CN115274276A - 一种有载分接开关及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种有载分接开关及其控制方法，包括：分接选择器、五个电力电子开关、两个电阻及四个机械开关，在有载分接开关处于非切换状态时，第一电力电子开关和第二电力电子开关被第一和第三机械开关短接，第三电力电子开关被第四机械开关隔离，或者第一电力电子开关和第二电力电子开关被第三机械开关隔离，第三电力电子开关被第二和第四机械开关短接。两个电阻能够提供电力电子开关导通时的导通电压。通过实施本发明，当变压器发生故障时产生的冲击电压无需电力电子开关承受，整体降低了电力电子元件成本。在整个机械部分只设计了2台主通流刀闸与2台切换刀闸，降低了机械开关整体造成的时序误差。通过设置两个电阻，实现机械开关的无弧开断。

Description

一种有载分接开关及其控制方法

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，具体涉及一种有载分接开关及其控制方法。

背景技术

有载分接开关(On load tap changer，简称OLTC)是电力变压器完成调压的核心组件。变压器有载调压技术是稳定电压的重要手段，即在不断电的情况下，有载分接开关将变压器由一个分接头切换到另一个分接头来调节变压器绕组的有效匝数，以达到调压的目的。目前，从10～500kV的各级电力变压器中，90％以上都装有载分接开关，这些有载分接开关都是机械式的。由于机械式有载分接开关存在动作部件众多，切换时间较长，一旦相邻机械切换的时序误差超过预设值，将导致电弧熄灭困难，引起分接开关上百千安的电弧放电，极易造成爆炸起火。针对现有问题，采用电力电子元件代替机械式有载分接开关成为研究的热点，从技术上主要包括纯电力电子和机械电力电子混合式两种路线。

采用纯电力电子式有载分接开关替代机械式开关，其开关过程无弧，动作迅速，但是使用电力电子器件数量多、造价高，电力电子器件长期通流需要配置额外水冷设备，损耗大，可靠性低。纯电力电子式有载分接开关处于理论研究阶段。

采用机械及电力电子混合式有载分接开关，通过半控电力电子元件代替机械切换开关，使开关过程无弧，延长有载分接开关使用寿命。但是传统混合式有载分接开关电力电子元件在稳态运行过程中长期耐受电压应力，需要串联数量多等问题。此外，触发电力电子元件开通时，施加在电力电子元件两端电压需超过其阈值电压才能开通，电力电子元件两端电压由机械开关拉弧提供，长期动作导致机械开关触头烧蚀严重。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种有载分接开关及其控制方法，以解决现有技术中电力电子元件两端电压由机械开关拉弧提供，长期动作导致机械开关触头烧蚀严重的技术问题。

本发明实施例提供的技术方案如下：

本发明实施例第一方面一种有载分接开关，包括：分接选择器、第一电力电子开关、第二电力电子开关、第三电力电子开关、第四电力电子开关、第五电力电子开关、第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关、第四机械开关、第一电阻以及第二电阻，所述分接选择器连接变压器调压绕组；所述第一机械开关的一端连接所述分接选择器的第一端以及所述第三机械开关的一端，所述第一机械开关的另一端连接所述第四电力电子开关的一端以及所述第一电阻的一端，所述第四电力电子开关的另一端连接所述第一电阻的另一端以及有载分接开关中性点；所述第三机械开关的另一端连接所述第一电力电子开关的一端和所述第二电力电子开关的一端，所述第一电力电子开关的另一端连接所述第二电力电子开关的另一端以及所述有载分接开关中性点；所述第二机械开关的一端连接所述分接选择器的第二端以及所述第四机械开关的一端，所述第二机械开关的另一端连接所述第五电力电子开关的一端以及所述第二电阻的一端，所述第五电力电子开关的另一端连接所述第二电阻的另一端以及所述有载分接开关中性点；所述第四机械开关的另一端连接所述第三电力电子开关的一端，所述第三电力电子开关的另一端连接所述有载分接开关中性点；在有载分接开关处于非切换状态时，所述第一机械开关处于闭合状态、所述第二机械开关处于断开状态、所述第三机械开关处于闭合状态以及所述第四机械开关处于断开状态，所述第一电力电子开关和所述第二电力电子开关被所述第一机械开关和第三机械开关短接，所述第三电力电子开关被所述第四机械开关隔离，所述第四电力电子开关处于导通状态，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第一机械开关和第四电力电子开关至有载分接开关中性点；或者，所述第一机械开关处于断开状态、所述第二机械开关处于闭合状态、所述第三机械开关处于断开状态以及所述第四机械开关处于闭合状态，所述第一电力电子开关和所述第二电力电子开关被所述第三机械开关隔离，所述第三电力电子开关被所述第二机械开关和第四机械开关短接，所述第五电力电子开关处于导通状态，电流流经变压器绕组、分接选择器第二端、第二机械开关和第五电力电子开关至有载分接开关中性点；

