CN104600834A - 一种应急供电电路及供电线路转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应急供电电路，包括主供电线路，备用供电线路，以及与所述主供电线路和备用供电线路连接的双路自动转换装置，所述双路自动转换装置与用电设备相连接，所述双路自动转换装置与控制单元连接，所述控制单元对所述主供电线路所输入电压的瞬时电压值和相位进行实时采样和侦测，并根据所述双路自动转换装置的动作时间特性，计算出控制信号的发出时间，致使所述双路自动转换装置动作时间点与主供电线路输入电压值达到零点时一致。通过控制单元将计算得出的电压过零时间点作为切换时间点，使拉弧现象彻底杜绝，进一步保证了设备运转的安全可靠性。

Description

一种应急供电电路及供电线路转换方法
技术领域
本发明属于电气开关设备，尤其涉及不间断电源安全供电技术领域。
背景技术
对于机房等重要用电场合，关键设备需要冗余备份供电，避免一路输入断电造成无法估量的损失。对于目前传统的配电方案，主供电源和备用电源仍然使用交流供电，由自动转换装置在两路电源之间进行切换。
对于有配置UPS(不间断电源)的场合，交流电源通常由UPS通过整流和逆变后提供，以上这种传统的配电方式存在如下弊端：
市电经过多次交直流转换：UPS整流→UPS逆变→用电设备整流→用电设备升降压等至少四次转换，转换效率低，转换损耗大，不利于节能环保。
系统可靠性低：无论在UPS端还是在用电设备端，每多一次转换，就多一个故障点，多一重风险。任何一个节点发生异常都将导致系统供电故障，造成无法估量的损失。
成本高：市电每多一次转换，就多一级电路成本，增加用户的购置成本。
而自动转换装置在切换交流电时存在切换时机的要求，以避免产生打火拉弧现象，需要有一种更加简单的切换方法来进行切换。
而如果将直流直接进行供电，传统的交流自动切换装置无法切换直流电源，存在打火、拉电弧或切断不开等问题，导致系统故障，造成停电或短路等重大事故。
因此需引入一项新的直流切断技术，对直流通路进行有效的开通和切断，
发明内容
本发明提供一种应急供电电路，旨在解决现有技术中损耗大、易发故障点多、成本高等问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种应急供电电路，包括主供电线路，备用供电线路，以及与所述主供电线路和备用供电线路连接的双路自动转换装置，所述双路自动转换装置与用电设备相连接，其特征在于，所述双路自动转换装置与控制单元连接，所述控制单元对所述主供电线路所输入电压的瞬时电压值和相位进行实时采样和侦测，并根据所述双路自动转换装置的动作时间特性，计算出控制信号的发出时间，致使所述双路自动转换装置动作时间点与主供电线路输入电压值达到零点时一致。
将所述备用供电线路中的逆变模块取消后直接给所述用电设备进行直流供电备用，减少供电侧的逆变环节和用电侧的整流环节从而减少损耗以及设备故障点降低设备成本，而所述交流通过主供电线路进行供电过程中，为了防止在切换过程中产生拉弧从而导致无法断路，本发明利用交流电本身电压过零特性，从而通过控制单元将计算得出的电压过零时间点作为切换时间点，使拉弧现象彻底杜绝，进一步保证了设备运转的安全可靠性。
优选地，所述主供电线路与所述用电设备之间设有与所述双路自动转换装置并联的第一辅助开关，所述第一辅助开关采用半导体开关元器件，所述第一辅助开关与所述控制单元电连接。
优选地，所述备用供电线路上设有与所述双路自动转换装置并联的第二辅助开关，所述第二辅助开关采用半导体开关元器件，所述第二辅助开关与所述控制单元电连接。
