CN104682551B - 电源并联转换装置的合环选掉方法及电源并联转换装置 - Google Patents

Abstract

本本发明公开了一种电源并联转换装置的合环选掉方法，属于自动转换开关技术领域。本发明合环选掉方法仅以流经母联执行开关的合环电流是否超过预设值作为是否进行合环选掉保护的依据，并将第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关赋予不同的选掉优先级，在合环电流过大时，根据合环电流的实时检测结果，按照选掉优先级从高到低的次序依次关断各执行开关。本发明还公开了一种电源并联转换装置及电源系统。相比现有技术，本发明可大幅提高合环选掉保护的安全可靠性，同时还可从整体上提高并联转换成功的几率。

Description

电源并联转换装置的合环选掉方法及电源并联转换装置

技术领域

本发明涉及一种电源并联转换装置的合环选掉方法及电源并联转换装置，属于自动转换开关技术领域。

背景技术

自动电源转换开关已广泛应用于工业供电系统中，但在两电源两负载的情况下，如果正常供电情况下，两路电源分别单独供电给两路负载，若任何一路出现故障，现有大多数自动电源转换开关无法使没出现故障的另一路电源同时供电给两路负载，造成该路负载无法得电工作。

为了解决上述问题，可在两路负载的输入侧之间跨接一个母联执行开关，通过采用PLC与继电器组成的系统控制两个电源执行开关和母联执行开关的方式来实现。由于通常采用先分后合的电源转换方式，即先断开故障电源的执行开关，然后控制母联执行开关闭合，这样就会导致负载短暂断电。

然而在一些对供电连续性要求较高的行业，如石油化工、电信、医院等，一旦断电会造成重大损失，因此，这类场合需要一种不间断切换的电源转换系统。为了实现不间断切换电源，可采用先合后分的并联转换方式，即先闭合母联执行开关，然后断开故障电源的执行开关。但这种不间断切换电源需要相序、电压差、频率差、相位差满足条件才能进行并联转换，且在转换过程中容易出现合环电流过大，有可能导致电源损坏。

为解决上述问题，一篇中国专利（发明名称为“一种带合环选掉保护的并联转换控制系统”，公开号为CN103701199A，公开日为2014年4月2日）公开了一种合环选掉保护方法，即在并联转换过程中控制器会实时检测两路进线电流和母联电流，合环过程中如果任何一路电流大于预设值，控制器会瞬间发出命令断开三台断路器中的一台，退出并联转换。该方法虽然可以在一定程度上防止合环电流过大所产生的危险，但也存在以下问题：第一、该方法以两路进线电流和母联电流中任意一路电流大于预设值作为合环选掉的条件，而其中两路进线电流受负载的影响会产生较大的变化很大，一方面，两路进线电流的预设值很难选取，另一方面，当某一路进线电流由于负载的影响而超过预设值时，系统就会进行不必要的合环选掉动作，从而从整体上提高了电源并联转换失败的几率。第二、该方法是通过断开三个执行开关中预先选定的一个来实现合环选掉，一旦该执行开关出现故障未能正常分断，则过大的合环电流仍会存在，因此该方法的安全可靠性有待进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种电源并联转换装置的合环选掉方法及电源并联转换装置，可大幅提高合环选掉保护的安全可靠性，同时还可从整体上提高并联转换成功的几率。

本发明的技术方案具体如下：

电源并联转换装置的合环选掉方法，所述电源并联转换装置包括第一电源输入端、第二电源输入端、第一输出端、第二输出端、第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关，第一执行开关串接于第一电源输入端和第一输出端之间，第二执行开关串接于第二电源输入端和第二输出端之间，母联执行开关跨接于第一输出端和第二输出端之间；所述第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关被分别赋予三种不同的选掉优先级；在并联转换过程中，实时监测流经母联执行开关的合环电流并与一预设电流值进行比较，如合环电流大于预设电流值，则关断第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关中选掉优先级最高的一个，如优先级最高的执行开关分断失败，合环电流仍大于所述预设电流值，则关断第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关中选掉优先级次高的一个，如优先级次高的执行开关分断失败，此时合环电流仍大于所述预设电流值，则关断第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关中选掉优先级最低的一个。

