CN104410088A - 平滑切换电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平滑切换电路。其中，该平滑切换电路包括：第一负载；第一电源，用于作为第一负载的供电电源；第二电源，用于作为第一负载的第一备用供电电源；以及电源切换部件，连接在第一电源和第一负载之间，且连接在第二电源和第一负载之间，用于将第一负载的供电电源由第一电源切换至第二电源。通过本发明，解决了相关技术中电路切换过程，会产生电压、电流突变以及负荷短时停电的问题。

Description

平滑切换电路

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体而言，涉及一种平滑切换电路。

背景技术

在电网运行中，经常要进行负荷的调整和重新分配，此时需要进行开关切换(倒闸)的操作。电力负荷分布不均衡时需要进行负荷切换，如变压器间负荷不平衡，低压三相负荷不平衡。解决不平衡问题的一个有效途径即是倒切负荷，解决不同变压器负荷不均时，调整不同变压器所带负荷使其相互平衡，解决三相不平衡时倒切三相负荷使其趋于平衡。

目前，一种开关切换的方式是“冷”切换，即首先用开关断开负荷的供电，然后用新的电源给负荷供电。这种切换方式操作简单，但会造成负荷的短时停电。在“冷”切换方式倒闸操作时，若使用快速切换开关，可以将断电时间缩短至几十毫秒，但在切换过程中，仍然会出现电压、电流波形不连续的情况。在解决低压三相不平衡问题时，只能采取“冷”切换的方式，用户在切换过程中会不可避免的出现短时供电中断。另一种常见的“热”切换方法是，在双母线供电时，合上母联断路器进行合环操作，使得两母线的等电势，然后通过等电势操作，将线路切换至新的母线上供电，然后断开母联。

无论是“冷”切换还是“热”切换，在开关断开操作时需要断开负荷电流，在开关闭合操作时两侧会有相对的交流电压，即在电路切换过程中，会产生电压、电流突变。操作过程中的电弧将消耗灭弧介质并减少开关触头的寿命，合环冲击电流也会对电网及设备产生一些负面影响。

针对相关技术中电路切换过程，会产生电压、电流突变以及负荷短时停电的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种平滑切换电路，以解决相关技术中电路切换过程，会产生电压、电流突变以及负荷短时停电的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种平滑切换电路。该平滑切换电路可以包括：第一负载；第一电源，用于作为上述第一负载的供电电源；第二电源，用于作为上述第一负载的第一备用供电电源；以及电源切换部件，连接在上述第一电源和上述第一负载之间，且连接在上述第二电源和上述第一负载之间，用于将上述第一负载的供电电源由上述第一电源切换至上述第二电源。

进一步地，上述电源切换部件包括：第一开关组，连接在上述第一电源和上述第一负载之间，且连接在上述第二电源和上述第一负载之间，用于控制上述第一电源和上述第一负载之间为通路或断路，以及控制上述第二电源和上述第一负载之间为通路或者断路；第二开关组，具有输入端和输出端，上述输入端与上述第一电源相连接，且与上述第二电源相连接；以及变流器，连接在上述第一负载和上述第二开关组的上述输出端之间，其中，上述第二开关组用于控制上述第一电源和上述变流器之间为通路或者断路，以及控制上述第二电源和上述变流器之间为通路或者断路。

进一步地，在交流供电系统中，上述变流器为交-直-交变流器；或者在直流供电系统中，上述变流器为直-直变流器。

进一步地，上述第一开关组包括：第一一开关，连接在上述第一电源和上述第一负载之间；第一二开关，连接在上述第二电源和上述第一负载之间，和/或上述第二开关组包括：第二一开关，连接在上述第一电源和上述变流器之间；第二二开关，连接在上述第二电源和上述变流器之间。

进一步地，上述第一电源为第一母线电源，上述第二电源为第二母线电源；或者上述第一电源和上述第二电源均为以下电源中的任意一个：A相电源、B相电源和C相电源，且上述第一电源与上述第二电源不为同相电源。

进一步地，上述平滑切换电路还包括：第二负载；上述第一电源还用于作为上述第二负载的供电电源；上述第二电源还用于作为上述第二负载的第一备用供电电源；以及上述电源切换部件还连接在上述第一电源和上述第二负载之间，且连接在上述第二电源和上述第二负载之间，用于将上述第二负载的供电电源由上述第一电源切换至上述第二电源。