优选地，所述主供电线路与所述双路自动转换装置之间依次设有整流模块和逆变模块，所述用电设备设有整流模块和直流升降压模块。
优选地，所述备用供电线路上设有单路切换装置，所述备用供电线路上设有与所述单路切换装置并联的第三辅助开关，所述第三辅助开关采用半导体开关元器件，所述第三辅助开关与所述控制单元连接。
优选地，所述第一辅助开关、第二辅助开关及第三辅助开关采用IGBT或MosFET半导体开关元器件。
优选地，所述备用供电线路与所述用电设备之间设有与所述双路自动转换装置并联的第二辅助开关，所述第二辅助开关采用半导体开关元器件，所述第二辅助开关与所述控制单元电连接。
本发明另外还提供了三种不同的供电线路转换方法，采用上述技术方案中所述的应急供电电路，其中第一种方法的具体步骤是，
当所述主供电线路转备用供电线路：所述控制单元计算出控制信号的发出时间点，向所述双路自动转换装置发出从所述主供电线路转至备用供电线路的控制信号，所述双路自动转换装置在交流电过零点处断开交流通路，实现零电压关断；
当所述备用供电线路转主供电线路：所述控制单元计算出控制信号的发出时间点，向所述双路自动转换装置发出从所述备用供电线路转至主供电线路的控制信号，所述双路自动转换装置在交流电过零点处开通交流通路，实现零电压开通。
第二种方法的具体步骤是，
当所述主供电线路转备用供电线路：所述双路自动转换装置断开交流后，在直流开通前，由控制单元控制先开通所述第二辅助开关，使得直流电流通过所述第二辅助开关供给用电设备，之后所述双路自动转换装置再连接开通直流通路，由此所述双路自动转换装置可以实现零电流零电压开通，所述双路自动转换装置开通直流通路后所述控制单元控制关断所述第二辅助开关，直流电流通过所述双路自动转换装置供给用电设备；
当所述备用供电线路转主供电线路：所述双路自动转换装置关断直流前，由控制单元控制先开所述第二通辅助开关，使得直流电流经由第二辅助开关供给用电设备，之后所述双路自动转换装置再关断直流通路，实现零电流零电压关断，所述双路自动转换装置关断直流通路后，所述控制单元控制关断所述第二辅助开关，完全断开直流电流，最后所述双路自动转换装置再开通交流通路，转由交流电源为用电设备供电。
第三种方法的具体步骤是，
当所述主供电线路转备用供电线路：所述单路切换装置在直流开通前，由控制单元控制先开通所述第三辅助开关，使得直流电流通过所述第三辅助开关供给用电设备，之后所述单路切换装置再连接开通直流通路，由此所述单路切换装置可以实现零电流零电压开通，所述单路切换装置开通直流通路后所述控制单元控制关断所述第三辅助开关，直流电流通过所述单路切换装置供给用电设备；
当所述备用供电线路转主供电线路：所述单路切换装置关断直流前，由控制单元控制先开所述第三通辅助开关，使得直流电流经由第三辅助开关供给用电设备，之后所述单路切换装置再关断直流通路，实现零电流零电压关断，所述单路切换装置关断直流通路后，所述控制单元控制关断所述第三辅助开关，完全断开直流电流，最后所述双路自动转换装置再开通交流通路，转由交流电源为用电设备供电。
附图说明
图1是本发明实施例一所提供的电路示意图；
图2是本发明实施例二所提供的电路示意图；
图3是本发明实施例三所提供的电路示意图；
图4是本发明实施例四所提供的电路示意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供四个具体实施方式；
实施例一
