CN108321788A - 一种电力切换装置及电力供配电系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种用于电力供配电系统的电力切换装置和一种电力供配电系统，本申请的电力供配电系统的输入端通过采用不同的电网实现了电力源的备份；通过采用多个直流供电系统，并且采用专用的电力切换装置实现了每个用电设备的故障隔离。当输电网络有任一电网出现故障的时候整个电网都能正常运转，提高了电力供配电系统的安全等级，同时实现了家庭发电的便捷并网。
Description
技术领域
本申请涉及电力电子变换、电能供配电领域，尤其涉及安全供电等级要求高的电力供配电系统。
背景技术
现有电力供配电系统如附图1所示，现有电力供配电系统通过高压交流输电线路从远距离的地方将电力传输到本地，在本地通过变电站将高压交流电转换成220V和/或380V的交流市电，变电站转换后的交流市电通过220V/380V交流输电线路为辖区内的用电设备供电。
但如附图1所示的现有电力供配电系统安全等级低，无法满足医院、学校、安防设备等领域的安全用电要求。因此，部分电力供配电系统采用如附图2所示的电力供配电系统，变电站的电力来源于两条不同网络的高压交流输电线路。正常情况下变电站从第一条高压交流输电线路取电，断开与第二条高压交流输电线路的连接。当第一条高压交流输电线路出现故障而断电的时候变电站取电点自动跳转到第二条高压交流输电线路，从而降低因为高压交流输电线路的问题而导致变电站辖区内停电的概率。但该电力供电系统仍然无法解决变电站与用电设备之间的电力保障问题，一旦220V/380V交流输电线路干路上有任何一处断路都会导致部分用电设备无法获取到电力供应。
并且，如附图1及附图2所示的现有电力供配电系统成本高，架设一个变电站的成本巨大，在用电设备稀疏而且用电量小的地带，以及在高速公路、铁路、地铁等沿线供电距离长但用电设备少等情况下，架设一个变电站的投入产出比低，往往入不敷出。
并且随着国家鼓励家庭太阳能发电并网、风能等新能源发电并网，现有的电力供配电系统难以实现便捷的并网。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种用于电力供配电系统的电力切换装置和一种电力供配电系统，以经济有效的方式实现更高安全等级的电力供配电。
为实现上述目的，本申请的一种用于电力供配电系统的电力切换装置，包括：至少三个连接端、与连接端相同个数的切换单元、故障检测单元、控制单元和通信单元；
每个所述连接端分别通过一个切换单元相连于一处；
至少一个所述连接端用于连接外部的150V-1200V直流电，至少一个所述连接端用于连接负载设备；
所述故障检测单元用于检测所述连接端的工作状态；所述连接端的工作状态包括正常工作、短路和/或断路；
所述控制单元用于控制所述切换单元的打开和/或关闭；若检测到任一所述连接端处在短路状态则断开与该连接端对应连接的切换单元；
所述通信单元用于传输各连接端的工作状态，所述工作状态包括正常工作、短路和/或断路。
同时，本申请还提供了一种电力供配电系统，该电力供配电系统包括：至少两个直流输出设备、至少一个直流发电设备、至少两个上述所述用于电力供配电系统的电力切换装置、负载设备和电源适配设备；
所述直流输出设备包括至少一个输入端和至少一个输出端，所述直流输出设备的输出端输出电压为150V-1200V的直流电；
所述直流发电设备包括输出端，所述直流发电设备的输出端输出电压为150V-1200V的直流电，所述直流输出设备的输入端连接到市电输电线路、高压交流输电线路或高压直流输电线路；
所述直流输出设备的输出端与第一个所述电力切换装置的连接端连接，下一个所述电力切换装置的连接端与上一个所述电力切换装置的连接端连接，最后一个所述电力切换装置的连接端与另一所述直流输出设备的输出端连接；
所述直流发电设备的输出端与任一所述电力切换装置的连接端连接；
所述至少两个直流输出设备的输入端连接到不同的市电输电线路、高压交流输电线路或高压直流输电线路；
所述直流发电设备为太阳能发电设备、风能发电设备和/或沼气发电设备；
所述电力切换装置的连接端通过所述电源适配设备与所述负载设备相连；所述电源适配设备为直流转交流设备和/或直流降压设备；