一种电源并联转换装置，包括第一电源输入端、第二电源输入端、第一输出端、第二输出端、第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关、控制单元，第一执行开关串联于第一电源输入端和第一输出端之间，第二执行开关串联于第二电源输入端和第二输出端之间，母联执行开关跨接于第一输出端和第二输出端之间；控制单元可分别对第一电源输入端和第二电源输入端的输入的电压值、相序、电压差、频率差和相角差，以及流经母联执行开关的合环电流，进行监控，并可对第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关进行控制；所述第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关被分别赋予三种不同的选掉优先级；所述控制单元在接到并联转换指令后，首先判断第一电源输入端和第二电源输入端的输入的电压值、相序、电压差、频率差和相角差是否均满足预设条件，如是，则进行并联转换；在并联转换过程中，控制单元实时监测流经母联执行开关的合环电流并与一预设电流值进行比较，如合环电流大于预设电流值，则关断第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关中选掉优先级最高的一个，如合环电流仍大于所述预设电流值，则关断第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关中选掉优先级次高的一个，如此时合环电流仍大于所述预设电流值，则关断第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关中选掉优先级最低的一个。

一种电源系统，包括第一电源、第二电源以及如上所述电源并联转换装置，所述电源并联转换装置的第一电源输入端、第二电源输入端分别与第一电源、第二电源连接。

相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

本发明仅以流经母联执行开关的合环电流是否超过预设值作为是否进行合环选掉保护的依据，在有效防止过大合环电流所导致的安全风险的同时，有效降低了电源并联转换失败的几率，并且所需的电流监测部件也更少；

本发明将第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关赋予不同的选掉优先级，在合环电流过大时，根据合环电流的实时检测结果，按照选掉优先级从高到低的次序依次关断各执行开关，从而可有效防止执行开关故障所导致的合环选掉保护的失效，提高了系统安全性；且选掉优先级可由用户根据实际需要自行设定，提高了合环选掉保护的灵活性。

附图说明

图1为具体实施方式中本发明电源系统的结构框图；

图2为第一转接器的结构示意图；

图3为控制单元的结构示意图；

图4为手动操作旋钮的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明电源系统的一个优选实施例的结构如图1所示，包括第一执行开关、第一转接器、第二执行开关、第二转接器、母联执行开关、第三转接器、控制器和电流互感器，所述的第一执行开关串接于第一电源与第一负载之间的电源回路中，第二执行开关串接于与第二电源与第二负载之间的电源回路中，母联执行开关串接于第一电源与第二电源的母联回路中，电流互感器穿设在第一电源与第二电源的母联回路中，且与控制器连接，第一转接器分别与第一电源、第一执行开关以及控制器连接，第二转接器分别与第二电源、第二执行开关以及控制器连接，第三转接器分别与母联执行开关以及控制器连接。

为了方便用户现场安装、连接，防止因用户接线错误导致损坏控制器、执行开关等设备，本实施例中分别为第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关设置了相应的转接器：第一～第三转接器。本实施例中设置转接器的目的：一是在系统供电电源无法停电而同时需要控制器停电的情况下，通过转接器上的微型断路器将系统供电电源与控制器隔离；二是当控制器或执行开关二次系统出现短路等故障时可通过转接器上的微型断路器将故障点与系统电源隔离，防止故障点影响到系统电源；三是因转接器上设置了执行开关连接接口、控制器连接接口，便于用户接线，亦便于自动电源转换系统的维护。其中第一转接器和第二转接器的结构相同，以起到便于电源、控制器和第一、第二执行开关之间的相互连接电缆的转接作用。第一转接器的结构如图2所示，包括微型断路器、电源接口、控制器接口以及执行开关接口。如图2所示，微型断路器与第一电源和电源接口连接，电源接口与控制器连接，控制器接口分别与控制器和执行开关接口连接，执行开关接口与第一执行开关连接。微型断路器接通时，第一电源与电源接口连接，将第一电源送至控制器，控制器采集第一电源信号，并经控制器接口、第一执行开关接口将工作电源送至第一执行开关，并控制第一执行开关的通断。第一执行开关的位置信号经第一执行开关接口、控制器接口送至控制器。第二转接器与此类似，微型断路器与第二电源和电源接口连接，电源接口与控制器连接，控制器接口分别与控制器和执行开关接口连接，执行开关接口与第二执行开关连接。微型断路器接通时，第二电源与电源接口连接，将第二电源送至控制器，控制器采集第二电源信号，并经控制器接口、第二执行开关接口将工作电源送至第二执行开关，并控制第二执行开关的通断。第二执行开关的位置信号经第二执行开关接口、控制器接口送至控制器。第三转接器包括控制器接口以及执行开关接口，控制器接口分别与控制器和执行开关接口连接，执行开关接口与母联执行开关连接。控制器经控制器接口、执行开关接口将工作电源送至母联执行开关，并控制母联执行开关的通断。母联执行开关的位置信号经母联执行开关接口、控制器接口送至控制器。