参照图1所示，一种应急供电电路，包括主供电线路(主供电源)，备用供电线路(备用电源)，以及与所述主供电线路和备用供电线路连接的双路自动转换装置，所述双路自动转换装置与用电设备相连接，所述双路自动转换装置与控制单元连接，所述控制单元对所述主供电线路所输入电压的瞬时电压值和相位进行实时采样和侦测得出侦测信号，并根据所述双路自动转换装置的动作时间特性，计算出控制信号的发出时间，致使所述双路自动转换装置动作时间点与主供电线路输入电压值达到零点时一致。所述交流通过主供电线路进行供电过程中，为了防止在切换过程中产生拉弧从而导致无法断路，本发明利用交流电本身电压过零特性，从而通过控制单元将计算得出的电压过零时间点作为切换时间点，使拉弧现象彻底杜绝，进一步保证了设备运转的安全可靠性。转换操作方法的具体步骤是，
当所述主供电线路转备用供电线路：所述控制单元计算出控制信号的发出时间点，向所述双路自动转换装置发出从所述主供电线路转至备用供电线路的控制信号，所述双路自动转换装置在交流电过零点处断开交流通路，实现零电压关断；
当所述备用供电线路转主供电线路：所述控制单元计算出控制信号的发出时间点，向所述双路自动转换装置发出从所述备用供电线路转至主供电线路的控制信号，所述双路自动转换装置在交流电过零点处开通交流通路，实现零电压开通。
实施例二
参照图2所示，本实施例将所述备用供电线路中的逆变模块取消后直接给所述用电设备进行直流供电备用，减少逆变环节从而减少损耗以及设备故障点降低设备成本，为了能够自由在主备供电线路之间切换，防止出现备用向主供电线路切换过程中出现直流电无法切断的情形，同时也进一步防止主向备切换过程中，在实施例一所述的方法出现故障时，增加一种切换方案，所述主供电线路(主供电源)与所述用电设备之间设有与所述双路自动转换装置并联的第一辅助开关，所述第一辅助开关采用半导体开关元器件，所述第一辅助开关与所述控制单元电连接并接收所述控制单元发出的控制信号完成运行任务。所述备用供电线路(备用电源)上设有与所述双路自动转换装置并联的第二辅助开关，所述第二辅助开关采用半导体开关元器件，所述第二辅助开关与所述控制单元电连接并接收所述控制单元发出的控制信号完成运行任务。所述主供电线路与所述双路自动转换装置之间依次设有整流模块和逆变模块，所述用电设备设有整流模块和直流升降压模块。所述第一辅助开关、第二辅助开关采用IGBT或MosFET半导体开关元器件。所述主供电线路和所述备用供电线路起始端均设有单独开关。转换操作方法的具体步骤是，
当所述主供电线路转备用供电线路：所述双路自动转换装置断开交流后，在直流开通前，由控制单元控制先开通所述第二辅助开关，使得直流电流通过所述第二辅助开关供给用电设备，之后所述双路自动转换装置再连接开通直流通路，由此所述双路自动转换装置可以实现零电流零电压开通，所述双路自动转换装置开通直流通路后所述控制单元控制关断所述第二辅助开关，直流电流通过所述双路自动转换装置供给用电设备；
当所述备用供电线路转主供电线路：所述双路自动转换装置关断直流前，由控制单元控制先开所述第二通辅助开关，使得直流电流经由第二辅助开关供给用电设备，之后所述双路自动转换装置再关断直流通路，实现零电流零电压关断，所述双路自动转换装置关断直流通路后，所述控制单元控制关断所述第二辅助开关，完全断开直流电流，最后所述双路自动转换装置再开通交流通路，转由交流电源为用电设备供电。
实施例三
请参照图3所示，本实施例所提供的应急供电电路与实施例二有所不同，本实施例并未在所述双路自动转换装置上并联第二辅助开关，而是在所述备用供电线路上设有单路切换装置，所述备用供电线路上设有与所述单路切换装置并联的第三辅助开关，所述第三辅助开关采用半导体开关元器件，所述第三辅助开关与所述控制单元连接。所述第三辅助开关采用IGBT或MosFET半导体开关元器件。所述主供电线路(主供电源)和所述备用供电线路(备用电源)起始端均设有单独开关。转换操作方法的具体步骤是，
