CN110350650B - 大容量高可靠快速电源切换装置及其切换控制方法 - Google Patents

大容量高可靠快速电源切换装置及其切换控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大容量高可靠快速电源切换装置，包括电源侧1及母联开关，电源侧1为两路交流电源进线的双电源供电模式，第一路电源进线的母线通过母联开关与第二路电源进线的母线连接，关键负荷挂接在第三母线上，第三母线通过输电通路1与第一路电源进线的母线连接，第三母线还通过输电通路2与第二路电源进线的母线连接。输电通路1和输电通路2用于接通或分断关键负荷的电流通路。输电通路1、输电通路2以及母联开关分别与控制器连接，输电通路1、输电通路2以及母联开关的通断通过控制器实现控制。当某一侧的电源出现故障时，仍能通过另一侧的电源对关键负荷与次要负荷进行供电，响应时间短，连续性较好，不影响关键负荷的正常运行。

Description

大容量高可靠快速电源切换装置及其切换控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统输配电的自动投切技术领域，特别涉及一种大容量高可靠快速电源切换装置及其切换控制方法。
背景技术
在许多用电场合中，存在需要稳定供电和连续供电的设备，因此常常采用双电源对重要设备进行供电，当一侧的电源出现故障时，则由另一侧的电源对负荷进行供电。但双电源供电系统存在诸如切换时间较长，负荷电压连续性和稳定性较差等问题，比如传统的机械式断路器在需要分断时，响应速度较慢，容易产生电弧，且会导致用电设备电压的不连续性。
发明内容
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现：
一种大容量高可靠快速电源切换装置，包括电源侧1及母联开关，电源侧1为两路交流电源进线的双电源供电模式，第一路电源进线的母线通过母联开关与第二路电源进线的母线连接，所述关键负荷挂接在第三母线上，第三母线通过输电通路1与第一路电源进线的母线连接，第三母线还通过输电通路2与第二路电源进线的母线连接；
所述输电通路1和输电通路2用于接通或分断关键负荷的电流通路；
所述输电通路1、输电通路2以及母联开关分别与控制器连接，输电通路1、输电通路2以及母联开关的通断通过控制器实现控制。
优选地，所述母联开关由一个二极管整流桥与全控型功率器件IGBT并联后再并入RCD吸收电路制成。
优选地，所述输电通路1、输电通路2内部结构相同；
所述输电通路1包括一个电力电子开关、一个旁路开关QS3以及隔离开关QS1、QS2；
所述电力电子开关的进线端与隔离开关QS1连接，通过QS1连接到第一母线W1；电力电子开关的出线端与隔离开关QS2连接，通过QS2连接到第三母线W3；QS1、电力电子开关、QS2共同构成了主流通支路，电流主要经过第一母线W1 、QS1、电力电子开关、QS2到达第三母线W3上为关键负荷提供电能。
优选地，所述主流通支路上并联有一个旁路开关QS3旁路开关。
优选地，所述电力电子开关由一个二极管整流桥与全控型功率器件IGBT并联后再并入RCD吸收电路制成。
优选地，所述第一路电源进线的母线以及第二路电源进线的母线上还分别挂接有次要负荷。
为了便于控制，本发明还提供了一种基于上述大容量高可靠快速电源切换装置的切换控制方法，包括以下步骤：
当第一路电源无故障，第二路电源无故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2无故障时：母联开关关断，电子开关1开通，电子开关2开通，旁路开关2关断，旁路开关2关断；
当第一路电源无故障，第二路电源有故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2无故障时：母联开关开通，电子开关1开通，电子开关2开通，旁路开关2关断，旁路开关2关断；
当第一路电源有故障，第二路电源无故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2无故障时：母联开关开通，电子开关1开通，电子开关2开通，旁路开关2关断，旁路开关2关断；
