CN112952983B - 一种电源切换电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电源切换电路及其控制方法，包括：第一直流母线、第二直流母线、第一切换单元、断路器、吸能电路和换流电路，断路器串联于第一直流母线的第一段母线和第二段母线之间；同时串联于第二直流母线的第一段母线和第二段母线之间；吸能电路和换流电路均与断路器并联连接，换流电路用于在第一直流母线产生故障电流时，断开断路器；第一切换单元用于在第一直流母线断电后导通第二直流母线。本发明实施例提供的技术方案，通过第一直流母线和第二直流母线共用断路器、吸能电路和换流电路组成的混合式直流断路器，有效解决了多端直流系统每一传输线路均需连接一个混合式直流断路器的问题，从而降低了直流系统的占地面积和成本。

Description

一种电源切换电路及其控制方法

技术领域

本发明实施例涉及电源技术领域，尤其涉及一种电源切换电路及其控制方法。

背景技术

随着供配电技术的快速发展，直流供电技术受到了各界广泛的关注，直流断路器也成为直流供电系统中必不可少的电力元件。

在多端直流系统中，一个端子通常与多条传输线路连接，每条传输线路均与一个直流断路器连接，以确保直流系统发生故障时可以快速切断故障，这就是的同一端子处需要连接多个直流断路器。然而，由于单个的直流断路器的成本较高，且占地面积较大，不利于多端直流系统的实际应用。

发明内容

本发明实施例提供一种电源切换电路及其控制方法，以降低多端直流系统的成本以及占地空间。

第一方面，本发明实施例提供了一种电源切换电路，包括：第一直流母线、第二直流母线、第一切换单元、断路器、吸能电路和换流电路，所述第一切换单元的第一端与电源连接；

所述第一直流母线包括第一段母线和第二段母线，所述第一直流母线与所述第一切换单元的第二端电连接，所述断路器串联于所述第一直流母线的所述第一段母线和所述第二段母线之间；

所述第二直流母线包括第一段母线和第二段母线，所述第二直流母线与所述第一切换单元的第三端电连接，所述断路器串联于所述第二直流母线的所述第一段母线和所述第二段母线之间；

所述吸能电路与所述断路器并联连接，所述吸能电路用于吸收所述第一直流母线产生的故障电流；

所述换流电路与所述断路器并联连接，所述换流电路用于在所述第一直流母线产生故障电流时，断开所述断路器；所述第一切换单元用于在所述第一直流母线断电后导通所述第二直流母线。

可选地，所述电源切换电路还包括控制电路，所述控制电路用于在所述第一直流母线断电后，控制所述第一切换单元导通所述第二直流母线。

可选地，所述换流电路包括电容器、电抗器和换流开关；

所述换流开关的第一端与所述断路器的第一端电连接，所述换流开关的第二端与所述电抗器的第一端电连接，所述电抗器的第二端与所述电容器的第一端电连接，所述电容器的第二端与所述断路器的第二端电连接。

可选地，所述吸能电路包括吸能开关和避雷器；

所述吸能开关的第一端与所述断路器的第一端电连接，所述吸能开关的第二端与所述避雷器的第一端电连接，所述避雷器的第二端与所述断路器的第二端电连接。

可选地，所述避雷器为氧化锌避雷器。

可选地，所述第一切换单元包括第一切换开关和第二切换开关；

所述第一切换开关连接于所述第一直流母线的所述第一段母线与所述电源之间，所述第二切换开关连接于所述第二直流母线的所述第一段母线与所述电源之间。

可选地，还包括第二切换单元，所述第二切换单元包括第三切换开关和第四切换开关；

所述第三切换开关与所述第一直流母线的所述第二段母线串联连接，所述第四切换开关与所述第二直流母线的所述第二段母线串联连接。

可选地，所述断路器为交流断路器。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电源切换电路的控制方法，所述电源切换电路包括第一直流母线、第二直流母线、第一切换单元、断路器、吸能电路和换流电路，所述第一切换单元的第一端与电源连接；所述第一直流母线包括第一段母线和第二段母线，所述第一段母线与所述第一切换单元的第二端电连接，所述断路器串联于所述第一直流母线的所述第一段母线和所述第二段母线之间；所述第二直流母线包括第一段母线和第二段母线，所述第二直流母线与所述第一切换单元的第三端电连接，所述断路器串联于所述第二直流母线的所述第一段母线和所述第二段母线之间；所述吸能电路与所述断路器并联连接，所述吸能电路用于吸收所述第一直流母线产生的故障电流；所述换流电路与所述断路器并联连接，所述换流电路用于在所述第一直流母线产生故障电流时，断开所述断路器；所述第一切换单元用于在所述第一直流母线断电后导通所述第二直流母线；

所述电源切换电路的控制方法包括：

检测所述第一直流母线上的电流；

当所述电流大于预设电流时，投入所述换流电路和所述吸能电路，以断开所述断路器；

控制所述第二直流母线和所述断路器导通。

本发明实施例提供的技术方案通过将断路器串联于第一直流母线的第一段母线和第二段母线之间，并且串联于第二直流母线的第一段母线和第二段母线之间，使得第一直流母线和第二直流母线共用一个断路器，且吸能电路和换流电路均与断路器并联连接，当第一直流母线产生故障电流时，通过投入换流电路和吸能电路断开断路器，并且第一切换单元在第一直流母线断电后导通第二直流母线。相对于现有技术，本发明实施例提供的技术方案，通过第一直流母线和第二直流母线共用断路器、吸能电路和换流电路组成的混合式直流断路器，有效解决了多端直流系统每一传输线路均需连接一个混合式直流断路器的问题，从而降低了直流系统的占地面积和成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电源切换电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种电源切换电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种电源切换电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种电源切换电路的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种电源切换电路的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种电源切换电路的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种电源切换电路的结构示意图，参考图1，本发明实施例提供的电源切换电路包括：第一直流母线AA’、第二直流母线BB’、第一切换单元10、断路器20、吸能电路30和换流电路40，第一切换单元10的第一端a1与电源连接；第一直流母线AA’包括第一段母线11和第二段母线12，第一直流母线AA’与第一切换单元10的第二端a2电连接，断路器20串联于第一直流母线AA’的第一段母线11和第二段母线12之间。

第二直流母线BB’包括第一段母线21和第二段母线22，第二直流母线BB’与第一切换单元10的第三端a3电连接，断路器20串联于第二直流母线BB’的第一段母线21和第二段母线22之间。

吸能电路30与断路器20并联连接，吸能电路30用于吸收第一直流母线AA’产生的故障电流。

换流电路40与断路器20并联连接，换流电路40用于在第一直流母线AA’产生故障电流时，断开断路器20，第一切换单元10用于在第一直流母线AA’断电后导通第二直流母线BB’。

具体地，电源输出直流电压，用于通过第一直流母线AA’或第二直流母线BB’向后端用电设备提供电源电压。其中，第一直流母线AA’和第二直流母线BB’为两条单独的母线，例如，第一直流母线AA’可以为主供电线路，第二直流母线BB’可以为备用供电线路。第一直流母线AA’分为第一段母线11和第二段母线12，在第一直流母线AA’的供电线路上，断路器20串联于第一段母线11和第二段母线12之间；第二直流母线BB’同样分为第一段母线21和第二段母线22，在第二直流母线BB’的供电线路上，断路器20串联于第一段母线21和第二段母线22之间。如图1所示，第一直流母线AA’的第一段母线11与断路器20的第一端M连接，第二段母线12与断路器20的第二端N连接；第二直流母线BB’的第一段母线21与断路器20的第二端N连接，第二段母线22与断路器20的第一端M连接。也就是说，第一直流母线AA’和第二直流母线BB’共用一个断路器20，通过第一切换单元10切换第一直流母线AA’或第二直流母线BB’向后端用电设备供电。

吸能电路30和换流电路40均与断路器20并联连接，其中，吸能电路30的第一端b1与断路器20的第一端M连接，吸能电路30的第二端b2与断路器20的第二端N连接；换流电路40的第一端d1与断路器20的第一端M连接，换流电路40的第二端d2与断路器20的第二端N连接。断路器20、吸能电路30和换流电路40共同组成混合式直流断路器100，以迅速切断直流系统中的故障电流。断路器20为交流断路器，通过吸能电路30和换流电路40能够实现断路器20的无弧分断。

在正常情况下，由第一直流母线AA’向后端用电设备供电，第二直流母线BB’处于断路状态。当直流系统产生故障电流(如，短路电流)时，通过投入换流电路40和吸能电路30，将故障电流从断路器50所在支路转移至换流电路40所在支路中，强迫断路器50的电弧在电流过零点处熄灭，当换流电路40中的电流反向增大时，电流被强迫转移至吸能电路30中，最终故障电流产生的能量完全被吸能电路30吸收，完成断路器20的完全关断，从而切除第一直流母线AA’。当第一直流母线AA’断电后，第一切换单元10快速切换第二直流母线BB’导通，并导通断路器20，由第二直流母线BB’向后端用电设备供电。由此实现第一直流母线AA’和第二直流母线BB’之间的切换。

本发明实施例提供的技术方案通过将断路器串联于第一直流母线的第一段母线和第二段母线之间，并且串联于第二直流母线的第一段母线和第二段母线之间，使得第一直流母线和第二直流母线共用一个断路器，且吸能电路和换流电路均与断路器并联连接，当第一直流母线产生故障电流时，通过投入换流电路和吸能电路断开断路器，并且第一切换单元在第一直流母线断电后导通第二直流母线。相对于现有技术，本发明实施例提供的技术方案，通过第一直流母线和第二直流母线共用断路器、吸能电路和换流电路组成的混合式直流断路器，有效解决了多端直流系统每一传输线路均需连接一个混合式直流断路器的问题，从而降低了直流系统的占地面积和成本。

图2为本发明实施例提供的另一种电源切换电路的结构示意图，在上述技术方案的基础上，参考图2，本发明实施例提供的电源切换电路还包括控制电路50，控制电路50用于在第一直流母线AA’断电后，控制第一切换单元10导通第二直流母线BB’。

在本实施例中，控制电路50能够实时检测第一直流母线AA’上的电流，当控制电路50检测到第一直流母线AA’断电后，就会控制第一切换单元10导通第二直流母线BB’，断路器50可以为自动重合闸断路器，能够自动合闸。当断路器50合闸之后，由于第一直流母线AA’已经断电，因此，通过第二直流母线BB’向后端用电设备供电。

图3为本发明实施例提供的另一种电源切换电路的结构示意图，在上述各技术方案的基础上，参考图3，第一切换单元10包括第一切换开关K1和第二切换开关K2；第一切换开关K1连接于第一直流母线AA’的第一段母线11与电源之间，第二切换开关K2连接于第二直流母线BB’的第一段母线21与电源之间。

在本实施例中，控制电路50用于检测第一直流母线AA’上的电流，当第一直流母线AA’上无电流(也即，断路器20断开使得第一直流母线AA’断电)时，控制电路50控制第一切换开关K1关断，并控制第二切换开关K2导通，断路器20闭合，则第二直流母线BB’所在线路导通，替换第一直流母线AA’向后端用电设备供电。由于此时第一切换开关K1处于关断状态，因此，第一直流母线AA’处于完全断电状态，当消除第一直流母线AA’所在线路的故障后，可仍由第一直流母线AA’供电。

图4为本发明实施例提供的另一种电源切换电路的结构示意图，在图3所示电源切换电路的基础上，参考图4，本发明实施例提供的电源切换电路还包括第二切换单元60，第二切换单元60包括第三切换开关K3和第四切换开关K4；第三切换开关K3与第一直流母线AA’的第二段母线12串联连接，第四切换开关K4与第二直流母线BB’的第二段母线22串联连接。

在本实施例中，第一切换开关K1和第三切换开关K3共同控制第一直流母线AA’供电，第二切换开关K2和第四切换开关K4共同控制第二直流母线BB’供电。通过对供电线路的双端控制，有利于提高供电的安全可靠性。

图5为本发明实施例提供的另一种电源切换电路的结构示意图，在上述各技术方案的基础上，参考图5，换流电路40包括电容器C、电抗器L和换流开关SH；换流开关SH的第一端与断路器20的第一端电连接，换流开关SH的第二端与电抗器L的第一端电连接，电抗器L的第二端与电容器C的第一端电连接，电容器C的第二端与断路器20的第二端电连接。

继续参考图5，吸能电路30包括吸能开关SN和避雷器LA；吸能开关SN的第一端与断路器20的第一端电连接，吸能开关SN的第二端与避雷器LA的第一端电连接，避雷器LA的第二端与断路器20的第二端电连接。

本实施例以图5所述电源切换电路为例，对其工作原理进行具体说明。

电源输出直流电压，在正常情况下，第一切换开关K1、断路器20和第三切换开关K3闭合，通过第一直流母线AA’向后端用电设备供电。其中，第一切换开关K1和第三切换开关K3可以由控制电路50进行控制。当直流系统产生故障电流(如，短路电流)时，闭合换流开关SH和吸能开关SN，向系统中投入换流电路40和吸能电路30。换流电路40中电容器C预先充好电，当换流开关SH闭合后，电容器C开始放电，系统电流逐渐转移至换流电路40中，由于电容器C持续放电，因此电容器C两端的电压逐渐降低。由于断路器20为交流断路器，因此电弧能够在电流过零点处熄灭。当流过断路器20的电流过零时，断路器20的电弧在电流过零点处熄灭，随着电容器C继续放电，断路器20两端的电压逐渐反向，当电容器C放电结束后，电抗器L电流对电容器C进行充电，电容器C两端的电压逐渐增大，由于杂散电容的影响，断路器20两端的电压会发生振荡，当电容器C两端的电压达到避雷器LA的阈值电压时，系统电流转移至避雷器LA中，避雷器LA对系统电流产生的能量进行吸收，系统电流逐渐减小为零，其中，避雷器LA可以为氧化锌避雷器。

当控制电路30检测到系统电流为零时，控制电路50控制第一切换开关K1和第三切换开关K3打开，实现第一直流母线AA’的完全断电。同时控制第二切换开关K2和第四切换开关K4闭合，导通第二直流母线BB’，当断路器20恢复合闸后，通过第二直流母线BB’向后端用电设备供电。从而实现了两条直流母线共用一套混合式直流断路器，大大减少了混合式直流断路器的数量，进而降低了系统的成本，减小了系统的占地面积。

本发明实施例还提供了一种电源切换电路的控制方法，参考图1，本发明实施例提供的电源切换电路包括：第一直流母线AA’、第二直流母线BB’、第一切换单元10、断路器20、吸能电路30和换流电路40，第一切换单元10的第一端a1与电源连接；第一直流母线AA’包括第一段母线11和第二段母线12，第一段母线11与第一切换单元10的第二端a2电连接，断路器20串联于第一直流母线AA’的第一段母线11和第二段母线12之间。

第二直流母线BB’包括第一段母线21和第二段母线22，第二直流母线BB’与第一切换单元10的第三端a3电连接，断路器20串联于第二直流母线BB’的第一段母线21和第二段母线22之间。

吸能电路30与断路器20并联连接，吸能电路30用于吸收第一直流母线AA’产生的故障电流。

换流电路40与断路器20并联连接，换流电路40用于在第一直流母线AA’产生故障电流时，断开断路器20，第一切换单元10用于在第一直流母线AA’断电后导通第二直流母线BB’。

图6为本发明实施例提供的一种电源切换电路的控制方法的流程图，在上述各技术方案的基础上，参考图1-图6，本发明实施例提供的电源切换电路的控制方法包括：

S110、检测第一直流母线上的电流。

S120、当电流大于预设电流时，投入换流电路和吸能电路，以断开断路器。

S130、控制第二直流母线和断路器导通。

其中，电源输出直流电压，用于通过第一直流母线AA’或第二直流母线BB’向后端用电设备提供电源电压。其中，第一直流母线AA’和第二直流母线BB’为两条单独的母线，例如，第一直流母线AA’可以为主供电线路，第二直流母线BB’可以为备用供电线路。第一直流母线AA’分为第一段母线11和第二段母线12，在第一直流母线AA’的供电线路上，断路器20串联于第一段母线11和第二段母线12之间；第二直流母线BB’同样分为第一段母线21和第二段母线22，在第二直流母线BB’的供电线路上，断路器20串联于第一段母线21和第二段母线22之间。也就是说，第一直流母线AA’和第二直流母线BB’共用一个断路器20，通过第一切换单元10切换第一直流母线AA’或第二直流母线BB’向后端用电设备供电。

吸能电路30和换流电路40均与断路器20并联连接，断路器20、吸能电路30和换流电路40共同组成混合式直流断路器100，以迅速切断直流系统中的故障电流。断路器20为交流断路器，通过吸能电路30和换流电路40能够实现断路器20的无弧分断。

在正常情况下，由第一直流母线AA’向后端用电设备供电，第二直流母线BB’处于断路状态。控制电路50检测第一直流母线AA’上的电流，当电流大于预设电流时，则认为直流系统产生故障电流(如，短路电流)时，通过投入换流电路40和吸能电路30，将故障电流从断路器50所在支路转移至换流电路40所在支路中，强迫断路器50的电弧在电流过零点处熄灭，当换流电路40中的电流反向增大时，电流被强迫转移至吸能电路30中，最终故障电流产生的能量完全被吸能电路30吸收，完成断路器20的完全关断，从而切除第一直流母线AA’。当第一直流母线AA’断电后，第一切换单元10快速切换第二直流母线BB’导通，并导通断路器20，由第二直流母线BB’向后端用电设备供电。由此实现第一直流母线AA’和第二直流母线BB’之间的切换。

本发明实施例提供的技术方案通过将断路器串联于第一直流母线的第一段母线和第二段母线之间，并且串联于第二直流母线的第一段母线和第二段母线之间，使得第一直流母线和第二直流母线共用一个断路器，且吸能电路和换流电路均与断路器并联连接，当第一直流母线产生故障电流时，通过投入换流电路和吸能电路断开断路器，并且第一切换单元在第一直流母线断电后导通第二直流母线。相对于现有技术，本发明实施例提供的技术方案，通过第一直流母线和第二直流母线共用断路器、吸能电路和换流电路组成的混合式直流断路器，有效解决了多端直流系统每一传输线路均需连接一个混合式直流断路器的问题，从而降低了直流系统的占地面积和成本。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种电源切换电路，其特征在于，包括：第一直流母线、第二直流母线、第一切换单元、断路器、吸能电路和换流电路，所述第一切换单元的第一端与电源连接；

所述第一直流母线包括第一段母线和第二段母线，所述第一直流母线与所述第一切换单元的第二端电连接，所述断路器串联于所述第一直流母线的所述第一段母线和所述第二段母线之间；

所述第二直流母线包括第一段母线和第二段母线，所述第二直流母线与所述第一切换单元的第三端电连接，所述断路器串联于所述第二直流母线的所述第一段母线和所述第二段母线之间；

所述吸能电路与所述断路器并联连接，所述吸能电路用于吸收所述第一直流母线产生的故障电流；

所述换流电路与所述断路器并联连接，所述换流电路用于在所述第一直流母线产生故障电流时，断开所述断路器；所述第一切换单元用于在所述第一直流母线断电后导通所述第二直流母线，并导通所述断路器。

2.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述电源切换电路还包括控制电路，所述控制电路用于在所述第一直流母线断电后，控制所述第一切换单元导通所述第二直流母线。

3.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述换流电路包括电容器、电抗器和换流开关；

所述换流开关的第一端与所述断路器的第一端电连接，所述换流开关的第二端与所述电抗器的第一端电连接，所述电抗器的第二端与所述电容器的第一端电连接，所述电容器的第二端与所述断路器的第二端电连接。

4.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述吸能电路包括吸能开关和避雷器；

所述吸能开关的第一端与所述断路器的第一端电连接，所述吸能开关的第二端与所述避雷器的第一端电连接，所述避雷器的第二端与所述断路器的第二端电连接。

5.根据权利要求4所述的电源切换电路，其特征在于，所述避雷器为氧化锌避雷器。

6.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述第一切换单元包括第一切换开关和第二切换开关；

所述第一切换开关连接于所述第一直流母线的所述第一段母线与所述电源之间，所述第二切换开关连接于所述第二直流母线的所述第一段母线与所述电源之间。

7.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，还包括第二切换单元，所述第二切换单元包括第三切换开关和第四切换开关；

所述第三切换开关与所述第一直流母线的所述第二段母线串联连接，所述第四切换开关与所述第二直流母线的所述第二段母线串联连接。

8.根据权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述断路器为交流断路器。

9.一种电源切换电路的控制方法，其特征在于，所述电源切换电路包括第一直流母线、第二直流母线、第一切换单元、断路器、吸能电路和换流电路，所述第一切换单元的第一端与电源连接；所述第一直流母线包括第一段母线和第二段母线，所述第一直流母线与所述第一切换单元的第二端电连接，所述断路器串联于所述第一直流母线的所述第一段母线和所述第二段母线之间；所述第二直流母线包括第一段母线和第二段母线，所述第二直流母线与所述第一切换单元的第三端电连接，所述断路器串联于所述第二直流母线的所述第一段母线和所述第二段母线之间；所述吸能电路与所述断路器并联连接，所述吸能电路用于吸收所述第一直流母线产生的故障电流；所述换流电路与所述断路器并联连接，所述换流电路用于在所述第一直流母线产生故障电流时，断开所述断路器；所述第一切换单元用于在所述第一直流母线断电后导通所述第二直流母线，并导通所述断路器；

所述电源切换电路的控制方法包括：

检测所述第一直流母线上的电流；

当所述电流大于预设电流时，投入所述换流电路和所述吸能电路，以断开所述断路器；

控制所述第二直流母线和所述断路器导通。

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