进一步地，上述电源切换部件包括：第三开关组，连接在上述第一电源和上述第二负载之间，且连接在上述第二电源和上述第二负载之间，用于控制上述第一电源和上述第二负载之间为通路或者断路，以及控制上述第二电源和上述第二负载之间为通路或者断路；

进一步地，上述平滑切换电路还包括：第三电源，用于作为上述第一负载或者上述第二负载的第二备用供电电源。

通过本发明，采用第一负载；第一电源，用于作为第一负载的供电电源；第二电源，用于作为第一负载的第一备用供电电源；以及电源切换部件，连接在第一电源和第一负载之间，且连接在第二电源和第一负载之间，用于将第一负载的供电电源由第一电源切换至第二电源，解决了相关技术中电路切换过程，会产生电压、电流突变以及负荷短时停电的问题，达到了在电路切换过程中，防止产生电流、电压的突变，使得负载可以在不间断供电的情况下完成电源平滑切换的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的平滑切换电路的示意图；

图2是根据本发明实施例的优选的平滑切换电路的示意图；以及

图3是根据本发明实施例的另一优选的平滑切换电路的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

根据本发明的实施例，提供了一种平滑切换电路，该平滑切换电路用于电源之间的平滑切换。

图1是根据本发明实施例的平滑切换电路的示意图。如图1所示，该电路可以包括：第一负载K1、第一电源10、第二电源20和电源切换部件30。

第一负载K1可以由第一电源10或第二电源20供电。由于在电力负荷分布不均衡时，需要对负载的供电电源进行切换。而切换供电电源的过程中，电源切换部件30可以防止电路产生电压突变、电流突变和负荷短时停电等，从而实现供电电源的平滑切换。例如，在变压器间负荷不平衡，电源切换部件30可以将第一负载K1的供电电源由旧电源供电切换至新电源供电，此处，旧电源可以为第一电源10，新电源可以为第二电源20。

第一电源10可以用于作为第一负载K1的供电电源。其中，第一电源10可以为交流电源，例如，其可以是交流母线电源。在实施时，第一电源10可以作为第一负载K1的原始供电电源，而在第一电源10出现故障时，或者在第一电源10的负荷过高时，可以将第一负载K1的供电电源由第一电源10切换至其他的备用供电电源。

例如，第二电源20可以用于作为第一电源10的第一备用供电电源。其中，第二电源20也可以为交流电源，例如，其可以是交流母线电源。在实施时，如果第一电源10出现故障时，或者在第一电源10的负荷过高时，可以将第一负载K1的供电电源由第一电源10切换至第二电源20。

电源切换部件30连接在第一电源10和第一负载K1之间，且连接在第二电源20和第一负载K1之间，用于将第一负载K1的供电电源由第一电源10切换至第二电源20。其中，电源切换部件30可以具有电源切换作用的开关和交流器等器件组合而成。

需要说明的是，在本发明实施例中，电源切换部件30可以通过以下方式将第一负载K1的供电电源由第一电源10切换至第二电源20：

需要提前注明的是，下文所述的直接供电即电源通过开关、导线连接负载形式的供电，中间没有电能的变换环节；间接供电即电源通过电能变换环节后再给负载供电，比如电源通过电力电子变流器给负载供电的形式。下文所述的“连接”描述的是直接供电的形式。

开始时，第一负载K1连接至第一电源10，第一电源10对第一负载K1直接供电；之后，第一负载K1由第一电源10和第二电源20同时供电，其中第一电源为直接供电形式，第二电源20为间接供电形式；此时逐渐增加第二电源20的输出功率，减小第一电源10的输出功率，直至为零；再断开第一电源10，此时，第一负载K1由第二电源20通过电源切换部件30独立间接供电；调节电源切换部件30的输出电压的幅值、相位和频率，使之与第二电源20相同；之后，第一负载K1连接至第二电源20，第一负载K1由第二电源20直接供电。在每次的切换过程中，由于若为闭合开关的操作，则开关两侧的电压幅值、相位、频率相同，在合闸的瞬间，流过的冲击电流几乎为零；若为断开开关的操作，则分断前开关流过的电流几乎为零，因此，使得整个电源切换过程中所有的开关操作都不会有电压突变、电流突变，因此大大降低了切换过程对负荷电流及灭弧的要求，并且大大延长了电源切换部件30的使用寿命，实现了两个异步供电电源之间的平滑切换，且切换过程中不会造成供电中断。