经由上述的技术方案可知，本申请的电力供配电系统的输入端通过采用不同的电网实现了电力源的备份；通过采用多个直流供电系统，并且采用专用的电力切换装置实现了每个用电设备的故障隔离。当输电网络有任一电网出现故障的时候整个电网都能正常运转，提高了电力供配电系统的安全等级，同时便于太阳能发电设备、风能发电设备等发电设备的电能并网。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1示出了现有电力供配电系统的结构示意图；
图2示出了另一现有电力供配电系统的结构示意图；
图3示出了本申请一种电力供配电系统的结构示意图；
图4示出了本申请一种电力供配电系统的另一结构示意图；
图5示出了本申请另一种电力供配电系统的结构示意图；
图6示出了本申请一种用于电力供配电系统的电力切换装置的结构示意图；
图7示出了本申请另一种用于电力供配电系统的电力切换装置的结构示意图；
图8示出了本申请另一种用于电力供配电系统的电力切换装置的结构示意图；
图9示出了本申请另一种用于电力供配电系统的电力切换装置的结构示意图；
图10示出了本申请另一种用于电力供配电系统的电力切换装置的结构示意图；
图11示出了本申请另一种用于电力供配电系统的电力切换装置的结构示意图。
具体实施方式
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，都属于本申请保护的范围。
如图3、图4、图5所示，本发明提供一种电力供配电系统，其特征在于，包括：至少两个直流输出设备100、至少一个直流发电设备300、至少两个用于电力供配电系统的电力切换装置200和负载设备400；
所述直流输出设备100包括至少一个输入端和至少一个输出端，所述直流输出设备100的输出端输出电压为150V-1200V的直流电；
所述用于电力供配电系统的电力切换装置包括至少三个连接端(如图6中的连接端211、连接端212、连接端213，如图7中的连接端211、连接端212、连接端213和连接端214)；
所述直流发电设备300包括输出端，所述直流发电设备300的输出端输出电压为150V-1200V的直流电，所述直流输出设备100的输入端连接到市电输电线路、高压交流输电线路或高压直流输电线路；
所述直流输出设备100的输出端与第一个所述电力切换装置的连接端连接，下一个所述电力切换装置的连接端与上一个所述电力切换装置的连接端连接，最后一个所述电力切换装置的连接端与另一所述直流输出设备100的输出端连接；
所述直流发电设备300的输出端与任一所述电力切换装置的连接端连接；
所述负载设备400连接到所述电力切换装置的其他任一连接端。
需要说明的是所述直流发电设备300可以是直接输出直流的设备，例如太阳能发电设备；也可以是经过交流电转变成直流电的风能发电设备和/或沼气发电设备。
如图4所示，所述直流发电设备300可以有多个，所述直流发电设备300的输出端与任一所述电力切换装置的连接端连接。
需要说明的是本实施例中的直流输出设备100可以有多个，任意两个直流输出设备100之间可以采用本实施例中的电力供配电系统方案，例如可以采用本实施例中的电力供配电系统方案将所述直流输出设备100串联起来，也可以采用本实施例中的电力供配电系统方案将所述直流输出设备100连接成星形结构等。
本方案电力供配电系统中电源输入来源广泛，对电源输入没有限定，采用本电力供配电系统的直流输出设备100的输入端可以接收来自发电站直接传输过来的电网电能(例如10KV、100KV、200KV、500KV等高压直流输电线网或者高压交流电线网)，也可以接收来自供电局的110V、220V、380V等交流市电线路的电能，还可以接收来自太阳能、风能等发电设备发出的电能。各个国家的供电和输电采用的形式不尽相同，例如有些国家和地区采用高压交流进行输电、有些国家和地区采用高压直流进行输电，有些国家和地区的供电局采用220V交流为居民进行供电，有些国家和地区的供电局采用110V交流为居民进行供电，在这些国家和地区均可以采用本方案的电力供配电系统。本方案电力供配电系统中的直流输出设备100的输出端的输出电压为150V-1200V的直流电，优选的输出电压为300V-1000V，采用300V-1000V的设计可以使得直流输出设备100输出大功率的情况下保持相对较低的电流，从而降低电能在传输过程中时在输电线上的损耗，因此可以提高输电距离；其他一些优选的输出电压为154V、308V、532V和1000V，若直流输出设备100的输入电压为110V、220V、380V交流电，则只需要通过简单的二极管进行交直流转换并经过电容滤波后即可对应得到154V、308V、532V直流电，因此该直流输出设备100的设计会更为简单。需要注意的是，本方案电力供配电系统中的直流电路部分的连接要遵循电路正极与电路正极相连，电路负极与电路的负极相连，这是电路方面的基本常识。