本实施例中的控制器如图3所示，包括微处理器以及分别与微处理器连接的电源电路、电源采样电路、人机交互电路、开关状态检测电路、执行单元电路、电流采样电路。电源电路为整个控制器中的电路提供工作电源。电源采样电路用于采集第一电源、第二电源的电压、频率、相位信号。开关状态检测电路用于将第一执行开关、第二执行开关和母联执行开关的合、分及脱扣信号经转换处理后送至微处理器；执行单元电路为微处理器根据第一电源、第二电源的状态、第一执行开关、第二执行开关和母联执行开关的状态经逻辑判断后通过执行单元电路控制相应的执行开关动作；电流采样电路用于将穿设于串接母联执行开关的母联回路中的电流互感器采集到的电流转换为微处理器可以接受的信号，并送至微处理器。人机交互电路包括LCD液晶显示屏、操作按键及手动操作旋钮，通过LCD液晶显示屏、操作按键来实现各种参数的设定及显示等功能，手动操作旋钮用于设定自投自复、自投不自复、以及强制第一执行开关、第二执行开关和母联执行开关操作至三个执行开关的各种组合状态，本实施例中的手动操作旋钮如图4所示，其手动模式下的6种开关组合状态如表1所示。

表1

当手动操作旋钮设定在自投自复、自投不自复位置时无并联转换功能，其电源转换过程为断电转换；强制第一执行开关、第二执行开关和母联执行开关操作为手动操作，手动强制转换时为并联转换，其转换过程为不断电转换，这样做的目的是使用户对并联转换慎重操作。因此，必须手动强制时才有并联转换功能；所述并联转换功能为手动强制转换过程中存在短时第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关同时合闸（即合环状态）后再分断任一执行开关，使得第一负载和第二负载均不断电的功能。如表1所示，假设自动电源转换系统处于手动模式1，即第一执行开关处于合闸状态、第二执行开关处于合闸状态、母联执行开关处于分闸状态，此时手动强制到手动模式2，则动作过程为：先闭合母联执行开关，再分断第二执行开关，第一负载和第二负载均不会出现断电状态，即为所谓并联转换。

本发明的电源并联转换装置在通过手动操作强制转换时实现并联转换功能，控制器实时监测两路电源的电压值、相序、电压差、频率差和相角差，仅当以上五项满足预设条件时，控制器才会执行先合后分的动作，以保证两路电源的不断电切换，如果以上五项任意一项不满足条件，则控制器通过人机交互电路的LCD液晶显示屏显示故障，不再进行转换。

当控制器确认两路电源的电压值、相序、电压差、频率差和相角差满足预设条件时，即开始并联转换过程。在并联转换过程中有短暂的合环状态，即在第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关均在合闸状态下时，第一电源经第一执行开关、母联执行开关、第二执行开关和第二电源构成合环回路。若在合环状态时由于电源故障或并联转换条件设置的阈值过大，会产生很大的合环电流，该电流会烧毁发电机或变压器。为了规避上述风险，本发明控制器在并联转换过程中具有合环选掉保护。本发明的合环选掉保护方法仅以流经母联执行开关的合环电流是否超过预设值作为是否进行合环选掉保护的依据，并且将第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关赋予不同的选掉优先级，在合环电流过大时，根据合环电流的实时检测结果，按照选掉优先级从高到低的次序依次关断各执行开关。在并联转换过程中，微处理器通过实时检测电流互感器所采集的合环电流经电流采样电路处理后的信号，并与设定的电流阈值比较，若采集到的电流大于设定的电流阈值，则控制器按照选掉优先级从高到低的次序控制各执行开关顺序动作，即控制器首先控制选掉优先级最高的执行开关动作分断，若分断成功，则控制器通过人机交互电路的LCD液晶显示屏显示并联转换后第一执行开关、第二执行开关和母联执行开关的合/分状态，若因执行开关故障等原因分断失败，合环电流仍大于设定的电流阈值，则控制器控制选掉优先级次高的执行开关动作分断，若分断成功，则控制器通过人机交互电路的LCD液晶显示屏显示并联转换后第一执行开关、第二执行开关和母联执行开关的合/分状态，若优先级次高的执行开关因执行开关故障等原因分断失败，则控制选掉优先级最低的执行开关分断，无论该执行开关分断成功与否，控制器通过人机交互电路的LCD液晶显示屏均显示合环故障保护。其中第一执行开关、第二执行开关和母联执行开关的分断成功与失败（也就是执行开关的合/分状态）通过控制器中的开关状态检测电路检测得到。该方法可有效降低因执行开关故障导致的过大合环电流无法有效分断的风险，提高系统的安全性。