当所述主供电线路转备用供电线路：所述单路切换装置在直流开通前，由控制单元控制先开通所述第三辅助开关，使得直流电流通过所述第三辅助开关供给用电设备，之后所述单路切换装置再连接开通直流通路，由此所述单路切换装置可以实现零电流零电压开通，所述单路切换装置开通直流通路后所述控制单元控制关断所述第三辅助开关，直流电流通过所述单路切换装置供给用电设备；
当所述备用供电线路转主供电线路：所述单路切换装置关断直流前，由控制单元控制先开所述第三通辅助开关，使得直流电流经由第三辅助开关供给用电设备，之后所述单路切换装置再关断直流通路，实现零电流零电压关断，所述单路切换装置关断直流通路后，所述控制单元控制关断所述第三辅助开关，完全断开直流电流，最后所述双路自动转换装置再开通交流通路，转由交流电源为用电设备供电。
将所述备用供电线路上设置所述单路切换装置，是本发明的优选实施方式，此方案的优势在于提供了更高的可靠性：即使双路自动转换装置失效，也能通过单路切换装置将两路供电完全断开，避免两路供电线路短接造成供电故障。
实施例四
参照图4所示，本实施例为了能够自由在主备供电线路之间切换，防止出现备用向主供电线路切换过程中出现直流电无法切断的情形，同时也进一步防止主向备切换过程中，直流冲击电流损坏双路自动转换装置的情形，所述备用供电线路(备用电源)与所述用电设备之间设有与所述双路自动转换装置并联的第二辅助开关，所述第二辅助开关采用半导体开关元器件，所述第二辅助开关与所述控制单元电连接并接收所述控制单元发出的控制信号完成运行任务。所述第二辅助开关采用IGBT或MosFET半导体开关元器件。所述主供电线路和所述备用供电线路起始端均设有单独开关。转换操作方法的具体步骤是，
当所述主供电线路转备用供电线路：所述双路自动转换装置断开交流后，在直流开通前，由控制单元控制先开通所述第二辅助开关，使得直流电流通过所述第二辅助开关供给用电设备，之后所述双路自动转换装置再连接开通直流通路，由此所述双路自动转换装置可以实现零电流零电压开通，所述双路自动转换装置开通直流通路后所述控制单元控制关断所述第二辅助开关，直流电流通过所述双路自动转换装置供给用电设备；
当所述备用供电线路转主供电线路：所述双路自动转换装置关断直流前，由控制单元控制先开通所述第二通辅助开关，使得直流电流经由第二辅助开关供给用电设备，之后所述双路自动转换装置再关断直流通路，实现零电流零电压关断，所述双路自动转换装置关断直流通路后，所述控制单元控制关断所述第二辅助开关，完全断开直流电流，最后所述双路自动转换装置再开通交流通路，转由交流电源为用电设备供电。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种应急供电电路，包括主供电线路，备用供电线路，以及与所述主供电线路和备用供电线路连接的双路自动转换装置，所述双路自动转换装置与用电设备相连接，其特征在于，所述双路自动转换装置与控制单元连接，所述控制单元对所述主供电线路所输入电压的瞬时电压值和相位进行实时采样和侦测，并根据所述双路自动转换装置的动作时间特性，计算出控制信号的发出时间，致使所述双路自动转换装置动作时间点与主供电线路输入电压值达到零点时一致。
2.如权利要求1所述的应急供电电路，其特征在于，所述主供电线路与所述用电设备之间设有与所述双路自动转换装置并联的第一辅助开关，所述第一辅助开关采用半导体开关元器件，所述第一辅助开关与所述控制单元电连接。
3.如权利要求2所述的应急供电电路，其特征在于，所述备用供电线路上设有与所述双路自动转换装置并联的第二辅助开关，所述第二辅助开关采用半导体开关元器件，所述第二辅助开关与所述控制单元电连接。