根据本发明实施例，通过第一负载K1连接至第一电源10，第一电源10对第一负载K1直接供电；之后，第一负载K1由第一电源10和第二电源20同时供电，其中第一电源为直接供电形式，第二电源20为间接供电形式；此时逐渐增加第二电源20的输出功率，减小第一电源10的输出功率，直至为零；再断开第一电源10，此时，第一负载K1由第二电源20通过电源切换部件30独立间接供电；调节电源切换部件30的输出电压的幅值、相位和频率，使之与第二电源20相同；之后，第一负载K1连接至第二电源20，第一负载K1由第二电源20直接供电。在切换电源时不会产生电压、电流的突变，达到了第一负载K1可以在不间断供电情况下完成电源平滑切换的效果。

优选地，在本发明实施例中，如图2、3所示，前述电源切换部件可以包括：第一开关组S10、第二开关组S20和变流器301。

第一开关组S10连接在第一电源10和第一负载K1之间，且连接在第二电源20和第一负载K1之间，用于控制第一电源10和第一负载K1之间为通路或断路，以及控制第二电源20和第一负载K1之间为通路或者断路；第二开关组S20具有输入端和输出端，输入端与第一电源10相连接，且与第二电源相连接；以及变流器301连接在第一负载K1和第二开关组S20的输出端之间，其中，第二开关组S20用于控制第一电源10和变流器301之间为通路或者断路，以及控制第二电源20和变流器301之间为通路或者断路，变流器301可以用于调节输送至第一负载K1的功率。

由于第一电源10可以是第一母线为第一负载K1提供的电源，第二电源20可以是第二母线为第一负载K1提供的电源，因此第一开关组S10可以是连接在第一母线和第一负载K1之间，且连接在第二母线和第一负载K1之间。第一电源10接通第一负载K1，则第一电源10为第一负载K1供电，断开则停止供电；第二电源接通第一负载K1，则第二电源20为第一负载K1供电，断开则停止供电。

变流器301连接在第一负载K1和第二开关组S20之间，变流器301是输出的电压、频率、相位和其他电量或特性可以发生变化的电气设备。在将第一电源10切换为第二电源20时，首先通过接入变流器301使其整流再逆变并网，此时第一负载K1由变流器301和第一电源10同时供电，增加变流器301输出电流，第一电源10电流削减到零附近，此时断开第一电源10，第一负载K1由变流器301独立供电，逐渐改变变流器301输出交流电的相位、幅值、频率，使其和第二电源20的相位、幅值、频率相同，合上第二电源20在第一开关组10中的供电开关，然后退出变流器301的供电，第一负载K1由第二电源20单独供电。

根据本发明实施例，通过变流器301将第一电源10切换至第二电源20，由于在切换过程中第一负载K1由变流器301和第一电源10同时供电后，增加变流器301的输出功率，减小第一电源10的输出功率至零，连接第二电源20，退出变流器301，第一负载K1连接第二电源20供电，因此在切换电源时不会产生电压、电流的突变，达到了负载可以在不间断供电情况下完成电源平滑切换的效果。

优选地，在本发明实施例中，前述的变流器301可以为：交流系统中为交-直-交变流器，直流供电系统中为直-直变流器。

优选地，在本发明实施例中，可以通过以下方式进行电源切换：在第二电源20和第一负载K1之间由开路状态切换为通过变流器301接通状态时，增大变流器301的功率输出且减小第一电源10的功率输出，并且在第一电源10的功率输出减小至零时，第一电源10和第一负载K1之间由接通状态切换为开路状态。

优选地，在本发明实施例中，在第一电源10的功率输出减小至零时，第一电源10和第一负载K1之间由接通状态切换为开路状态之后，变流器301先调节自身的输出电压与第二电源20的输出电压相同，再将变流器301短路。

如图2所示，第一开关组S10组S10可以包括：开关S101和开关S102，开关S101用于控制第一电源10接通或者断开第一负载K1；开关S102用于控制第二电源20接通或者断开第一负载K1。其中，第二开关组组S20可以包括：开关S201和开关S202，开关S201用于控制第一电源10接通或者断开变流器301；开关S202用于控制第二电源20接通或者断开变流器301。