可选地，该有载分接开关还包括：第一绝缘套管、第二绝缘套管、第三绝缘套管、第四绝缘套管、第五绝缘套管、第六绝缘套管和第七绝缘套管，所述第一绝缘套管连接在所述第一机械开关和所述第四电力电子开关之间；所述第二绝缘套管连接在所述第三机械开关和所述第一电力电子开关之间；所述第三绝缘套管连接在所述第三机械开关和所述第二电力电子开关之间；所述第四绝缘套管连接在所述第四机械开关和所述第三电力电子开关之间；所述第五绝缘套管连接在所述第二机械开关和所述第五电力电子开关之间；所述第六绝缘套管连接在所述分接选择器的第一端和所述第一机械开关、所述第三机械开关之间；所述第七绝缘套管连接在所述分接选择器的第二端和所述第二机械开关、所述第四机械开关之间。

可选地，该有载分接开关还包括：第三电阻，所述第三电阻连接在所述第三机械开关和所述第二电力电子开关之间。

可选地，该有载分接开关还包括：避雷器装置，所述避雷器装置设置在所述分接选择器的第一端和第二端之间。

可选地，所述第一电力电子开关、所述第二电力电子开关、所述第三电力电子开关、所述第四电力电子开关和所述第五电力电子开关中的任一个包括：至少两个反向并联的晶闸管；或者，所述第一电力电子开关、所述第二电力电子开关、所述第三电力电子开关、所述第四电力电子开关和所述第五电力电子开关中的任一个包括：至少两个IGBT和至少两个二极管，IGBT与二极管反向并联，IGBT之间串联连接。

可选地，所述第一电力电子开关、所述第二电力电子开关、所述第三电力电子开关、所述第四电力电子开关和所述第五电力电子开关中的任一个包括：电容器和四个带有反并联二极管的IGBT，四个带反并联二极管的IGBT组成桥式结构，两组串联的IGBT同向并联后与电容器进行并联。

可选地，所述第一电力电子开关、所述第二电力电子开关、所述第三电力电子开关、所述第四电力电子开关和所述第五电力电子开关中的任一个包括：IGBT和四个二极管组成的桥式整流电路，两组串联的二极管同方向并联，IGBT并联于同方向的二极管上。

本发明实施例第二方面提供一种有载分接开关的控制方法，所述控制方法应用于本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的有载分接开关，包括：当在有载分接开关处于非切换状态时，所述第一机械开关处于闭合状态、所述第二机械开关处于断开状态、所述第三机械开关处于闭合状态以及所述第四机械开关处于断开状态，所述第一电力电子开关和所述第二电力电子开关被所述第一机械开关和第三机械开关短接，所述第三电力电子开关被所述第四机械开关隔离，所述第四电力电子开关处于导通状态，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第一机械开关和第四电力电子开关至有载分接开关中性点；或者，所述第一机械开关处于断开状态、所述第二机械开关处于闭合状态、所述第三机械开关处于断开状态以及所述第四机械开关处于闭合状态，所述第一电力电子开关和所述第二电力电子开关被所述第三机械开关隔离，所述第三电力电子开关被所述第二机械开关和第四机械开关短接，所述第五电力电子开关处于导通状态，电流流经变压器绕组、分接选择器第二端、第二机械开关和第五电力电子开关至有载分接开关中性点；当有载分接开关处于切换状态时，调整所述第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关的状态，并触发所述第一电力电子开关、第二电力电子开关、第三电力电子开关、第四电力电子开关或第五电力电子开关，完成有载分接开关两个端子之间的切换。

可选地，当有载分接开关处于切换状态时，调整所述第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关的状态，并触发所述第一电力电子开关、第二电力电子开关、第三电力电子开关、第四电力电子开关或第五电力电子开关，完成有载分接开关两个端子之间的切换，包括：对所述有载分接开关进行切换时，触发导通第一电力电子开关，停止触发第四电力电子开关，所述第一电阻上的电压提供第一电力电子开关的导通电压，断开第一机械开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第三机械开关及第一电力电子开关至有载分接开关中性点；触发导通第二电力电子开关，停止触发第一电力电子开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第三机械开关和第二电力电子开关至有载分接开关中性点；闭合第四机械开关，触发导通第三电力电子开关；关断第二电力电子开关，断开第三机械开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第二端、第四机械开关和第三电力电子开关至有载分接开关中性点；闭合第二机械开关，触发导通第五电力电子开关，关断第三电力电子开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第二端、第二机械开关和第五电力电子开关至有载分接开关中性点，完成有载分接开关从第一端子到第二端子的切换过程。