当第一路电源有故障，第二路电源有故障时：母联开关关断，电子开关1关断，电子开关2关断，旁路开关2关断，旁路开关2关断；
当第一路电源无故障，第二路电源无故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2无故障时：母联开关关断，电子开关1关断，电子开关2开通，旁路开关2开通，旁路开关2关断；
当第一路电源无故障，第二路电源无故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2有故障时：母联开关关断，电子开关1开通，电子开关2关断，旁路开关2关断，旁路开关2开通；
当第一路电源无故障，第二路电源无故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2有故障时：母联开关关断，电子开关1关断，电子开关2关断，旁路开关2开通，旁路开关2开通；
当第一路电源无故障，第二路电源有故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2有故障时：母联开关开通，电子开关1开通，电子开关2关断，旁路开关2关断，旁路开关2开通；
当第一路电源无故障，第二路电源有故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2无故障时：母联开关开通，电子开关1关断，电子开关2开通，旁路开关2开通，旁路开关2关断；
当第一路电源无故障，第二路电源有故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2有故障时：母联开关关断，电子开关1开通，电子开关2开通，旁路开关2关断，旁路开关2关断；
当第一路电源有故障，第二路电源无故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2有故障时：母联开关开通，电子开关1开通，电子开关2关断，旁路开关2关断，旁路开关2开通；
当第一路电源有故障，第二路电源无故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2无故障时：母联开关开通，电子开关1关断，电子开关2开通，旁路开关2开通，旁路开关2关断；
当第一路电源有故障，第二路电源无故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2有故障时：母联开关开通，电子开关1关断，电子开关2关断，旁路开关2开通，旁路开关2开通。
本发明能对位于两个交流供电源侧母线上的次要负荷以及供电终端母线上的关键负荷进行连续供电，当某一侧的交流供电源出现相位或电压的严重偏差现象、变压器需要进行检修或者电力电子开关发生故障时，仍能通过另一侧的交流供电源对关键负荷与次要负荷进行供电，且响应和切换的时间很短，连续性较好，不影响关键负荷的正常运行。
通过上述装置及控制方法，可以保证在电源发生电压暂降，无法对负荷进行正常供电时，通过开通或者关断母联开关和两条输电通路上的电力电子开关来的切换到另外的供电线路，以保证关键负荷与次要负荷尽可能地得到连续供电，从而不影响设备的正常工作。相对于传统的机械式断路器在需要分断时，响应速度较慢，容易产生电弧，且会导致用电设备电压的不连续性，本发明采用的以IGBT为载体的交流开关则大大提高了用电设备供电电压的稳定性与可靠性，且不同状况下的转换时间较短，反应灵敏。
附图说明
图1是本发明提供的实施例电路框图；
图2是本发明提供的实施例电路图。
具体实施方式
为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的图1和图2，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，一种大容量高可靠快速电源切换装置，包括母联开关、输电通路1、输电通路2以及控制器。
电源侧1为两路交流电源进线的双电源供电模式，第一路电源进线的母线通过母联开关与第二路电源进线的母线连接。
关键负荷挂接在第三母线上，第三母线通过输电通路1与第一路电源进线的母线连接，第三母线还通过输电通路2与第二路电源进线的母线连接。
输电通路1和输电通路2均是可以实现接通或断开功能的通路，其分别与控制器电连接，通过控制器的控制可以实现分或合操作。同样的，母联开关也与控制器电连接，由控制器控制母联开关的动作。
此外，第一路电源进线的母线以及第二路电源进线的母线上还分别挂接有次要负荷。两路交流电源对母线上的关键负荷6和7和次要负荷5进行供电。
在正常状态下，由两路电源进行同时为关键负荷提供电能。
具体地，如图2所示，第一路电源V1_in经变压器Tr1及断路器QF1将电能送到第一母线W1上；第二路电源V2_in经变压器Tr2及断路器QF2将电能送到第二母线W2上。
第一母线W1和第二母线W2之间由母联开关连接。第三母线W3上挂接有关键负荷L3通过。第三母线W3分别通过输电通路1、输电通路2与第一路电源进线的母线、第二路电源进线的母线连接。
其中，为了提高各个开关的切换速度，母联开关采用由一个二极管整流桥与全控型功率器件IGBT并联后再引入RCD吸收电路制成。（RCD吸收电路它由电阻Rs、电容Cs和二极管VDs构成。电阻Rs也可以与二极管VDs并联连接。RCD吸收电路对过电压的抑制要好于RC吸收电路，与RC电路相比Vce升高的幅度更小。由于可以取大阻值的吸收电阻，在一定程度上降低了损耗。）
输电通路1、输电通路2内部结构相同，均是由一个结构与母联开关相同的电力电子开关以及一个旁路开关构成，其中旁路开关与电力电子开关相互并联。
现在以输电通路1为例，具体描述其内部结构。如图2所示，输电通路1包括一个电力电子开关、一个旁路开关QS3以及隔离开关QS1、QS2。电力电子开关的进线端与隔离开关QS1连接，通过QS1连接到第一母线W1，电力电子开关的出线端与隔离开关QS2连接，通过QS2连接到第三母线W3；QS1、电力电子开关、QS2共同构成了主流通支路，电流主要经过第一母线W1、QS1、电力电子开关、QS2到达第三母线W3上为关键负荷提供电能。
当电力电子开关出现故障需要停电检修或更换时，通过隔离开关QS1、QS2将其切断。为了能够在电力电子开关检修时仍然保证电力的供应，在主流通支路上并联有一个旁路开关QS3旁路开关，电力电子开关检修时闭合该开关，由该开关暂时为关键负荷提供电流通路。
输电通路2也是同样的结构，只是其连接的母线为第二母线W2和第三母线W3。
上述的输电通路1、输电通路2中的电力电子开关其结构也是和母联开关的结构相同，都是由一个二极管整流桥与全控型功率器件IGBT并联后再引入RCD吸收电路制成。开关的输入侧接入其中一个二极管整流桥桥臂的中点，输出侧接入另一个二极管整流桥桥臂的中点，通过控制全控型器件IGBT的导通和关断来控制交流通路是否开通，RCD吸收电路用于吸收IGBT开通和关断过程中产生的过电压。
本发明能对位于两个交流供电源侧母线上的次要负荷以及供电终端母线上的关键负荷进行连续供电，当某一侧的交流供电源出现相位或电压的严重偏差现象、变压器需要进行检修或者电力电子开关发生故障时，仍能通过另一侧的交流供电源对关键负荷与次要负荷进行供电，且响应和切换的时间很短，连续性较好，不影响关键负荷的正常运行。其工作原理及工作步骤如下：
正常工作条件下，两个交流电源同时对关键负荷L3和次要负荷L1和L2进行供电，母联开关断开，两条支路将电压汇集于母线W3上，此时装置处于暗备用状态，即双电源处于互备状态。
当某一侧的电压出现失压或者变压器出现故障需要维修时，此时断开故障侧的断路器，接通母联开关，这样另一侧的电源便可以对三个负荷进行供电，而且由于电力电子器件的作用时间很短，因此负荷上电压的连续性得到了保证，基本上可以维持在几毫秒的切换响应时间。
当某一输电通路上的电力电子开关发生故障时，可以先接通旁路开关对关键负荷进行供电，待检修完成后再次接通电力电子开关，重新对负荷进行供电。
为了便于对整个电路状态进行分析并采取对应的措施，将上述的第一路电源、第二路电源、输电通路1中的电子开关、输电通路2中的电力电子开关、母联开关、旁路开关分别列出并绘制成表1。表中，电力电子开关1表示输电通路1中的电子开关，电力电子开关2表示输电通路2中的电子开关，旁路开关1表示旁路开关QS3，旁路开关2表示旁路开关QS8。
表1大容量高可靠快速电源切换装置的控制情况表：
从上表可以看出，当出现以下情况时，对应的种开关状态为：
1：当第一路电源无故障，第二路电源无故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2无故障时：母联开关关断，电子开关1开通，电子开关2开通，旁路开关2关断，旁路开关2关断；
2：当第一路电源无故障，第二路电源有故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2无故障时：母联开关开通，电子开关1开通，电子开关2开通，旁路开关2关断，旁路开关2关断；
3：当第一路电源有故障，第二路电源无故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2无故障时：母联开关开通，电子开关1开通，电子开关2开通，旁路开关2关断，旁路开关2关断；
4：当第一路电源有故障，第二路电源有故障时：母联开关关断，电子开关1关断，电子开关2关断，旁路开关2关断，旁路开关2关断；
5：当第一路电源无故障，第二路电源无故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2无故障时：母联开关关断，电子开关1关断，电子开关2开通，旁路开关2开通，旁路开关2关断；
6：当第一路电源无故障，第二路电源无故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2有故障时：母联开关关断，电子开关1开通，电子开关2关断，旁路开关2关断，旁路开关2开通；
7：当第一路电源无故障，第二路电源无故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2有故障时：母联开关关断，电子开关1关断，电子开关2关断，旁路开关2开通，旁路开关2开通；
8：当第一路电源无故障，第二路电源有故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2有故障时：母联开关开通，电子开关1开通，电子开关2关断，旁路开关2关断，旁路开关2开通；
9：当第一路电源无故障，第二路电源有故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2无故障时：母联开关开通，电子开关1关断，电子开关2开通，旁路开关2开通，旁路开关2关断；
10：当第一路电源无故障，第二路电源有故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2有故障时：母联开关关断，电子开关1开通，电子开关2开通，旁路开关2关断，旁路开关2关断；
11：当第一路电源有故障，第二路电源无故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2有故障时：母联开关开通，电子开关1开通，电子开关2关断，旁路开关2关断，旁路开关2开通；
12：当第一路电源有故障，第二路电源无故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2无故障时：母联开关开通，电子开关1关断，电子开关2开通，旁路开关2开通，旁路开关2关断；
13：当第一路电源有故障，第二路电源无故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2有故障时：母联开关开通，电子开关1关断，电子开关2关断，旁路开关2开通，旁路开关2开通。
通过上述装置及控制方法，可以保证在电源发生电压暂降，无法对负荷进行正常供电时，通过开通或者关断母联开关和两条输电通路上的电力电子开关来的切换到另外的供电线路，以保证关键负荷与次要负荷尽可能地得到连续供电，从而不影响设备的正常工作。相对于传统的机械式断路器在需要分断时，响应速度较慢，容易产生电弧，且会导致用电设备电压的不连续性，本发明采用的以IGBT为载体的交流开关则大大提高了用电设备供电电压的稳定性与可靠性，且不同状况下的转换时间较短，反应灵敏。

Claims (3)

1.一种大容量高可靠快速电源切换装置，包括电源侧(1)及母联开关，电源侧(1)为两路交流电源进线的双电源供电模式，第一路电源进线的母线通过母联开关与第二路电源进线的母线连接，其特征在于：
关键负荷挂接在第三母线上，第三母线通过输电通路1与第一路电源进线的母线连接，第三母线还通过输电通路2与第二路电源进线的母线连接；
所述输电通路1和输电通路2用于接通或分断关键负荷的电流通路；
所述输电通路1、输电通路2以及母联开关分别与控制器连接，输电通路1、输电通路2以及母联开关的通断通过控制器实现控制；
所述母联开关由一个二极管整流桥与全控型功率器件IGBT并联后再并入RCD吸收电路制成；
所述输电通路1、输电通路2内部结构相同；
所述输电通路1包括一个电力电子开关1、一个旁路开关QS3以及隔离开关QS1、QS2；
所述电力电子开关1的进线端与隔离开关QS1连接，通过QS1连接到第一母线W1；电力电子开关1的出线端与隔离开关QS2连接，通过QS2连接到第三母线W3；QS1、电力电子开关1、QS2共同构成了主流通支路1，电流主要经过第一母线W1、QS1、电力电子开关1、QS2到达第三母线W3上为关键负荷提供电能；
所述输电通路2包括一个电力电子开关2、一个旁路开关QS8以及隔离开关QS6、QS7；
所述电力电子开关2的进线端与隔离开关QS6连接，通过QS6连接到第一母线W1；电力电子开关2的出线端与隔离开关QS7连接，通过QS7连接到第三母线W3；QS6、电力电子开关2、QS7共同构成了主流通支路2，电流主要经过第一母线W1、QS6、电力电子开关2、QS7到达第三母线W3上为关键负荷提供电能；
所述主流通支路1上并联有一个旁路开关QS3；
所述主流通支路2上并联有一个旁路开关QS8；
所述电力电子开关1和所述电力电子开关2均由一个二极管整流桥与全控型功率器件IGBT并联后再并入RCD吸收电路制成。
2.根据权利要求1所述的大容量高可靠快速电源切换装置，其特征在于：
所述第一路电源进线的母线以及第二路电源进线的母线上还分别挂接有次要负荷。
3.一种基于权利要求1～2任一项所述的大容量高可靠快速电源切换装置的切换控制方法，其特征在于包括以下步骤：
当第一路电源无故障，第二路电源无故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2无故障时：母联开关关断，电力电子开关1开通，电力电子开关2开通，旁路开关QS3关断，旁路开关QS8关断；
当第一路电源无故障，第二路电源有故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2无故障时：母联开关开通，电力电子开关1开通，电力电子开关2开通，旁路开关QS3关断，旁路开关QS8关断；
当第一路电源有故障，第二路电源无故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2无故障时：母联开关开通，电力电子开关1开通，电力电子开关2开通，旁路开关QS3关断，旁路开关QS8关断；
当第一路电源有故障，第二路电源有故障时：母联开关关断，电力电子开关1关断，电力电子开关2关断，旁路开关QS3关断，旁路开关QS8关断；
当第一路电源无故障，第二路电源无故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2无故障时：母联开关关断，电力电子开关1关断，电力电子开关2开通，旁路开关QS3开通，旁路开关QS8关断；
当第一路电源无故障，第二路电源无故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2有故障时：母联开关关断，电力电子开关1开通，电力电子开关2关断，旁路开关QS3关断，旁路开关QS8开通；
当第一路电源无故障，第二路电源无故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2有故障时：母联开关关断，电力电子开关1关断，电力电子开关2关断，旁路开关QS3开通，旁路开关QS8开通；
当第一路电源无故障，第二路电源有故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2有故障时：母联开关开通，电力电子开关1开通，电力电子开关2关断，旁路开关QS3关断，旁路开关QS8开通；
当第一路电源无故障，第二路电源有故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2无故障时：母联开关开通，电力电子开关1关断，电力电子开关2开通，旁路开关QS3开通，旁路开关QS8关断；
当第一路电源无故障，第二路电源有故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2有故障时：母联开关关断，电力电子开关1开通，电力电子开关2开通，旁路开关QS3关断，旁路开关QS8关断；
当第一路电源有故障，第二路电源无故障，电力电子开关1无故障，电力电子开关2有故障时：母联开关开通，电力电子开关1开通，电力电子开关2关断，旁路开关QS3关断，旁路开关QS8开通；
当第一路电源有故障，第二路电源无故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2无故障时：母联开关开通，电力电子开关1关断，电力电子开关2开通，旁路开关QS3开通，旁路开关QS8关断；
当第一路电源有故障，第二路电源无故障，电力电子开关1有故障，电力电子开关2有故障时：母联开关开通，电力电子开关1关断，电力电子开关2关断，旁路开关QS3开通，旁路开关QS8开通。
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Assignee: Guangxi Power Grid Energy Technology Co.,Ltd.

Assignor: WUZHOU POWER SUPPLY BUREAU OF GUANGXI POWER GRID Co.,Ltd.

Contract record no.: X2025980008165

Denomination of invention: Large capacity, high reliability, fast power switching device and its switching control method

Granted publication date: 20240322

License type: Common License

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