其中第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关的具体选掉优先级设置可由用户依据实际需要自行选择。例如，用户希望第二负载尽可能不断电，则可将第一执行开关、母联执行开关、第二执行开关的选掉优先级依次设置为高、中、低三级，这样，在并联转换过程中出现合环电流过大时，首先关断第一执行开关，此时第一负载、第二负载均可由第二电源供电，不会断电；如第一执行开关未能分断成功，则接着分断母联执行开关，此时，第一负载断电，而第二负载不断电；如果出现极端的第一执行开关和母联执行开关同时分断失败，则只能将第二执行开关也分断。又或者，用户希望第一负载尽可能不断电，则可将第二执行开关、母联执行开关、第一执行开关的选掉优先级依次设置为高、中、低三级，这样，在并联转换过程中出现合环电流过大时，首先分断第二执行开关，此时第一负载、第二负载均可由第一电源供电，不会断电；如第二执行开关未能分断成功，则接着分断母联执行开关，此时，第二负载断电，而第一负载不断电；如果出现极端的第二执行开关和母联执行开关同时分断失败，则只能将第一执行开关也分断，提高系统的安全性。

Claims (6)

1.电源并联转换装置的合环选掉方法，所述电源并联转换装置包括第一电源输入端、第二电源输入端、第一输出端、第二输出端、第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关，第一执行开关串接于第一电源输入端和第一输出端之间，第二执行开关串接于第二电源输入端和第二输出端之间，母联执行开关跨接于第一输出端和第二输出端之间；其特征在于，所述第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关被分别赋予三种不同的选掉优先级；在并联转换过程中，实时监测流经母联执行开关的合环电流并与一预设电流值进行比较，如合环电流大于预设电流值，则关断第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关中选掉优先级最高的一个，如优先级最高的执行开关分断失败，合环电流仍大于所述预设电流值，则关断第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关中选掉优先级次高的一个，如优先级次高的执行开关分断失败，此时合环电流仍大于所述预设电流值，则关断第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关中选掉优先级最低的一个。

2.如权利要求1所述合环选掉方法，其特征在于，利用电流互感器实时监测流经母联执行开关的合环电流。

3.如权利要求1所述合环选掉方法，其特征在于，只有在第一电源输入端和第二电源输入端的输入的电压值、相序、电压差、频率差和相角差均满足预设条件时，才进行所述并联转换过程。

4.一种电源并联转换装置，包括第一电源输入端、第二电源输入端、第一输出端、第二输出端、第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关、控制单元，第一执行开关串联于第一电源输入端和第一输出端之间，第二执行开关串联于第二电源输入端和第二输出端之间，母联执行开关跨接于第一输出端和第二输出端之间；控制单元可分别对第一电源输入端和第二电源输入端的输入的电压值、相序、电压差、频率差和相角差，以及流经母联执行开关的合环电流，进行监控，并可对第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关进行控制；其特征在于，所述第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关被分别赋予三种不同的选掉优先级；所述控制单元在接到并联转换指令后，首先判断第一电源输入端和第二电源输入端的输入的电压值、相序、电压差、频率差和相角差是否均满足预设条件，如是，则进行并联转换；在并联转换过程中，控制单元实时监测流经母联执行开关的合环电流并与一预设电流值进行比较，如合环电流大于预设电流值，则关断第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关中选掉优先级最高的一个，如优先级最高的执行开关分断失败，合环电流仍大于所述预设电流值，则关断第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关中选掉优先级次高的一个，如优先级次高的执行开关分断失败，此时合环电流仍大于所述预设电流值，则关断第一执行开关、第二执行开关、母联执行开关中选掉优先级最低的一个。

5.如权利要求4所述电源并联转换装置，其特征在于，控制单元通过穿设于第一输出端和第二输出端之间的母联回路上的电流互感器实时监测流经母联执行开关的合环电流。

6.一种电源系统，包括第一电源、第二电源以及如权利要求4或5所述电源并联转换装置，所述电源并联转换装置的第一电源输入端、第二电源输入端分别与第一电源、第二电源连接。