优选地，在本发明实施例中，第一开关组S10组S10可以为单刀开关组，可以包括：第一一开关，连接在第一电源10和第一负载K1之间；第一二开关，连接在第二电源20和第一负载K1之间，和/或，第二开关组组S20可以为单刀开关组，可以包括：第二一开关，连接在第一电源10和变流器301之间；第二二开关，连接在第二电源20和变流器301之间。

第一开关组S10组S10可以为单刀双掷开关，当它掷到第一电源10上时，第一一开关闭合，即第一电源10和第一负载K1连接；当它掷到第二电源20上时，第一二开关闭合，即第二电源20和第一负载K1连接。第二开关组S20可以为单刀开关即为单刀双掷开关，当它掷到第一电源10上时，第二一开关闭合，即第一电源10和变流器301连接；当它掷到第二电源20上时，第二二开关闭合，即第二电源20和变流器301连接。

优选地，在本发明实施例中，第一电源10可以为第一母线电源，第二电源20可以为第二母线电源；或者第一电源10和第二电源20均为以下电源中的任意一个：A相电源、B相电源和C相电源，且第一电源与第二电源不为同相电源。

优选地，在本发明实施例中，前述平滑切换电源的电路还可以包括：第二负载K2。这里的第一电源10、第二电源20和电源切换部件30对第二负载K2的作用与前述实施例中对第一负载K1的相同，在此不再赘述。

优选地，在本发明实施例中，电源切换部件30可以包括：第三开关组S30、变流器301和第四开关S40。

第三开关组S30连接在第一电源10和第二负载K2之间，且连接在第二电源20和第二负载K2之间，用于控制第一电源10接通或者断开第二负载K2，以及控制第二电源20接通或者断开第二负载K2。

变流器301连接在第二负载K2和第二电源20之间，用于调节输送至第二负载K2的电压和/或电流。

第四开关S40连接在变流器301和第二负载K2之间。如图2所示，第四开关S40可以包括：开关S401和开关S402，开关S401可以用于与第一负载K1相连接，开关S402可以用于与第二负载K2相连接。

如图2所示，第一负载K1工作于第一母线，开关S201闭合，开关S202断开，开关S101、开关S102、开关S401、开关S402处于断开状态，第一负载K1由第一母线切换至第二母线供电，在实际实施时，可以用如下方法切换电路：

合上开关S202，启动变流器301，调节变流器301输出电压，使其相位、幅值、频率与第一母线电压相同；合上开关S401，第一负载K1由第一母线和变流器301同时供电；增加变流器301电流输出，减少开关S101上流过的电流至零；断开开关S101，第一负载K1由变流器301独立供电；改变变流器301的电感L2输出端的电压幅值、相位、频率，使其与第二母线电压幅值、相位、频率相同，合上S102，之后闭锁变流器301，断开S401、S202，这里，第一负载K1转由第二母线独立供电；也就是说第一负载K1由第一母线切换到第二母线独立供电，切换操作完成。若要将第一负载K1由第二母线切换到第一母线独立供电，则可以合上开关S201、S401，第一负载K1由第二母线和变流器301同时供电；当第二母线供电电流为零时，断开S102，之后，调节变流器S301输出的电压幅值、相位、频率，使得和一母线相同，合上S101，之后闭锁变流301，断开S401、S201，变流器301退出供电，第一负载K1由第一母线独立供电，切换完成。

由于通过同样的流程可以完成第二负载K2在第一、第二母线之间的平滑切换，因此在此不再赘述。

另外，利用本平滑切换电源的电路可以实现第一、第二母线之间有功功率的柔性交换，动态调节第一、第二母线之间的供电功率。具体情况为：闭合开关S102、开关S401、开关S201，则变流器两端分别连接第一、第二母线，此时可以工作于不同模式，实现第一、第二母线间的功率柔性切换。

根据本发明实施例，由于第一、第二母线之间的平滑切换不会产生电压、电流的突变，因此达到了负载可以在不间断供电情况下完成电源平滑切换的效果。

图3是根据本发明实施例的另一优选的平滑切换电路的示意图。如图3所示：

开关S103闭合，其他开关断开，第一负载K1工作于A相，切换目标是将第一负载K1由A相切换至B相供电，在实际实施时，可以用如下方法切换电路：合上开关S204，启动变流器301，调节变流器301输出电压，使其相位、幅值、频率与A相电压相同；合上开关S40，第一负载K1由变流器301和开关S103同时供电；增加变流器301的功率输出，减少开关S103上流过的电流至零；断开开关S103，第一负载K1由变流器301独立供电；改变变流器301中的电感L2输出端的电压幅值和相位，使其接近B相电压幅值和相位；使开关S104闭合，闭锁变流器301，断开开关S40和开关S204，变流器301退出供电，此时第一负载K1由B相独立供电，切换完成。用同样的方式可以完成A、B、C三相任意两相之间供电的平滑切换。

优选地，在本发明实施例中，该平滑切换电路还可以包括：第三电源。第三电源用于作为第一负载或者第二负载的第二备用供电电源。

在此示例中，S203、S204、S205可共同组成一个三相开关，分别连接变流器，此时变流器交-直变换部分采用三相整流的方式完成。

同前述发明实施例，该平滑切换电源的电路也可完成两相之间的功率柔性交换。

根据本发明实施例，由于两相相之间的平滑切换不会产生电压、电流的突变，因此达到了负载可以在不间断供电情况下完成平滑切换供电相的效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种平滑切换电路，其特征在于，包括：

第一负载；

第一电源，用于作为所述第一负载的供电电源；

第二电源，用于作为所述第一负载的第一备用供电电源；以及

电源切换部件，连接在所述第一电源和所述第一负载之间，且连接在所述第二电源和所述第一负载之间，用于将所述第一负载的供电电源由所述第一电源切换至所述第二电源。

2.根据权利要求1所述的平滑切换电路，其特征在于，所述电源切换部件包括：

第一开关组，连接在所述第一电源和所述第一负载之间，且连接在所述第二电源和所述第一负载之间，用于控制所述第一电源和所述第一负载之间为通路或断路，以及控制所述第二电源和所述第一负载之间为通路或者断路；

第二开关组，具有输入端和输出端，所述输入端与所述第一电源相连接，且与所述第二电源相连接；以及

变流器，连接在所述第一负载和所述第二开关组的所述输出端之间，其中，所述第二开关组用于控制所述第一电源和所述变流器之间为通路或者断路，以及控制所述第二电源和所述变流器之间为通路或者断路。

3.根据权利要求2所述的平滑切换电路，其特征在于，

在交流供电系统中，所述变流器为交-直-交变流器；或者

在直流供电系统中，所述变流器为直-直变流器。

4.根据权利要求2所述的平滑切换电路，其特征在于，

所述第一开关组包括：第一一开关，连接在所述第一电源和所述第一负载之间；第一二开关，连接在所述第二电源和所述第一负载之间，和/或

所述第二开关组包括：第二一开关，连接在所述第一电源和所述变流器之间；第二二开关，连接在所述第二电源和所述变流器之间。

5.根据权利要求1所述的平滑切换电路，其特征在于，

所述第一电源为第一母线电源，所述第二电源为第二母线电源；或者

所述第一电源和所述第二电源均为以下电源中的任意一个：A相电源、B相电源和C相电源，且所述第一电源与所述第二电源不为同相电源。

6.根据权利要求1所述的平滑切换电路，其特征在于，所述平滑切换电路还包括：

第二负载；

所述第一电源还用于作为所述第二负载的供电电源；

所述第二电源还用于作为所述第二负载的第一备用供电电源；以及

所述电源切换部件还连接在所述第一电源和所述第二负载之间，且连接在所述第二电源和所述第二负载之间，用于将所述第二负载的供电电源由所述第一电源切换至所述第二电源。

7.根据权利要求6所述的平滑切换电路，其特征在于，所述电源切换部件包括：

第三开关组，连接在所述第一电源和所述第二负载之间，且连接在所述第二电源和所述第二负载之间，用于控制所述第一电源和所述第二负载之间为通路或者断路，以及控制所述第二电源和所述第二负载之间为通路或者断路。

8.根据权利要求6所述的平滑切换电路，其特征在于，所述平滑切换电路还包括：

第三电源，用于作为所述第一负载或者所述第二负载的第二备用供电电源。