4.如权利要求3所述的应急供电电路，其特征在于，所述主供电线路与所述双路自动转换装置之间依次设有整流模块和逆变模块，所述用电设备设有整流模块和直流升降压模块。
5.如权利要求2所述的应急供电电路，其特征在于，所述备用供电线路上设有单路切换装置，所述备用供电线路上设有与所述单路切换装置并联的第三辅助开关，所述第三辅助开关采用半导体开关元器件，所述第三辅助开关与所述控制单元连接。
6.如权利要求2-5任一项所述的应急供电电路，其特征在于，所述第一辅助开关、第二辅助开关及第三辅助开关采用IGBT或MosFET半导体开关元器件。
7.如权利要求1所述的应急供电电路，其特征在于，所述备用供电线路上设有单路切换装置，所述备用供电线路上设有与所述单路切换装置并联的第三辅助开关，所述第三辅助开关采用半导体开关元器件，所述第三辅助开关与所述控制单元连接。
8.如权利要求1所述的应急供电电路，其特征在于，所述备用供电线路与所述用电设备之间设有与所述双路自动转换装置并联的第二辅助开关，所述第二辅助开关采用半导体开关元器件，所述第二辅助开关与所述控制单元电连接。
9.一种供电线路转换方法，采用上述权利要求1所述的应急供电电路，其特征在于，
当所述主供电线路转备用供电线路：所述控制单元计算出控制信号的发出时间点，向所述双路自动转换装置发出从所述主供电线路转至备用供电线路的控制信号，所述双路自动转换装置在交流电过零点处断开交流通路，实现零电压关断；
当所述备用供电线路转主供电线路：所述控制单元计算出控制信号的发出时间点，向所述双路自动转换装置发出从所述主供电线路转至备用供电线路的控制信号，所述双路自动转换装置在交流电过零点处开通交流通路，实现零电压开通。
10.一种供电线路转换方法，采用上述权利要求3所述的应急供电电路，其特征在于，
当所述主供电线路转备用供电线路：所述双路自动转换装置断开交流后，在直流开通前，由控制单元控制先开通所述第二辅助开关，使得直流电流通过所述第二辅助开关供给用电设备，之后所述双路自动转换装置再连接开通直流通路，由此所述双路自动转换装置可以实现零电流零电压开通，所述双路自动转换装置开通直流通路后所述控制单元控制关断所述第二辅助开关，直流电流通过所述双路自动转换装置供给用电设备；
当所述备用供电线路转主供电线路：所述双路自动转换装置关断直流前，由控制单元控制先开所述第二通辅助开关，使得直流电流经由第二辅助开关供给用电设备，之后所述双路自动转换装置再关断直流通路，实现零电流零电压关断，所述双路自动转换装置关断直流通路后，所述控制单元控制关断所述第二辅助开关，完全断开直流电流，最后所述双路自动转换装置再开通交流通路，转由交流电源为用电设备供电。
11.一种供电线路转换方法，采用上述权利要求5或权利要求7所述的应急供电电路，其特征在于，
当所述主供电线路转备用供电线路：所述单路切换装置在直流开通前，由控制单元控制先开通所述第三辅助开关，使得直流电流通过所述第三辅助开关供给用电设备，之后所述单路切换装置再连接开通直流通路，由此所述单路切换装置可以实现零电流零电压开通，所述单路切换装置开通直流通路后所述控制单元控制关断所述第三辅助开关，直流电流通过所述单路切换装置供给用电设备；
当所述备用供电线路转主供电线路：所述单路切换装置关断直流前，由控制单元控制先开所述第三通辅助开关，使得直流电流经由第三辅助开关供给用电设备，之后所述单路切换装置再关断直流通路，实现零电流零电压关断，所述单路切换装置关断直流通路后，所述控制单元控制关断所述第三辅助开关，完全断开直流电流，最后所述双路自动转换装置再开通交流通路，转由交流电源为用电设备供电。
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