本方案所指的电力切换装置与切换装置之间的连接还可以为电力切换装置通过中继器提高输电能力后再与另一切换装置进行连接。
本方案电力供配电系统的核心在于采用了用于电力供配电系统的电力切换装置，若整个电力供配电系统中任一部分出现故障(短路或者断路)时，可以通过所述电力切换装置将故障部分隔离开，并且隔离后的两部分电路可以分别由对应的直流输出设备100供电，因此整个电力供配电系统中任一部分出现故障都不会造成系统瘫痪。并且当所述电力供配电系统中任意一个部分需要增加或者更换电力切换装置及电力切换装置下面挂载的其他设备时，只需要将相邻的两个电力切换装置断开即可进行增加或者更换操作。
需要说明的是每个电力切换装置可以挂载负载设备400或者通过电源适配设备500(可以是直流转交流设备和/或直流降压设备)等其他转接设备连接到负载设备400，当然每个电力切换装置也可以选择悬空而不挂载任何设备；并且本方案中的电力切换装置的第一连接端和第二连接端在没有特别说明的情况下可以是相同的连接端，第一连接端和第二连接端与其他端口的连接可以互换，在这种情况下“第一连接端”和“第二连接端”中的“第一”和“第二”仅用于区别两个连接端是不同的连接端。
优选地，在另一个电力供配电系统实施例中，相邻的两个直流输出设备100的输入端连接到不同的市电输电线路、高压交流输电线路和/或高压直流输电线路。若相邻的两个直流输出设备100的输入端中有一个输入端失去电能供应时，另一个直流输出设备100也可以从正常的电网中获取电能为本方案电力供配电系统中的其他设备供电，使得各负载设备400可以正常运行。
优选地，在另一个电力供配电系统实施例中，所述电力切换装置的任意一个输出端还可以挂载电力切换装置，从而使得整个电力供配电系统可以有多样化的电源供应的拓扑结构，配置起来更加多样化并且可以挂载更多的负载设备400。
如图6、图7所示为本方案中一种用于本电力供配电系统的电力切换装置，该电力切换装置包括：至少三个连接端和与连接端相同个数的切换单元；
每个所述连接端分别通过一个切换单元相连于一处；
至少一个所述连接端用于连接外部的150V-1200V直流电，至少一个所述连接端用于连接负载设备400。
该实施例中所指的连接可以是直接相连，也可以是通过必要设备后与另一单元和设备连接。
正常工作时，所有连接有外部设备的对应连接端的切换单元均处于闭合状态，当某个点发生短路时，只需要将与该故障点最近的切换单元断开即可，断开后通过相应的控制即可实现故障点两边的设备由对应的直流输出设备100供电，从而实现故障隔离。
如图8所示，优选地，本方案的用于本电力供配电系统的电力切换装置还包括故障检测单元；所述故障检测单元用于检测所述连接端的工作状态；所述连接端的工作状态包括正常工作、短路和/或断路。
优选地，本方案的用于本电力供配电系统的电力切换装置还包括通信单元；所述通信单元用于传输各连接端的工作状态，所述工作状态包括正常工作、短路和/或断路。所述故障检测单元可以通过检测某个部分或者各个部位的电压和/或电流是否异常来判断该部位是否发生故障，并且所述故障检测单元可以通过光纤、双绞线、窄带通信、NB-IOT(窄带物联网)、4G、5G和/或其他的有线和无线网络与中控制台进行通信，从而实现故障定位。
如图9所示，优选地，本方案的用于本电力供配电系统的电力切换装置还包括控制单元，所述控制单元用于控制所述切换单元的打开和/或关闭；若检测到任一所述连接端处在短路状态则断开与该连接端对应连接的切换单元。通过采用控制单元可以实现远程控制和自动控制功能，更加智能和便捷。
如图10所示，优选地，本方案的用于本电力供配电系统的电力切换装置中，所述切换单元由一个切换开关组成，并且所述切换开关设置在所述供配电系统的正极上。
如图11所示，优选地，本方案的用于本电力供配电系统的电力切换装置中，所述切换单元由两个切换开关组成，所述两个切换开关分别设置在所述供配电系统的正极和负极上。
