB4分闸，接触器C1合闸，晶闸管阀体V1通过C1和C2重新接入负载Ⅰ和负载Ⅱ之间。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (13)
1.一种电源系统切换装置，其特征在于，所述装置包括高速机械开关、电源、晶闸管阀体、接触器、负载、电流互感器和电压互感器；
所述电源包括电源Ⅰ和电源Ⅱ，所述高速机械开关包括CB1、CB2、CB3和CB4，所述晶闸管阀体为晶闸管阀体V1，所述接触器包括C1和C2，所述负载包括负载Ⅰ和负载Ⅱ，所述电流互感器包括CT1和CT2，所述电压互感器包括PT1和PT2；
所述电源、电压互感器、高速机械开关、晶闸管阀体、接触器、负载和电流互感器依次连接；
所述高速机械开关CB1和CB2分别与电源Ⅰ和电源Ⅱ相连；
所述晶闸管阀体V1的一端通过开关CB3接电源Ⅰ，同时通过接触器C2接负载Ⅱ；
所述晶闸管阀体V1的另一端通过开关CB4接电源Ⅱ，同时通过接触器C1接负载Ⅰ。
2.如权利要求1所述的一种电源系统切换装置，其特征在于，所述电源Ⅰ通过CB1连接负载Ⅰ，所述电源Ⅱ通过CB2连接负载Ⅱ，所述晶闸管阀体V1通过C1，C2连接负载Ⅰ和负载Ⅱ两端。
3.如权利要求1所述的一种电源系统切换装置，其特征在于，所述电源Ⅱ通过晶闸管阀体V1连接负载Ⅰ，所述电源Ⅱ通过CB4连接负载Ⅰ，所述晶闸管阀体V1通过CB3和C1接入电源Ⅰ和负载Ⅰ之间。
4.如权利要求1所述的一种电源系统切换装置，其特征在于，所述电源Ⅰ通过晶闸管阀体连接负载Ⅰ，所述电源Ⅱ通过CB1连接负载Ⅰ，所述晶闸管阀体V1通过C1和C2接入到负载Ⅰ和负载Ⅱ之间。
5.如权利要求1所述的一种电源系统切换装置，其特征在于，所述电源Ⅰ通过晶闸管阀体连接负载Ⅱ，所述电源Ⅰ通过CB3连接负载Ⅰ，所述晶闸管阀体V1通过CB4和C2接入电源Ⅱ和负载Ⅱ之间。
6.如权利要求1所述的一种电源系统切换装置，其特征在于，所述电源Ⅱ通过晶闸管阀体连接负载Ⅱ，所述电源Ⅱ通过CB2连接负载Ⅰ，所述闸管阀体V1通过C1和C2接入负载Ⅰ和负载Ⅱ之间。
7.如权利要求1所述的一种电源系统切换装置，其特征在于，采用的接触器C1，接触器C2，可用普通断路器或者高速机械开关代替；晶闸管阀体V1可用串联式IGBT阀体或其他半导体开关代替。
8.一种电源系统切换方法，其特征在于，所述方法包括电源Ⅰ和电源Ⅱ正常状态、电源Ⅰ发生故障、电源Ⅰ故障恢复、电源Ⅱ发生故障和电源Ⅱ故障恢复的切换方法。
9.如权利要求8所述的一种电源系统切换方法，其特征在于，所述电源Ⅰ和电源Ⅱ正常状态的切换方法包括
(9.1)当电源Ⅰ和电源Ⅱ正常；
(9.2)电源Ⅰ通过CB1给负载Ⅰ供电；
(9.3)电源Ⅱ通过CB2给负载Ⅱ供电；
(9.4)接触器C1，C2闭合；
(9.5)晶闸管阀体V1通过C1，C2接在负载Ⅰ，负载Ⅱ两端，晶闸管阀体V1不导通。
10.如权利要求8所述的一种电源系统切换方法，其特征在于，所述电源Ⅰ发生故障的切换方法包括
(10.1)当电源Ⅰ发生故障后，CB1分开；
(10.2)根据电压方向触发晶闸管阀体V1某一方向晶闸管，当晶闸管阀体支路电流为零后，触发正反向晶闸管，晶闸管阀体V1导通；
(10.3)电源Ⅱ通过晶闸管阀体V1给负载Ⅰ供电；
(10.4)CB4完全合闸后，停止触发V1；
(10.5)电源Ⅱ通过CB4给负载Ⅰ供电，接触器C2分开；
(10.6)CB3合闸，晶闸管阀体V1通过CB3和C1接入电源Ⅰ和负载Ⅰ之间。
11.如权利要求8所述的一种电源系统切换方法，其特征在于，所述电源Ⅰ故障恢复的切换方法包括
(11.1)当电源Ⅰ故障恢复后，CB4分开；
(11.2)根据电压方向触发晶闸管阀体V1某一方向晶闸管，当晶闸管阀体支路电流为零后，触发正反晶闸管，晶闸管阀体V1导通；
(11.3)电源Ⅰ通过晶闸管阀体给负载Ⅰ供电；
(11.4)CB1完全合闸后，停止触发V1，电源Ⅱ通过CB1给负载Ⅰ供电；
(11.5)CB3分闸，接触器C2合闸，晶闸管阀体V1通过C1和C2重新接入到负载Ⅰ和负载Ⅱ之间。
12.如权利要求8所述的一种电源系统切换方法，其特征在于，所述电源Ⅱ发生故障的切换方法包括
(12.1)当电源Ⅱ发生故障后，CB2分开；
(12.2)根据电压方向触发晶闸管阀体V1某一方向晶闸管，当晶闸管阀体支路电流为零后，触发正反晶闸管，晶闸管阀体V1导通；
(12.3)电源Ⅰ通过晶闸管阀体给负载Ⅱ供电；
(12.4)CB3完全合闸后，停止触发V1；
(12.5)电源Ⅰ通过CB3给负载Ⅰ供电；
(12.6)接触器C1分开，CB4合闸，晶闸管阀体V1通过CB4和C2接入电源Ⅱ和负载Ⅱ之间。
13.如权利要求8所述的一种电源系统切换方法，其特征在于，所述电源Ⅱ故障恢复的切换方法包括
(13.1)当电源Ⅱ故障恢复后，CB3分开；
(13.2)根据电压方向触发晶闸管阀体V1某一方向晶闸管，当晶闸管阀体支路电流为零后，触发正反晶闸管，晶闸管阀体V1导通；
(13.3)电源Ⅱ通过晶闸管阀体给负载Ⅱ供电；
(13.4)CB2完全合闸后，停止触发V1，电源Ⅱ通过CB2给负载Ⅰ供电；
(13.5)CB4分闸，接触器C1合闸，晶闸管阀体V1通过C1和C2重新接入负载Ⅰ和负载Ⅱ之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: GLOBAL ENERGY INTERCONNECTION Research Institute Applicant after: CHINA EPRI SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant before: State Grid Corporation of China Applicant before: STATE GRID SMART GRID Research Institute Applicant before: CHINA EPRI SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20170531 Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: GLOBAL ENERGY INTERCONNECTION Research Institute Address before: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant before: State Grid Corporation of China Applicant before: GLOBAL ENERGY INTERCONNECTION Research Institute Applicant before: CHINA EPRI SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |