CN112447383A - 一种非复用式电力电子有载分接开关切换的过渡电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非复用式电力电子有载分接开关切换的过渡电路，包括：主触头MC1、MC2，旁路电力电子开关GM1、GM2，环路电力电子开关GR1、GR2，保护真空开关V1、V2，过渡电阻R1、R2，极间非线性电阻MOA；主触头MC1、旁路电力电子开关GM1和过渡电阻R1与变压器调压绕组的奇数分接连接；主触头MC2、旁路电力电子开关GM2和过渡电阻R2与变压器调压绕组的偶数分接连接；过渡电阻R1与环路电力电子开关GR1串联，过渡电阻R2与环路电力电子开关GR2串联；保护真空开关V1与旁路电力电子开关GM1和环路电力电子开关GR1相连接，保护真空开关V2与旁路电力电子开关GM2和环路电力电子开关GR2相连接；主触头MC1、MC2、保护真空开关V1、V2与变压器中性点相连接，以输出负载电流。

Description

一种非复用式电力电子有载分接开关切换的过渡电路
技术领域
本发明涉及有载分接开关切换电路技术领域，更具体地，涉及一种非复用式电力电子有载分接开关切换的过渡电路。
背景技术
有载分接开关，是一种在负载状态下通过改变变压器匝数比来调节变压器电压的电力装置。有载分接开关的基本原理是在连续负载状态下短时间内改变绕组的匝数，即变压器的电压比，实现电压调节的功能。有载分接开关的难题是如何实现负载电流在变压器绕组中不同分接头回路之间的快速切换和转移。变压器抽头之间电压越高，负载电流越大，其问题也越突出。
现有电力变压器使用的有载分接开关多数为机械式，其内部灭弧元件包括油浸开关、真空式开关和电力电子器件。真空式有载分接开关由于其内部没有电弧产生的可燃气体和游离碳，且开关容量较大，其电压可达2至5kV，切换电流也可达到600A至1300A。
电力电子式有载分接开关通过电力电子元件替代真空开关从而实现无电弧切换过程。国内外研究机构和公司均对小容量的电力电子式有载分接开关进行相关研究。但是有载分接开关的切换容量较大时，其面临长期通流过热、电力电子器件寿命和失效保护等诸多问题。
现有技术(CN103534768A—电子分级开关)和(CN200920277589.4一种电子式无触点有载调容的分接开关)相比，上述现有技术的两种技术方案由于在主通路的电力电子器件长期通流，其功耗和发热问题突出。
现有技术(CN1478286A—闸流管分级开关)和(201921323143.0一种基于电力电子切换开关的有载调压分接开关)相比，公开的技术方案中电力电子器件多次复用，即在一次切换工程中多次导通和关断，且复用过程需要机械开关辅助切换，其自身应力较大，影响其寿命和可靠性。
同时现有技术针对电力电子器件失效击穿时(如CN101430966A-晶闸管直接切换有载分接开关)，其保护措施不足，可能引发其自身和其他元件的过热而烧毁。
此外，与现有技术(CN201510967943.6一种晶闸管辅助熄弧混合式有载分接开关)相比，本申请请求保护的技术方案无需过渡支路无需机械开关触头，并在过渡支路中采用电力电子开关模块作为主要开关元件。
发明内容
本发明技术方案提供一种非复用式电力电子有载分接开关切换的过渡电路，以解决如何建立一种非复用式电力电子有载分接开关切换的过渡电路的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种非复用式电力电子有载分接开关切换的过渡电路，所述过渡电路包括：主触头MC1，主触头MC2，旁路电力电子开关GM1，旁路电力电子开关GM2，环路电力电子开关GR1，环路电力电子开关GR2，保护真空开关V1，保护真空开关V2，过渡电阻R1，过渡电阻R2，极间非线性电阻MOA；
所述主触头MC1、所述旁路电力电子开关GM1和所述过渡电阻R1与变压器调压绕组的奇数分接连接；
所述主触头MC2、所述旁路电力电子开关GM2和所述过渡电阻R2与变压器调压绕组的偶数分接连接；
所述过渡电阻R1与所述环路电力电子开关GR1串联，所述过渡电阻R2与所述环路电力电子开关GR2串联；
所述保护真空开关V1与所述旁路电力电子开关GM1和所述环路电力电子开关GR1相连接，所述保护真空开关V2与所述旁路电力电子开关GM2和所述环路电力电子开关GR2相连接；
所述主触头MC1、所述旁路电力电子开关GM1、所述过渡电阻R1和所述主触头MC2、所述旁路电力电子开关GM2、所述过渡电阻R2与所述极间非线性电阻MOA相连接；
所述主触头MC1、所述主触头MC2、所述保护真空开关V1、所述保护真空开关V2与变压器中性点相连接，以输出负载电流。
优选地，所述保护真空开关V1和所述保护真空开关V2包括：真空开关结构或油浸式开关组合；
所述旁路电力电子开关GM1、所述旁路电力电子开关GM2和所述环路电力电子开关GR1、所述环路电力电子开关GR2包括：晶闸管开关或绝缘栅双极晶体管开关。
优选地，包括：有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的奇数分接连接时，所述主触头MC1导通、所述主触头MC2断开、所述保护真空开关V1导通、所述保护真空开关V2导通、所述旁路电力电子开关GM1不导通、所述旁路电力电子开关GM2不导通、所述环路电力电子开关GR1不导通、所述环路电力电子开关GR2不导通，负载电流经主触头MC1输出；
当所述分接选择器由变压器调压绕组的奇数分接转换到变压器调压绕组的偶数分接，过渡电路的操作方法包括：
S101：触发所述旁路电力电子开关GM1，断开所述主触头MC1，产生微小电弧，迫使所述旁路电力电子开关GM1通流，负载电流IN依次通过所述旁路电力电子开关GM1、所述保护真空开关V1输出；
S102：触发所述环路电力电子开关GR1，关断所述旁路电力电子开关GM1，负载电流IN依次通过所述过渡电阻R1、所述环路电力电子开关GR1、所述保护真空开关V1输出；
S103：触发所述环路电力电子开关GR2，奇偶分接通过所述过渡电阻R1、所述环路电力电子开关GR1、所述保护真空开关V1、所述保护真空开关V2、所述环路电力电子开关GR2、所述过渡电阻R2形成桥接，产生环路电流IC；负载电流IN依次通过所述过渡电阻R1、所述环路电力电子开关GR1、所述保护真空开关V1输出；此时所述过渡电阻R2、所述环路电力电子开关GR2、所述保护真空开关V2通路流经的电流IN+1＝IN+IC；
S104：关断所述环路电力电子开关GR1，负载电流IN+1依次通过所述过渡电阻R2、所述环路电力电子开关GR2、所述保护真空开关V2输出；
S105：触发所述旁路电力电子开关GM2，关断所述环路电力电子开关GR2，负载电流IN+1依次通过所述旁路电力电子开关GM2、所述保护真空开关V2输出；
S106：闭合所述主触头MC2，关断所述旁路电力电子开关GM2，负载电流IN+1通过所述主触头MC2输出，分接变换操作结束，切换开关完成一级调压。
优选地，还包括：有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的偶数分接连接时，所述主触头MC2导通、所述主触头MC1断开、所述保护真空开关V1导通、所述保护真空开关V2导通，所述旁路电力电子开关GM1不导通、所述环路电力电子开关GR1不导通、所述旁路电力电子开关GM2不导通、所述环路电力电子开关GR2不导通，负载电流经所述触头MC2输出；当分接选择器由变压器调压绕组的偶数分接转换到变压器调压绕组的奇数分接，过渡电路的操作方法包括：
S201：触发所述旁路电力电子开关GM2，断开所述主触头MC2，产生微小电弧，迫使所述旁路电力电子开关GM2通流，负载电流IN+1依次通过所述旁路电力电子开关GM2、所述保护真空开关V2输出；
S202：触发所述环路电力电子开关GR2，关断所述旁路电力电子开关GM2，负载电流IN+1依次通过所述过渡电阻R2、所述环路电力电子开关GR2、所述保护真空开关V2输出；
S203：触发所述环路电力电子开关GR1，奇偶分接通过所述过渡电阻R2、所述环路电力电子开关GR2、所述保护真空开关V2、所述保护真空开关V1、所述环路电力电子开关GR1、所述过渡电阻R1形成桥接，产生环路电流IC；负载电流IN+1依次通过所述过渡电阻R2、所述环路电力电子开关GR2、所述保护真空开关V2输出；此时所述过渡电阻R1、所述环路电力电子开关GR1、所述保护真空开关V1通路流经的电流IN＝IN+1+IC；
S204：关断所述环路电力电子开关GR2，负载电流IN依次通过所述过渡电阻R1、所述环路电力电子开关GR1、所述保护真空开关V1输出；
S205：触发所述旁路电力电子开关GM1，关断所述环路电力电子开关GR1，负载电流IN依次通过所述旁路电力电子开关GM1、所述保护真空开关V1输出；
S206：闭合所述主触头MC1，关断所述旁路电力电子开关GM1，负载电流IN所述主触头MC1输出，分接变换操作结束，切换开关完成一级调压。
优选地，还包括：有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的奇数分接连接时，所述主触头MC1断开、所述主触头MC2断开、所述保护真空开关V1导通、所述保护真空开关V2导通，所述旁路电力电子开关GM2不导通、所述环路电力电子开关GR2不导通，负载电流IN经所述旁路电力电子开关GM1或所述环路电力电子开关GR1输出；当所述旁路电力电子开关GM1或所述环路电力电子开关GR1由导通状态切换至关断过程中失效，过渡电路的保护方法包括：
S301：闭合所述主触头MC1，迫使负载电流IN经所述主触头MC1流通：
S302：分断所述保护真空开关V1，迫使所述旁路电力电子开关GM1及所述环路电力电子开关GR1退出；
S303：系统报警，过渡电路的保护动作完成。
优选地，还包括：有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的偶数分接连接时，所述主触头MC2断开、所述主触头MC1断开、所述保护真空开关V2导通、所述保护真空开关V1导通，所述旁路电力电子开关GM1不导通、所述环路电力电子开关GR1不导通，负载电流IN+1经所述旁路电力电子开关GM2或所述环路电力电子开关GR2输出；当所述旁路电力电子开关GM2或所述环路电力电子开关GR2由导通状态切换至关断过程中失效，过渡电路的保护方法包括：
S401：闭合所述主触头MC2，迫使负载电流IN+1经所述主触头MC2流通：
S402：分断所述保护真空开关V2，迫使所述旁路电力电子开关GM2及所述环路电力电子开关GR2退出；
S403：系统报警，过渡电路的保护动作完成。
优选地，还包括：有载分接开关的过渡电路形成桥接连接时，所述主触头MC1断开、所述主触头MC2断开、所述保护真空开关V1导通、所述保护真空开关V2导通，负载电流IN与负载电流IN+1经所述旁路电力电子开关GM1或所述环路电力电子开关GR1或所述旁路电力电子开关GM2或所述环路电力电子开关GR2输出；当任意电力电子开关由导通状态切换至关断过程中失效，如所述有载分接开关由N切换至N+1侧，过渡电路的保护方法包括：
S501：断开所述保护真空开关V1，迫使负载电流IN+1由所述旁路电力电子开关GM2或所述环路电力电子开关GR2输出；
S502：闭合所述主触头MC2，迫使负载电流IN+1经所述主触头MC2流通；
S503：分断所述保护真空开关V2，迫使所述旁路电力电子开关GM2及所述环路电力电子开关GR2退出；
S504：系统报警，过渡电路的保护动作完成。
优选地，还包括：有载分接开关的过渡电路形成桥接连接时，所述主触头MC1断开、所述主触头MC2断开、所述保护真空开关V1导通、所述保护真空开关V2导通，负载电流IN与负载电流IN+1经所述旁路电力电子开关GM1或所述环路电力电子开关GR1或所述旁路电力电子开关GM2或所述环路电力电子开关GR2输出；当任意电力电子开关由导通状态切换至关断过程中失效，如有载分接开关由N+1切换至N侧，过渡电路的保护方法包括：
S601：断开所述保护真空开关V2，迫使负载电流IN由所述旁路电力电子开关GM1或所述环路电力电子开关GR1输出；
S602：闭合所述主触头MC1，迫使负载电流IN经所述主触头MC1流通；
S603：分断所述保护真空开关V1，迫使所述旁路电力电子开关GM1及所述环路电力电子开关GR1退出；
S604：系统报警，过渡电路的保护动作完成。
本发明技术方案提出一种非复用式电力电子式的有载分接开关电路及操作方法。其主通路采用常规机械开关，其过渡支路采用两个对称支路，含有4个电力电子开关模块作为主要关断元件和2个过渡电阻，使得电路寿命和可靠性大大提高。本发明技术方案也提出串联应急保护开关，满足分接开关安全可靠运行的要求。另外，本发明技术方案通过有源供电和控制方法实现其导通控制，因而具有更可靠的触发效果。本专利申请通过增加主通路的机械触头，大大降低电力电子开关模块的长期功耗。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1：为根据本发明优选实施方式的非复用式电力电子有载分接开关切换电路转换示意图A；
图2：为根据本发明优选实施方式的非复用式电力电子有载分接开关切换电路转换示意图B；
图3：为根据本发明优选实施方式的非复用式电力电子有载分接开关切换电路转换示意图C；
图4：为根据本发明优选实施方式的非复用式电力电子有载分接开关切换电路转换示意图D；
图5：为根据本发明优选实施方式的非复用式电力电子有载分接开关切换电路转换示意图E；
图6：为根据本发明优选实施方式的非复用式电力电子有载分接开关切换电路转换示意图F；
图7：为根据本发明优选实施方式的非复用式电力电子有载分接开关切换电路转换示意图G；
图8：为根据本发明优选实施方式的非复用式电力电子有载分按开关保护动作示意图A；
图9：为根据本发明优选实施方式的非复用式电力电子有载分按开关保护动作示意图B；
图10：为根据本发明优选实施方式的非复用式电力电子有载分按开关保护动作示意图C；以及
图11为根据本发明优选实施方式的一种非复用式电力电子有载分接开关切换的过渡电路结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图11为根据本发明优选实施方式的一种非复用式电力电子有载分接开关切换的过渡电路结构示意图。本发明的目的在于提供一种非复用式电力电子有载分接开关切换电路及操作方法，该电路相比传统依赖真空开关灭弧的切换开关，采用全电力电子开关实现负载电流与环路电流的通断；相比传统意义上的电力电子式切换开关，采取非复用连接方式，避免了机械转换开关引入的机械寿命限制约束，从而提高有载分接开关的电气寿命。
本发明提供的一种非复用式电力电子有载分接开关切换电路及操作方法，包括主触头MC1，主触头MC2，旁路电力电子开关GM1、GM2和环路电力电子开关GR1、GR2，保护真空开关V1、V2，过渡电阻R1、R2，极间非线性电阻MOA。主触头MC1与变压器调压绕组的奇数分接连接，主触头MC2与变压器调压绕组的偶数分接连接；过渡电阻R1与环路电力电子开关GR1同支路，过渡电阻R2与环路电力电子开关GR2同支路；保护真空开关V1与GM1、GR1相连接，保护真空开关V2与GM2、GR2相连接；保护真空开关V1、V2包括但不限于真空开关结构，也可以是具有灭弧功能的油浸式开关组合。旁路及环路电力电子开关，包含但不限于晶闸管(SCR)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。
本发明提供的一种非复用式电力电子有载分接开关切换电路及操作方法，切换过程使用全电力电子式通断器件，分别实现负载电流及环路电流的切断、导通任务，无辅助机械旋转开关，无器件重叠复用，保护真空开关V1、V2仅在电力电子开关失效状态动作保护，弥补了传统机械式结构电气寿命受限的缺点，极大提升整体开关系统切换过程中的应力耐受能力。
如图11所示，本发明提供一种非复用式电力电子有载分接开关切换的过渡电路，过渡电路包括：主触头MC1，主触头MC2，旁路电力电子开关GM1，旁路电力电子开关GM2，环路电力电子开关GR1，环路电力电子开关GR2，保护真空开关V1，保护真空开关V2，过渡电阻R1，过渡电阻R2，极间非线性电阻MOA；
主触头MC1、旁路电力电子开关GM1和过渡电阻R1与变压器调压绕组的奇数分接连接；
主触头MC2、旁路电力电子开关GM2和过渡电阻R2与变压器调压绕组的偶数分接连接；
过渡电阻R1与环路电力电子开关GR1串联，过渡电阻R2与环路电力电子开关GR2串联；
保护真空开关V1与旁路电力电子开关GM1和环路电力电子开关GR1相连接，保护真空开关V2与旁路电力电子开关GM2和环路电力电子开关GR2相连接；
主触头MC1、旁路电力电子开关GM1、过渡电阻R1和主触头MC2、旁路电力电子开关GM2、过渡电阻R2与极间非线性电阻MOA相连接；
主触头MC1、主触头MC2、保护真空开关V1、保护真空开关V2与变压器中性点相连接，以输出负载电流。
优选地，保护真空开关V1和保护真空开关V2包括：真空开关结构或油浸式开关组合；旁路电力电子开关GM1、旁路电力电子开关GM2和环路电力电子开关GR1、环路电力电子开关GR2包括：晶闸管开关或绝缘栅双极晶体管开关。
优选地，包括：有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的奇数分接连接时，主触头MC1导通、主触头MC2断开、保护真空开关V1导通、保护真空开关V2导通、旁路电力电子开关GM1不导通、旁路电力电子开关GM2不导通、环路电力电子开关GR1不导通、环路电力电子开关GR2不导通，负载电流经主触头MC1输出；
当分接选择器由变压器调压绕组的奇数分接转换到变压器调压绕组的偶数分接，过渡电路的操作方法包括：
S101：触发旁路电力电子开关GM1，断开主触头MC1，产生微小电弧，迫使旁路电力电子开关GM1通流，负载电流IN依次通过旁路电力电子开关GM1、保护真空开关V1输出；
S102：触发环路电力电子开关GR1，关断旁路电力电子开关GM1，负载电流IN依次通过过渡电阻R1、环路电力电子开关GR1、保护真空开关V1输出；
S103：触发环路电力电子开关GR2，奇偶分接通过过渡电阻R1、环路电力电子开关GR1、保护真空开关V1、保护真空开关V2、环路电力电子开关GR2、过渡电阻R2形成桥接，产生环路电流IC；负载电流IN依次通过过渡电阻R1、环路电力电子开关GR1、保护真空开关V1输出；此时过渡电阻R2、环路电力电子开关GR2、保护真空开关V2通路流经的电流IN+1＝IN+IC；
S104：关断环路电力电子开关GR1，负载电流IN+1依次通过过渡电阻R2、环路电力电子开关GR2、保护真空开关V2输出；
S105：触发旁路电力电子开关GM2，关断环路电力电子开关GR2，负载电流IN+1依次通过旁路电力电子开关GM2、保护真空开关V2输出；
S106：闭合主触头MC2，关断旁路电力电子开关GM2，负载电流IN+1通过主触头MC2输出，分接变换操作结束，切换开关完成一级调压。
优选地，还包括：有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的偶数分接连接时，主触头MC2导通、主触头MC1断开、保护真空开关V1导通、保护真空开关V2导通，旁路电力电子开关GM1不导通、环路电力电子开关GR1不导通、旁路电力电子开关GM2不导通、环路电力电子开关GR2不导通，负载电流经触头MC2输出；当分接选择器由变压器调压绕组的偶数分接转换到变压器调压绕组的奇数分接，过渡电路的操作方法包括：
S201：触发旁路电力电子开关GM2，断开主触头MC2，产生微小电弧，迫使旁路电力电子开关GM2通流，负载电流IN+1依次通过旁路电力电子开关GM2、保护真空开关V2输出；
S202：触发环路电力电子开关GR2，关断旁路电力电子开关GM2，负载电流IN+1依次通过过渡电阻R2、环路电力电子开关GR2、保护真空开关V2输出；
S203：触发环路电力电子开关GR1，奇偶分接通过过渡电阻R2、环路电力电子开关GR2、保护真空开关V2、保护真空开关V1、环路电力电子开关GR1、过渡电阻R1形成桥接，产生环路电流IC；负载电流IN+1依次通过过渡电阻R2、环路电力电子开关GR2、保护真空开关V2输出；此时过渡电阻R1、环路电力电子开关GR1、保护真空开关V1通路流经的电流IN＝IN+1+IC；
S204：关断环路电力电子开关GR2，负载电流IN依次通过过渡电阻R1、环路电力电子开关GR1、保护真空开关V1输出；
S205：触发旁路电力电子开关GM1，关断环路电力电子开关GR1，负载电流IN依次通过旁路电力电子开关GM1、保护真空开关V1输出；
S206：闭合主触头MC1，关断旁路电力电子开关GM1，负载电流IN主触头MC1输出，分接变换操作结束，切换开关完成一级调压。
优选地，还包括：有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的奇数分接连接时，主触头MC1断开、主触头MC2断开、保护真空开关V1导通、保护真空开关V2导通，旁路电力电子开关GM2不导通、环路电力电子开关GR2不导通，负载电流IN经旁路电力电子开关GM1或环路电力电子开关GR1输出；当旁路电力电子开关GM1或环路电力电子开关GR1由导通状态切换至关断过程中失效，过渡电路的保护方法包括：
S301：闭合主触头MC1，迫使负载电流IN经主触头MC1流通：
S302：分断保护真空开关V1，迫使旁路电力电子开关GM1及环路电力电子开关GR1退出；
S303：系统报警，过渡电路的保护动作完成。
优选地，还包括：有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的偶数分接连接时，主触头MC2断开、主触头MC1断开、保护真空开关V2导通、保护真空开关V1导通，旁路电力电子开关GM1不导通、环路电力电子开关GR1不导通，负载电流IN+1经旁路电力电子开关GM2或环路电力电子开关GR2输出；当旁路电力电子开关GM2或环路电力电子开关GR2由导通状态切换至关断过程中失效，过渡电路的保护方法包括：
S401：闭合主触头MC2，迫使负载电流IN+1经主触头MC2流通：
S402：分断保护真空开关V2，迫使旁路电力电子开关GM2及环路电力电子开关GR2退出；
S403：系统报警，过渡电路的保护动作完成。
优选地，还包括：有载分接开关的过渡电路形成桥接连接时，主触头MC1断开、主触头MC2断开、保护真空开关V1导通、保护真空开关V2导通，负载电流IN与负载电流IN+1经旁路电力电子开关GM1或环路电力电子开关GR1或旁路电力电子开关GM2或环路电力电子开关GR2输出；当任意电力电子开关由导通状态切换至关断过程中失效，如有载分接开关由N切换至N+1侧，过渡电路的保护方法包括：
S501：断开保护真空开关V1，迫使负载电流IN+1由旁路电力电子开关GM2或环路电力电子开关GR2输出；
S502：闭合主触头MC2，迫使负载电流IN+1经主触头MC2流通；
S503：分断保护真空开关V2，迫使旁路电力电子开关GM2及环路电力电子开关GR2退出；
S504：系统报警，过渡电路的保护动作完成。
优选地，还包括：有载分接开关的过渡电路形成桥接连接时，主触头MC1断开、主触头MC2断开、保护真空开关V1导通、保护真空开关V2导通，负载电流IN与负载电流IN+1经旁路电力电子开关GM1或环路电力电子开关GR1或旁路电力电子开关GM2或环路电力电子开关GR2输出；当任意电力电子开关由导通状态切换至关断过程中失效，如有载分接开关由N+1切换至N侧，过渡电路的保护方法包括：
S601：断开保护真空开关V2，迫使负载电流IN由旁路电力电子开关GM1或环路电力电子开关GR1输出；
S602：闭合主触头MC1，迫使负载电流IN经主触头MC1流通；
S603：分断保护真空开关V1，迫使旁路电力电子开关GM1及环路电力电子开关GR1退出；
S604：系统报警，过渡电路的保护动作完成。
与现有技术相比，本发明的优异效果是：
1、本发明提供的一种非复用式电力电子有载分接开关切换电路及操作方法，相比传统依赖真空开关灭弧的切换开关，采用全电力电子开关实现负载电流与环路电流的通断，从而提高有载分接开关的电气寿命
2、本发明提供的一种非复用式电力电子有载分接开关切换电路及操作方法，相比传统意义上的电力电子式切换开关，采取非复用连接方式，避免了机械转换开关引入的机械寿命限制约束，从而提高系统的整体可靠性。
本发明的目的在于提供一种非复用式电力电子有载分接开关切换电路及操作方法，该电路相比传统依赖真空开关灭弧的切换开关，采用全电力电子开关实现负载电流与环路电流的通断；相比传统意义上的电力电子式切换开关，采取非复用连接方式，避免了机械转换开关引入的机械寿命限制约束，从而提高有载分接开关的电气寿命。
(一)本发明过渡电路的结构：
本发明实施例中一种非复用式电力电子有载分接开关切换电路及操作方法，以晶闸管作为电力电子开关为实例，但不限于所述晶闸管器件，所述过渡电路包括主触头MC1，主触头MC2，旁路晶闸管GM1、GM2和环路晶闸管GR1、GR2，保护真空开关V1、V2，过渡电阻R1、R2，极间非线性电阻MOA，保护真空开关V1、V2不限于真空开关结构，也可以是具有灭弧功能的油浸式开关组合，如图1所示；
(1)主触头MC1、旁路晶闸管GM1、过渡电阻R1与变压器调压绕组的奇数分接连接；
(2)主触头MC2、旁路晶闸管GM2、过渡电阻R2与变压器调压绕组的偶数分接连接；
(3)环路晶闸管GR1与过渡电阻R1串联，所述环路晶闸管GR2与过渡电阻R2串联；
(4)旁路晶闸管GM1、环路晶闸管GR1与真空开关V1连接，所述旁路晶闸管GM2、环路晶闸管GR2与真空开关V2连接；
(5)主触头MC1、主触头MC2、真空开关V1、真空开关V2均与变压器中性点连接，以输出负载电流；
(二)过渡电路的操作方法：
假定有载分接开关的分接选择器的转换选择器初点位置不变，且有载分接开关档位编号与分接选择器触头组标号一致，有载分接开关档位要从一个奇数档位N上升到一个偶数档位N+1。
1、有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的奇数分接连接时，当分接选择器由奇数分接转换到偶数分接，过渡电路的操作方法包括：
(1)初始状态，即如图1所示，主触头MC1导通、主触头MC2断开、保护真空开关V1导通、保护真空开关V2导通，旁路晶闸管GM1不导通、旁路晶闸管GM2不导通、环路晶闸管GR1不导通、环路晶闸管GR2不导通，负载电流经主触头MC1输出；
(2)如图2所示，触发旁路晶闸管GM1，断开主触头MC1，产生微小电弧，迫使旁路晶闸管GM1通流，负载电流IN依次通过旁路晶闸管GM1、保护真空开关V1输出；
(3)如图3所示，触发环路晶闸管GR1，关断旁路晶闸管GM1，负载电流IN依次通过过渡电阻R1、环路晶闸管GR1、保护真空开关V1输出；
(4)如图4所示，触发环路晶闸管GR2，奇偶分接通过过渡电阻R1、环路晶闸管GR1、保护真空开关V1、保护真空开关V2、环路晶闸管GR2、过渡电阻R2形成桥接，产生环路电流IC；负载电流IN依次通过过渡电阻R1、环路晶闸管GR1、真空开关V1输出；此时过渡电阻R2、环路晶闸管GR2、保护真空开关V2通路流经的电流IN+1＝IN+IC；
(5)如图5所示，关断环路晶闸管GR1，负载电流IN+1依次通过过渡电阻R2、环路晶闸管GR2、保护真空开关V2输出；
(6)如图6所示，触发旁路晶闸管GM2，关断环路晶闸管GR2，负载电流IN+1依次通过旁路晶闸管GM2、保护真空开关V2输出；
(7)如图7所示，闭合主触头MC2，关断旁路晶闸管GM2，负载电流IN+1主触头MC2输出，分接变换操作结束，切换开关完成一级调压；
2、有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的偶数分接连接时，当分接选择器由偶数分接转换到奇数分接，过渡电路的操作方法包括：
(1)初始状态，主触头MC2导通、主触头MC1断开、保护真空开关V1导通、保护真空开关V2导通，旁路晶闸管GM1不导通、环路晶闸管GR1不导通、旁路晶闸管GM2不导通、环路晶闸管GR2不导通，负载电流经主触头MC2输出；
(2)触发旁路晶闸管GM2，断开主触头MC2，产生微小电弧，迫使旁路晶闸管GM2通流，负载电流IN+1依次通过旁路晶闸管GM2、保护真空开关V2输出；
(3)触发环路晶闸管GR2，关断旁路晶闸管GM2，负载电流IN+1依次通过过渡电阻R2、环路晶闸管GR2、保护真空开关V2输出；
(4)触发环路晶闸管GR1，奇偶分接通过过渡电阻R2、环路晶闸管GR2、保护真空开关V2、保护真空开关V1、环路晶闸管GR1、过渡电阻R1形成桥接，产生环路电流IC；负载电流IN+1依次通过过渡电阻R2、环路晶闸管GR2、真空开关V2输出；此时过渡电阻R1、环路晶闸管GR1、空气开关V1通路流经的电流IN＝IN+1+IC；
(5)关断环路晶闸管GR2，负载电流IN依次通过过渡电阻R1、环路晶闸管GR1、保护真空开关V1输出；
(6)触发旁路晶闸管GM1，关断环路晶闸管GR1，负载电流IN依次通过旁路晶闸管GM1、保护真空开关V1输出；
(7)闭合主触头MC1，关断旁路晶闸管GM1，负载电流IN主触头MC1输出，分接变换操作结束，切换开关完成一级调压；
(三)过渡电路的保护方法：
1、如图8所示，有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的奇数分接连接时，主触头MC1断开、主触头MC2断开、保护真空开关V1导通、保护真空开关V2导通，旁路晶闸管GM2不导通、环路晶闸管GR2不导通，负载电流IN经旁路晶闸管GM1或环路晶闸管GR1输出；当旁路晶闸管GM1或环路晶闸管GR1由导通状态切换至关断过程中失效，过渡电路的保护方法包括：
(1)闭合主触头MC1，迫使IN经主触头MC1流通：
(2)分断保护真空开关V1，迫使旁路晶闸管GM1及环路晶闸管GR1退出；
(3)系统报警，过渡电路的保护动作完成。
2、如图9所示，有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的偶数分接连接时，主触头MC2断开、主触头MC1断开、保护真空开关V2导通、保护真空开关V1导通，旁路晶闸管GM1不导通、环路晶闸管GR1不导通，负载电流IN+1经旁路晶闸管GM2或环路晶闸管GR2输出；当旁路晶闸管GM2或环路晶闸管GR2由导通状态切换至关断过程中失效，过渡电路的保护方法包括：
(1)闭合主触头MC2，迫使IN+1经主触头MC2流通：
(2)分断保护真空开关V2，迫使旁路晶闸管GM2及环路晶闸管GR2退出；
(3)系统报警，过渡电路的保护动作完成。
3、如图10所示，有载分接开关的过渡电路形成桥接连接时，主触头MC1断开、主触头MC2断开、真空开关V1导通、真空开关V2导通，负载电流IN与IN+1经旁路晶闸管GM1或环路晶闸管GR1或旁路晶闸管GM2或环路晶闸管GR2输出；当任意晶闸管由导通状态切换至关断过程中失效，如有载分接开关由N切换至N+1侧，过渡电路的保护方法包括：
(1)断开保护真空开关V1，迫使负载电流IN+1由旁路晶闸管GM2或环路晶闸管GR2输出；
(2)闭合主触头MC2，迫使负载电流IN+1经主触头MC2流通；
(3)分断保护真空开关V2，迫使旁路晶闸管GM2及环路晶闸管GR2退出；
(4)系统报警，过渡电路的保护动作完成。
4、有载分接开关的过渡电路形成桥接连接时，主触头MC1断开、主触头MC2断开、保护真空开关V1导通、保护真空开关V2导通，负载电流IN与IN+1经旁路晶闸管GM1或环路晶闸管GR1或旁路晶闸管GM2或环路晶闸管GR2输出；当任意晶闸管由导通状态切换至关断过程中失效，如有载分接开关由N+1切换至N侧，过渡电路的保护方法包括：
(1)断开真空开关V2，迫使负载电流IN由旁路晶闸管GM1或环路晶闸管GR1输出；
(2)闭合主触头MC1，迫使负载电流IN经主触头MC1流通；
(3)分断保护真空开关V1，迫使旁路晶闸管GM1及环路晶闸管GR1退出；
(4)系统报警，过渡电路的保护动作完成。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (8)

1.一种非复用式电力电子有载分接开关切换的过渡电路，所述过渡电路包括：主触头MC1，主触头MC2，旁路电力电子开关GM1，旁路电力电子开关GM2，环路电力电子开关GR1，环路电力电子开关GR2，保护真空开关V1，保护真空开关V2，过渡电阻R1，过渡电阻R2，极间非线性电阻MOA；
所述主触头MC1、所述旁路电力电子开关GM1和所述过渡电阻R1与变压器调压绕组的奇数分接连接；
所述主触头MC2、所述旁路电力电子开关GM2和所述过渡电阻R2与变压器调压绕组的偶数分接连接；
所述过渡电阻R1与所述环路电力电子开关GR1串联，所述过渡电阻R2与所述环路电力电子开关GR2串联；
所述保护真空开关V1与所述旁路电力电子开关GM1和所述环路电力电子开关GR1相连接，所述保护真空开关V2与所述旁路电力电子开关GM2和所述环路电力电子开关GR2相连接；
所述主触头MC1、所述旁路电力电子开关GM1、所述过渡电阻R1和所述主触头MC2、所述旁路电力电子开关GM2、所述过渡电阻R2与所述极间非线性电阻MOA相连接；
所述主触头MC1、所述主触头MC2、所述保护真空开关V1、所述保护真空开关V2与变压器中性点相连接，以输出负载电流。
2.根据权利要求1所述的过渡电路，所述保护真空开关V1和所述保护真空开关V2包括：真空开关结构或油浸式开关组合；
所述旁路电力电子开关GM1、所述旁路电力电子开关GM2和所述环路电力电子开关GR1、所述环路电力电子开关GR2包括：晶闸管开关或绝缘栅双极晶体管开关。
3.根据权利要求1所述的过渡电路，包括：有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的奇数分接连接时，所述主触头MC1导通、所述主触头MC2断开、所述保护真空开关V1导通、所述保护真空开关V2导通、所述旁路电力电子开关GM1不导通、所述旁路电力电子开关GM2不导通、所述环路电力电子开关GR1不导通、所述环路电力电子开关GR2不导通，负载电流经主触头MC1输出；
当所述分接选择器由变压器调压绕组的奇数分接转换到变压器调压绕组的偶数分接，过渡电路的操作方法包括：
S101：触发所述旁路电力电子开关GM1，断开所述主触头MC1，产生微小电弧，迫使所述旁路电力电子开关GM1通流，负载电流IN依次通过所述旁路电力电子开关GM1、所述保护真空开关V1输出；
S102：触发所述环路电力电子开关GR1，关断所述旁路电力电子开关GM1，负载电流IN依次通过所述过渡电阻R1、所述环路电力电子开关GR1、所述保护真空开关V1输出；
S103：触发所述环路电力电子开关GR2，奇偶分接通过所述过渡电阻R1、所述环路电力电子开关GR1、所述保护真空开关V1、所述保护真空开关V2、所述环路电力电子开关GR2、所述过渡电阻R2形成桥接，产生环路电流IC；负载电流IN依次通过所述过渡电阻R1、所述环路电力电子开关GR1、所述保护真空开关V1输出；此时所述过渡电阻R2、所述环路电力电子开关GR2、所述保护真空开关V2通路流经的电流IN+1＝IN+IC；
S104：关断所述环路电力电子开关GR1，负载电流IN+1依次通过所述过渡电阻R2、所述环路电力电子开关GR2、所述保护真空开关V2输出；
S105：触发所述旁路电力电子开关GM2，关断所述环路电力电子开关GR2，负载电流IN+1依次通过所述旁路电力电子开关GM2、所述保护真空开关V2输出；
S106：闭合所述主触头MC2，关断所述旁路电力电子开关GM2，负载电流IN+1通过所述主触头MC2输出，分接变换操作结束，切换开关完成一级调压。
4.根据权利要求1所述的过渡电路，还包括：有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的偶数分接连接时，所述主触头MC2导通、所述主触头MC1断开、所述保护真空开关V1导通、所述保护真空开关V2导通，所述旁路电力电子开关GM1不导通、所述环路电力电子开关GR1不导通、所述旁路电力电子开关GM2不导通、所述环路电力电子开关GR2不导通，负载电流经所述触头MC2输出；当分接选择器由变压器调压绕组的偶数分接转换到变压器调压绕组的奇数分接，过渡电路的操作方法包括：
S201：触发所述旁路电力电子开关GM2，断开所述主触头MC2，产生微小电弧，迫使所述旁路电力电子开关GM2通流，负载电流IN+1依次通过所述旁路电力电子开关GM2、所述保护真空开关V2输出；
S202：触发所述环路电力电子开关GR2，关断所述旁路电力电子开关GM2，负载电流IN+1依次通过所述过渡电阻R2、所述环路电力电子开关GR2、所述保护真空开关V2输出；
S203：触发所述环路电力电子开关GR1，奇偶分接通过所述过渡电阻R2、所述环路电力电子开关GR2、所述保护真空开关V2、所述保护真空开关V1、所述环路电力电子开关GR1、所述过渡电阻R1形成桥接，产生环路电流IC；负载电流IN+1依次通过所述过渡电阻R2、所述环路电力电子开关GR2、所述保护真空开关V2输出；此时所述过渡电阻R1、所述环路电力电子开关GR1、所述保护真空开关V1通路流经的电流IN＝IN+1+IC；
S204：关断所述环路电力电子开关GR2，负载电流IN依次通过所述过渡电阻R1、所述环路电力电子开关GR1、所述保护真空开关V1输出；
S205：触发所述旁路电力电子开关GM1，关断所述环路电力电子开关GR1，负载电流IN依次通过所述旁路电力电子开关GM1、所述保护真空开关V1输出；
S206：闭合所述主触头MC1，关断所述旁路电力电子开关GM1，负载电流IN所述主触头MC1输出，分接变换操作结束，切换开关完成一级调压。
5.根据权利要求1所述的过渡电路，还包括：有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的奇数分接连接时，所述主触头MC1断开、所述主触头MC2断开、所述保护真空开关V1导通、所述保护真空开关V2导通，所述旁路电力电子开关GM2不导通、所述环路电力电子开关GR2不导通，负载电流IN经所述旁路电力电子开关GM1或所述环路电力电子开关GR1输出；当所述旁路电力电子开关GM1或所述环路电力电子开关GR1由导通状态切换至关断过程中失效，过渡电路的保护方法包括：
S301：闭合所述主触头MC1，迫使负载电流IN经所述主触头MC1流通：
S302：分断所述保护真空开关V1，迫使所述旁路电力电子开关GM1及所述环路电力电子开关GR1退出；
S303：系统报警，过渡电路的保护动作完成。
6.根据权利要求1所述的过渡电路，还包括：有载分接开关的分接选择器与变压器调压绕组的偶数分接连接时，所述主触头MC2断开、所述主触头MC1断开、所述保护真空开关V2导通、所述保护真空开关V1导通，所述旁路电力电子开关GM1不导通、所述环路电力电子开关GR1不导通，负载电流IN+1经所述旁路电力电子开关GM2或所述环路电力电子开关GR2输出；当所述旁路电力电子开关GM2或所述环路电力电子开关GR2由导通状态切换至关断过程中失效，过渡电路的保护方法包括：
S401：闭合所述主触头MC2，迫使负载电流IN+1经所述主触头MC2流通：
S402：分断所述保护真空开关V2，迫使所述旁路电力电子开关GM2及所述环路电力电子开关GR2退出；
S403：系统报警，过渡电路的保护动作完成。
7.根据权利要求1所述的过渡电路，还包括：有载分接开关的过渡电路形成桥接连接时，所述主触头MC1断开、所述主触头MC2断开、所述保护真空开关V1导通、所述保护真空开关V2导通，负载电流IN与负载电流IN+1经所述旁路电力电子开关GM1或所述环路电力电子开关GR1或所述旁路电力电子开关GM2或所述环路电力电子开关GR2输出；当任意电力电子开关由导通状态切换至关断过程中失效，如所述有载分接开关由N切换至N+1侧，过渡电路的保护方法包括：
S501：断开所述保护真空开关V1，迫使负载电流IN+1由所述旁路电力电子开关GM2或所述环路电力电子开关GR2输出；
S502：闭合所述主触头MC2，迫使负载电流IN+1经所述主触头MC2流通；
S503：分断所述保护真空开关V2，迫使所述旁路电力电子开关GM2及所述环路电力电子开关GR2退出；
S504：系统报警，过渡电路的保护动作完成。
8.根据权利要求1所述的过渡电路，还包括：有载分接开关的过渡电路形成桥接连接时，所述主触头MC1断开、所述主触头MC2断开、所述保护真空开关V1导通、所述保护真空开关V2导通，负载电流IN与负载电流IN+1经所述旁路电力电子开关GM1或所述环路电力电子开关GR1或所述旁路电力电子开关GM2或所述环路电力电子开关GR2输出；当任意电力电子开关由导通状态切换至关断过程中失效，如有载分接开关由N+1切换至N侧，过渡电路的保护方法包括：
S601：断开所述保护真空开关V2，迫使负载电流IN由所述旁路电力电子开关GM1或所述环路电力电子开关GR1输出；
S602：闭合所述主触头MC1，迫使负载电流IN经所述主触头MC1流通；
S603：分断所述保护真空开关V1，迫使所述旁路电力电子开关GM1及所述环路电力电子开关GR1退出；
S604：系统报警，过渡电路的保护动作完成。
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CN113889329A (zh) * 2021-09-26 2022-01-04 上海华明电力设备制造有限公司 一种有载分接开关切换方法、电路以及装置
CN113889329B (zh) * 2021-09-26 2023-12-15 上海华明电力设备制造有限公司 一种有载分接开关切换方法、电路以及装置

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