采用如图10所示的方式可以以更低的成本实现同样的功能，采用如图11所示的方式可以防止整个供配电系统的地电平偏离绝对零电平而导致的触电事故。
在上述各实施例中，所述的切换开关可以是由一个或多个继电器、MOS管、IGBT和/或其他电力切换开关组成。
本说明书中的单元、模块可以为一个元器件组成或者由若干个元器件组成；本说明书中的电力供配电系统的电力切换装置中所指的与某一连接点处相连的具体含义是指这三个端口在这个位置是电连接的，而不限定具体是哪个物理连接点。
经由上述的技术方案可知，本申请实施例通过采用多个直流输出设备100和用于电力供配电系统的电力切换装置，并且采用创新型的连接方式，实现了电力供配电系统内部各用电设备的电源备份，若相邻两个直流输出设备100的输入端从不同的电网取电，当其中一个电网异常时，可以从其他电网取电，实现本方案中整个电力供配电系统的取电备份。大大提高了电力供配电系统的安全等级。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种用于电力供配电系统的电力切换装置，其特征在于，包括：至少三个连接端和与连接端相同个数的切换单元；
每个所述连接端分别通过一个切换单元相连于一处；
至少一个所述连接端用于连接外部的150V-1200V直流电，至少一个所述连接端用于连接负载设备。
2.根据权利要求1所述的用于电力供配电系统的电力切换装置，其特征在于，还包括故障检测单元；所述故障检测单元用于检测所述连接端的工作状态；所述连接端的工作状态包括正常工作、短路和/或断路。
3.根据权利要求2所述的用于电力供配电系统的电力切换装置，其特征在于，所述电力切换装置还包括控制单元，所述控制单元用于控制所述切换单元的打开和/或关闭；若检测到任一所述连接端处在短路状态则断开与该连接端对应连接的切换单元。
4.根据权利要求3所述的用于电力供配电系统的电力切换装置，其特征在于，所述切换单元由一个切换开关组成，并且所述切换开关设置在所述供配电系统的正极上。
5.根据权利要求3所述的用于电力供配电系统的电力切换装置，其特征在于，所述切换单元由两个切换开关组成，所述两个切换开关分别设置在所述供配电系统的正极和负极上。
6.根据权利要求4和5所述的任一用于电力供配电系统的电力切换装置，其特征在于，还包括通信单元；所述通信单元用于传输各连接端的工作状态，所述工作状态包括正常工作、短路和/或断路。
7.一种电力供配电系统，其特征在于，包括：至少两个直流输出设备、至少一个直流发电设备、至少两个如权利要求1-6任一所述用于电力供配电系统的电力切换装置和负载设备；
所述直流输出设备包括至少一个输入端和至少一个输出端，所述直流输出设备的输出端输出电压为150V-1200V的直流电；
所述直流发电设备包括输出端，所述直流发电设备的输出端输出电压为150V-1200V的直流电，所述直流输出设备的输入端连接到市电输电线路、高压交流输电线路或高压直流输电线路；
所述直流输出设备的输出端与第一个所述电力切换装置的连接端连接，下一个所述电力切换装置的连接端与上一个所述电力切换装置的连接端连接，最后一个所述电力切换装置的连接端与另一所述直流输出设备的输出端连接；
所述直流发电设备的输出端与任一所述电力切换装置的连接端连接；
所述负载设备连接到所述电力切换装置的其他任一连接端。
8.根据权利要求7所述的电力供配电系统，其特征在于，所述直流发电设备为太阳能发电设备、风能发电设备和/或沼气发电设备。
9.根据权利要求7所述的电力供配电系统，其特征在于，所述至少两个直流输出设备的输入端连接到不同的市电输电线路、高压交流输电线路或高压直流输电线路。
10.根据权利要求8所述的电力供配电系统，其特征在于，还包括电源适配设备；
所述负载设备与所述电力切换装置的连接端连接具体为：所述电力切换装置的连接端通过所述电源适配设备与所述负载设备相连；
所述电源适配设备为直流转交流设备和/或直流降压设备。
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| CN108321788B (zh) | 2024-06-11 |
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