可选地，当有载分接开关处于切换状态时，调整所述第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关的状态，并触发所述第一电力电子开关、第二电力电子开关、第三电力电子开关、第四电力电子开关或第五电力电子开关，完成有载分接开关两个端子之间的切换，包括：对所述有载分接开关进行切换时，触发导通第三电力电子开关，停止触发第五电力电子开关，第二电阻上的电压提供第三电力电子开关的导通电压，断开第二机械开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第二端、第四机械开关及第三电力电子开关至有载分接开关中性点；闭合第三机械开关，断开第二机械开关，触发导通第二电力电子开关；关断第三电力电子开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第三机械开关和第二电力电子开关至有载分接开关中性点；触发导通第一电力电子开关，关断第二电力电子开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第三机械开关和第一电力电子开关至有载分接开关中性点；断开第四机械开关，闭合第一机械开关，触发导通第四电力电子开关，关断第一电力电子开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第一机械开关以及第四电力电子开关至有载分接开关中性点，完成有载分接开关从第二端子到第一端子的切换过程。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的有载分接开关及其控制方法，通过设置第一机械开关和第二机械开关作为主通流开关，从而使得中间的第三机械开关、第四机械开关以及承担切换功能的三个电力电子开关在变压器正常运行和分接头调整过程中均不承受较高的电压、电流应力。解决了电力电子元件串联过多的问题,整体降低了有载分接开关成本，同时，有载分接开关在整个机械部分只设计了2台主通流刀闸与2台切换刀闸，由此通过减少机械开关的方式，降低了机械开关整体造成的时序误差以及切换过程中对机械开关的时序配合要求。此外，设置第一电阻和第二电阻，则电力电子开关的导通电压由电阻提供，并不是由机械开关拉弧提供，解决了机械开关触头烧蚀的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中有载分接开关的结构框图；

图2为本发明实施例中五个电力电子开关的结构原理图；

图3为本发明另一实施例中五个电力电子开关的结构原理图；

图4为本发明另一实施例中五个电力电子开关的结构原理图；

图5为本发明另一实施例中五个电力电子开关的结构原理图；

图6为本发明实施例中有载分接开关的控制方法的流程图；

图7(a)至图7(f)为本发明实施例中有载分接开关的切换过程示意图；

图8为本发明实施例中有载分接开关的控制时序示意图；

图9为本发明另一实施例中有载分接开关的控制时序示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供一种有载分接开关，如图1所示，该有载分接开关包括：分接选择器、第一电力电子开关701、第二电力电子开关702、第三电力电子开关703、第四电力电子开关801、第五电力电子开关802、第一机械开关100、第二机械开关200、第三机械开关300、第四机械开关400、第一电阻901以及第二电阻902，所述分接选择器连接变压器调压绕组；所述第一机械开关100的一端连接所述分接选择器的第一端1以及所述第三机械开关300的一端，所述第一机械开关100的另一端连接所述第四电力电子开关801的一端以及所述第一电阻901的一端，所述第四电力电子开关801的另一端连接所述第一电阻901的另一端以及有载分接开关中性点；所述第三机械开关300的另一端连接所述第一电力电子开关701的一端和所述第二电力电子开关702的一端，所述第一电力电子开关701的另一端连接所述第二电力电子开关702的另一端以及所述有载分接开关中性点；所述第二机械开关200的一端连接所述分接选择器的第二端以及所述第四机械开关400的一端，所述第二机械开关200的另一端连接所述第五电力电子开关802的一端以及所述第二电阻902的一端，所述第五电力电子开关802的另一端连接所述第二电阻902的另一端以及所述有载分接开关中性点；所述第四机械开关400的另一端连接所述第三电力电子开关703的一端，所述第三电力电子开关703的另一端连接所述有载分接开关中性点；在有载分接开关处于非切换状态时，所述第一机械开关100处于闭合状态、所述第二机械开关200处于断开状态、所述第三机械开关300处于闭合状态以及所述第四机械开关400处于断开状态，所述第一电力电子开关701和所述第二电力电子开关702被所述第一机械开关100和第三机械开关300短接，所述第三电力电子开关703被所述第四机械开关400隔离；或者，所述第一机械开关100处于断开状态、所述第二机械开关200处于闭合状态、所述第三机械开关300处于断开状态以及所述第四机械开关400处于闭合状态，所述第三电力电子开关703处于被所述第二机械开关200和第四机械开关400短接，所述第一电力电子开关701和所述第二电力电子开关702被所述第三机械开关300隔离。其中，有载分接开关的输出端可以作为有载分接开关的中性点。

具体地，当有载分接开关处于非切换状态时，第一机械开关100和第三机械开关300处于闭合状态，第二机械开关200和第四机械开关400处于打开状态，第四电力电子开关801处于导通状态；或者第一机械开关100和第三机械开关300处于打开状态，第二机械开关200和第四机械开关400处于闭合状态，第五电力电子开关802导通状态。由此，闭合的第一机械开关100和第三机械开关300将其连接的电力电子开关701和702短接，断开的第四机械开关400将于其连接的电力电子开关703隔离。或者闭合的第二机械开关200和第四机械开关400将其连接的电力电子开关703短接，断开的第三机械开关300将于其连接的电力电子开关701和702隔离。电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第一机械开关和第四电力电子开关至有载分接开关中性点；或者电流流经变压器绕组、分接选择器第二端、第二机械开关和第五电力电子开关至有载分接开关中性点。

通过上述连接方式，机械开关将电力电子开关与变压器单位点隔离开，在变压器运行过程中在分接选择器两个端口直接产生的故障冲击电压均由机械开关承担，而电力电子开关不需要承受，避免在变压器正常运行情况下以及故障情况下，电力电子开关耐受过电压以及过电流应力冲击。

并且，在该实施例中，若进行切换时，第一电力电子开关701的导通电压由第一电阻901提供，在第一机械开关100处于闭合状态，当第四电力电力电子开关801关断，第一电力电子开关701导通时，电流通过第三机械开关300以及第一电力电子开关701流至有载分接开关中性点，由此，第一机械开关100在无电流的情况下断开，不会产生电弧，避免机械开关触头烧蚀。同理，第三电力电子开关703的导通电压由第二电阻902提供，在第二机械开关200处于闭合状态，当第五电力电子开关802关断，第三电力电子开关703导通时，电流通过第四机械开关400以及第三电力电子开关703至有载分接开关中性点，即第二机械开关200在无电流的情况下断开，不会产生电弧，避免机械开关触头烧蚀。由此，设置的第一电阻和第二电阻形成无弧过渡电路，实现机械开关的无弧开断，避免电弧造成的触头烧蚀，提高设备的使用寿命。

本发明实施例提供的有载分接开关，通过设置第一机械开关100和第二机械开关200作为主通流开关，从而使得中间的第三机械开关300、第四机械开关400以及承担切换功能的三个电力电子开关在变压器正常运行和分接头调整过程中均不承受较高的电压、电流应力。解决了电力电子元件串联过多的问题,整体降低了有载分接开关成本，同时，有载分接开关在整个机械部分只设计了2台主通流刀闸与2台切换刀闸，由此通过减少机械开关的方式，降低了机械开关整体造成的时序误差以及切换过程中对机械开关的时序配合要求。此外，设置第一电阻901和第二电阻902，则电力电子开关的导通电压由电阻提供，并不是由机械开关拉弧提供，解决了机械开关触头烧蚀的问题。

在一实施例中，如图1所示，该有载分接开关还包括：第一绝缘套管601、第二绝缘套管602、第三绝缘套管603、第四绝缘套管604、第五绝缘套管605、第六绝缘套管606和第七绝缘套管607，所述第一绝缘套管601连接在所述第一机械开关100和所述第四电力电子开关801之间；所述第二绝缘套管602连接在所述第三机械开关300和所述第一电力电子开关701之间；所述第三绝缘套管603连接在所述第三机械开关300和所述第二电力电子开关702之间；所述第四绝缘套管604连接在所述第四机械开关400和所述第三电力电子开关703之间；所述第五绝缘套管605连接在所述第二机械开关200和所述第五电力电子开关802之间；所述第六绝缘套管606连接在所述分接选择器的第一端和所述第一机械开关100、所述第三机械开关300之间；所述第七绝缘套管607连接在所述分接选择器的第二端和所述第二机械开关200、所述第四机械开关400之间。

在一实施例中，如图1所示，该有载分接开关还包括：第三电阻500，第三电阻500连接在第三机械开关300和第二电力电子开关702之间。在一具体实施方式中，设置的第三电阻500作为限流电阻，可以抑制在切换过程第二电力电子开关702和第三电力电子开关703之间产生的环流，从而有效保护第二电力电子开关702和第三电力电子开关703。

在一实施例中，如图1所示，该有载分接开关还包括：避雷器装置60，避雷器装置60设置在分接选择器的第一端和第二端之间。具体地，该避雷器装置60可以选择避雷器电阻，也可以选择其他避雷器装置，本发明对此不做限定。在有载分接开关中设置的避雷器装置可以保护承担切换功能的第一电力电子开关701、第二电力电子开关702和第三电力电子开关703免受瞬态过电压的冲击，形成对三个电力电子开关的二重保护。

在一实施例中，如图2所示，所述第一电力电子开关701、所述第二电力电子开关702、所述第三电力电子开关703、所述第四电力电子开关801和所述第五电力电子开关802中的任一个包括：至少两个反向并联的晶闸管71和72，从而导通和分断双向的交流电流。

在一实施例中，如图3所示，所述第一电力电子开关701、所述第二电力电子开关702、所述第三电力电子开关703、所述第四电力电子开关801和所述第五电力电子开关802中的任一个包括：至少两个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)75和76以及至少两个二极管73和74，其中，IGBT与二极管反向并联，IGBT之间串联连接，从而导通和分断双向的交流电流。

在一实施例中，如图4所示，所述第一电力电子开关701、所述第二电力电子开关702、所述第三电力电子开关703、所述第四电力电子开关801和所述第五电力电子开关802中的任一个包括：电容器78和四个带有反并联二极管的IGBT77，四个带反并联二极管的IGBT77组成桥式结构，其中每两个带反并联二极管的IGBT77为一组同向串联，连接处作为引出节点，两组串联的IGBT77同向并联后与电容器78进行并联，从而导通和分断双向的交流电流。

在一实施例中，如图5所示，所述第一电力电子开关701、所述第二电力电子开关702、所述第三电力电子开关703、所述第四电力电子开关801和所述第五电力电子开关802中的任一个包括：IGBT79和四个二极管80组成的桥式整流电路，两组串联的二极管80同方向并联，IGBT79并联于同方向的二极管80上，其集电极接二极管阴极，发射极接二极管阳极，从而导通和分断双向的交流电流，同时保证IGBT器件两端永远保持承受正向压降，实现对IGBT的保护。

具体地，所述第一电力电子开关701、所述第二电力电子开关702、所述第三电力电子开关703、所述第四电力电子开关801或所述第五电力电子开关802可以分别按照上述实施例提供的结构进行设置，即所述第一电力电子开关701、所述第二电力电子开关702、所述第三电力电子开关703、所述第四电力电子开关801或所述第五电力电子开关802可以按照上述实施例选择相同的结构，也可以选择不同的结构，本发明实施例对此不做限定。

在该实施例中，如图1所示，所述分接选择器、第一机械开关100、第二机械开关200、第三机械开关300以及第四机械开关400设置在所述变压器内部，所述第一电力电子开关701、第二电力电子开关702、第三电力电子开关703、第四电力电子开关801、第五电力电子开关802、第一电阻901以及第二电阻902设置在所述变压器外部。具体地，分接选择器设置在变压器内部，与变压器调压绕组连接。避雷装置60、第三电阻500、第一机械开关100、第二机械开关200、第三机械开关300以及第四机械开关400设置在油室内部，第一电力电子开关701、第二电力电子开关702、第三电力电子开关703、第四电力电子开关801、第五电力电子开关802、第一电阻901以及第二电阻902设置在所述变压器外部。

本发明实施例还提供一种有载分接开关的控制方法，该控制方法应用于上述实施例有载分接开关，如图6所示，该控制方法包括如下步骤：

步骤S101：当有载分接开关处于非切换状态时，第一机械开关100处于闭合状态、第二机械开关200处于断开状态、第三机械开关300处于闭合状态且第四机械开关400处于断开状态，第一电力电子开关701、第二电力电子开关702被所述第一机械开关100和第三机械开关300短接，所述第三电力电子开关703被所述第四机械开关400隔离，所述第四电力电子开关801导通状态，电流通过分接选择器第一端1、第一机械开关100和第四电力电子开关801流至有载分接开关中性点，如图7(a)所示；或者，第一机械开关100处于断开状态、第二机械开关200处于闭合状态、第三机械开关300处于断开状态且第四机械开关400处于闭合状态，所述第一电力电子开关701和所述第二电力电子开关702被所述第三机械开关300隔离，所述第三电力电子开关703被所述第二机械开关200和第四机械开关400短接，所述第五电力电子开关802导通状态，电流通过分接选择器第二端2、第二机械开关200和第五电力电子开关802至有载分接开关中性点，如图7(f)所示。

步骤S102：当有载分接开关处于切换状态时，调整所述第一机械开关100、第二机械开关200、第三机械开关300以及第四机械开关400的状态，并触发所述第一电力电子开关701、第二电力电子开关702、第三电力电子开关703、第四电力电子开关801或第五电力电子开关802，完成有载分接开关两个端子之间的切换。

本发明实施例提供的有载分接开关的控制方法，通过设置第一机械开关100和第二机械开关200作为主通流开关，从而使得中间的第三机械开关300、第四机械开关400以及承担切换功能的三个电力电子开关在变压器正常运行和分接头调整过程中均不承受较高的电压、电流应力。解决了电力电子元件串联过多的问题,整体降低了有载分接开关成本，同时，有载分接开关在整个机械部分只设计了2台主通流刀闸与2台切换刀闸，由此通过减少机械开关的方式，降低了机械开关整体造成的时序误差以及切换过程中对机械开关的时序配合要求。此外，设置第一电阻901和第二电阻902，则电力电子开关的导通电压由电阻提供，并不是由机械开关拉弧提供，解决了机械开关触头烧蚀的问题。

在一实施例中，当有载分接开关需要从分接选择器的第一端切换到第二端时，可以按照以下过程实现有载分接开关的切换，即当有载分接开关处于切换状态时，调整所述第一机械开关100、第二机械开关200、第三机械开关300以及第四机械开关400的状态，并触发所述第一电力电子开关701、第二电力电子开关702、第三电力电子开关703、第四电力电子开关801或第五电力电子开关802，完成有载分接开关两个端子之间的切换，包括如下步骤：

步骤S201：当所述分接开关进行切换时，如图7(b)所示，触发导通第一电力电子开关701，停止触发第四电力电子开关801，所述第一电阻901上的电压提供第一电力电子开关701的导通电压，断开第一机械开关100，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第三机械开关300及第一电力电子开关701至有载分接开关中性点。

步骤S202：如图7(c)所示，触发导通第二电力电子开关702，停止触发第一电力电子开关701，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第三机械开关300和第二电力电子开关702至有载分接开关中性点。

步骤S203：如图7(d)所示，闭合第四机械开关400，触发导通第三电力电子开关703；在闭合第四机械开关400，关断第一电力电子开关701，导通第三电力电子开关703的情况下，由于分接选择器的第一端和第二端之间的电压差，会使得第三电力电子开关703和第二电力电子开关702之间会产生环流。由此，通过在第三机械开关300和第二电力电子开关702之间设置第三电阻500能够抑制该环流，避免其对两个电力电子开关的损坏。同时，如图8所示，对于第四机械开关400，只要在触发导通第三电力电子开关703之前将其闭合，就能实现分接开关的稳定切换。即闭合第四机械开关400的动作可以在开始进行切换时直到触发导通第三电力电子开关703之前的一段时间内的任一个时间点完成。

步骤S204：如图7(e)所示，关断第二电力电子开关702，断开第三机械开关300，电流流经变压器绕组、分接选择器第二端、第四机械开关400和第三电力电子开关703至有载分接开关中性点；具体地，如图8所示，对于第三机械开关300，只要在关断第二电力电子开关702之后就可以进行断开第三机械开关300的动作。即断开第三机械开关300的动作可以在关断第二电力电子开关702之后直到完成第一端子和第二端子之间切换过程之前的任一个时间点完成。

步骤S205：如图7(f)所示，闭合第二机械开关200，触发导通第五电力电子开关802，关断第三电力电子开关703，电流流经变压器绕组、分接选择器第二端、第二机械开关200和第五电力电子开关802至有载分接开关中性点，完成有载分接开关从第一端子到第二端子的切换过程。

在一实施例中，当有载分接开关需要从分接选择器的第二端切换到第一端时，可以按照以下过程实现有载分接开关的切换，即当有载分接开关处于切换状态时，调整所述第一机械开关100、第二机械开关200、第三机械开关300以及第四机械开关400的状态，并触发所述第一电力电子开关701、第二电力电子开关702、第三电力电子开关703、第四电力电子开关801或第五电力电子开关802，完成有载分接开关两个端子之间的切换，包括如下步骤：

步骤S301：当所述有载分接开关进行切换时，触发导通第三电力电子开关703，停止触发第五电力电子开关802，第二电阻902上的电压提供第三电力电子开关703的导通电压，断开第二机械开关200，电流流经变压器绕组、分接选择器第二端、第四机械开关400及第三电力电子开关703至有载分接开关中性点。

步骤S302：闭合第三机械开关300，触发导通第二电力电子开关702。具体地，在闭合第三机械开关300，导通第二电力电子开关702的情况下，由于分接选择器的第一端和第二端之间的电压差，会使得第三电力电子开关703和第二电力电子开关702之间会产生环流。由此，通过在第三机械开关300和第二电力电子开关702之间设置第三电阻500能够抑制该环流，避免其对两个电力电子开关的损坏。同时，如图9所示，对于第三机械开关300，只要在触发导通第二电力电子开关702之前将其闭合，就能实现分接开关的稳定切换。即闭合第三机械开关300的动作可以在开始进行切换时直到触发导通第二电力电子开关702之前的一段时间内的任一个时间点完成。

步骤S303：关断第三电力电子开关703，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第三机械开关300和第二电力电子开关702至有载分接开关中性点。

步骤S304：触发导通第一电力电子开关701，关断第二电力电子开关702，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第三机械开关和第一电力电子开关701至有载分接开关中性点。

步骤S305：断开第四机械开关400，闭合第一机械开关100，触发导通第四电力电子开关801，关断第一电力电子开关701，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第一机械开关100以及第四电力电子开关801至有载分接开关中性点，完成有载分接开关从第二端子到第一端子的切换过程。具体地，如图9所示，对于第四机械开关400，只要在触发第一电力电子开关701之后就可以进行断开第四机械开关400的动作。即断开第四机械开关400的动作可以在触发第一电力电子开关701之后直到完成第二端子和第一端子之间切换过程之前的任一个时间点完成。

图8给出了有载分接开关从第一端到第二端的切换过程时序图，图9给出了有载分接开关从第二端到第一端的切换过程时序图，从图中可以看出，无论是将有载分接开关从第一端切换到第二端，还是从第二端切换到第一端，第三机械开关300和第四机械开关400只要在图示所示的动作时刻前动作或动作时刻后动作即可。因此，本发明实施例提供的有载分接开关的控制方法，对于第三机械开关300和第四机械开关400的切换时序配合要求较低，降低了切换过程中时序配合的难度。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下对这些实施例进行各种变化、替换和修改，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

Claims (10)

1.一种有载分接开关，其特征在于，包括：分接选择器、第一电力电子开关、第二电力电子开关、第三电力电子开关、第四电力电子开关、第五电力电子开关、第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关、第四机械开关、第一电阻以及第二电阻；

所述分接选择器连接变压器调压绕组；

所述第一机械开关的一端连接所述分接选择器的第一端以及所述第三机械开关的一端，所述第一机械开关的另一端连接所述第四电力电子开关的一端以及所述第一电阻的一端，所述第四电力电子开关的另一端连接所述第一电阻的另一端以及有载分接开关中性点；

所述第三机械开关的另一端连接所述第一电力电子开关的一端和所述第二电力电子开关的一端，所述第一电力电子开关的另一端连接所述第二电力电子开关的另一端以及所述有载分接开关中性点；

所述第二机械开关的一端连接所述分接选择器的第二端以及所述第四机械开关的一端，所述第二机械开关的另一端连接所述第五电力电子开关的一端以及所述第二电阻的一端，所述第五电力电子开关的另一端连接所述第二电阻的另一端以及所述有载分接开关中性点；

所述第四机械开关的另一端连接所述第三电力电子开关的一端，所述第三电力电子开关的另一端连接所述有载分接开关中性点；

在有载分接开关处于非切换状态时，所述第一机械开关处于闭合状态、所述第二机械开关处于断开状态、所述第三机械开关处于闭合状态以及所述第四机械开关处于断开状态，所述第一电力电子开关和所述第二电力电子开关被所述第一机械开关和第三机械开关短接，所述第三电力电子开关被所述第四机械开关隔离，所述第四电力电子开关处于导通状态，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第一机械开关和第四电力电子开关至有载分接开关的中性点；或者，所述第一机械开关处于断开状态、所述第二机械开关处于闭合状态、所述第三机械开关处于断开状态以及所述第四机械开关处于闭合状态，所述第一电力电子开关和所述第二电力电子开关被所述第三机械开关隔离，所述第三电力电子开关被所述第二机械开关和第四机械开关短接，所述第五电力电子开关处于导通状态，电流流经变压器绕组、分接选择器第二端、第二机械开关和第五电力电子开关至有载分接开关的中性点。

2.根据权利要求1所述的有载分接开关，其特征在于，还包括：第一绝缘套管、第二绝缘套管、第三绝缘套管、第四绝缘套管、第五绝缘套管、第六绝缘套管和第七绝缘套管，所述第一绝缘套管连接在所述第一机械开关和所述第四电力电子开关之间；所述第二绝缘套管连接在所述第三机械开关和所述第一电力电子开关之间；所述第三绝缘套管连接在所述第三机械开关和所述第二电力电子开关之间；所述第四绝缘套管连接在所述第四机械开关和所述第三电力电子开关之间；所述第五绝缘套管连接在所述第二机械开关和所述第五电力电子开关之间；所述第六绝缘套管连接在所述分接选择器的第一端和所述第一机械开关、所述第三机械开关之间；所述第七绝缘套管连接在所述分接选择器的第二端和所述第二机械开关、所述第四机械开关之间。

3.根据权利要求1所述的有载分接开关，其特征在于，还包括：第三电阻，所述第三电阻连接在所述第三机械开关和所述第二电力电子开关之间。

4.根据权利要求1所述的有载分接开关，其特征在于，还包括：避雷器装置，所述避雷器装置设置在所述分接选择器的第一端和第二端之间。

5.根据权利要求1所述的有载分接开关，其特征在于，所述第一电力电子开关、所述第二电力电子开关、所述第三电力电子开关、所述第四电力电子开关和所述第五电力电子开关中的任一个包括：至少两个反向并联的晶闸管；

或者，所述第一电力电子开关、所述第二电力电子开关、所述第三电力电子开关、所述第四电力电子开关和所述第五电力电子开关中的任一个包括：至少两个IGBT和至少两个二极管，IGBT与二极管反向并联，IGBT之间串联连接。

6.根据权利要求1所述的有载分接开关，其特征在于，所述第一电力电子开关、所述第二电力电子开关、所述第三电力电子开关、所述第四电力电子开关和所述第五电力电子开关中的任一个包括：电容器和四个带有反并联二极管的IGBT，四个带反并联二极管的IGBT组成桥式结构，两组串联的IGBT同向并联后与电容器进行并联。

7.根据权利要求1所述的有载分接开关，其特征在于，所述第一电力电子开关、所述第二电力电子开关、所述第三电力电子开关、所述第四电力电子开关和所述第五电力电子开关中的任一个包括：IGBT和四个二极管组成的桥式整流电路，两组串联的二极管同方向并联，IGBT并联于同方向的二极管上。

8.一种有载分接开关的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于权利要求1-7任一项所述的有载分接开关，包括：

当在有载分接开关处于非切换状态时，所述第一机械开关处于闭合状态、所述第二机械开关处于断开状态、所述第三机械开关处于闭合状态以及所述第四机械开关处于断开状态，所述第一电力电子开关和所述第二电力电子开关被所述第一机械开关和第三机械开关短接，所述第三电力电子开关被所述第四机械开关隔离,所述第四电力电子开关处于导通状态，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第一机械开关和第四电力电子开关至有载分接开关中性点；或者，所述第一机械开关处于断开状态、所述第二机械开关处于闭合状态、所述第三机械开关处于断开状态以及所述第四机械开关处于闭合状态，所述第一电力电子开关和所述第二电力电子开关被所述第三机械开关隔离，所述第三电力电子开关被所述第二机械开关和第四机械开关短接,所述第五电力电子开关处于导通状态，电流流经变压器绕组、分接选择器第二端、第二机械开关和第五电力电子开关至有载分接开关中性点；

当有载分接开关处于切换状态时，调整所述第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关的状态，并触发所述第一电力电子开关、第二电力电子开关、第三电力电子开关、第四电力电子开关或第五电力电子开关，完成有载分接开关两个端子之间的切换。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，当有载分接开关处于切换状态时，调整所述第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关的状态，并触发所述第一电力电子开关、第二电力电子开关、第三电力电子开关、第四电力电子开关或第五电力电子开关，完成有载分接开关两个端子之间的切换，包括：

对所述有载分接开关进行切换时，触发导通第一电力电子开关，停止触发第四电力电子开关，所述第一电阻上的电压提供第一电力电子开关的导通电压，断开第一机械开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第三机械开关及第一电力电子开关至有载分接开关中性点；

触发导通第二电力电子开关，停止触发第一电力电子开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第三机械开关和第二电力电子开关至有载分接开关中性点；

闭合第四机械开关，触发导通第三电力电子开关；

关断第二电力电子开关，断开第三机械开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第二端、第四机械开关和第三电力电子开关至有载分接开关中性点；

闭合第二机械开关，触发导通第五电力电子开关，关断第三电力电子开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第二端、第二机械开关和第五电力电子开关至有载分接开关中性点，完成有载分接开关从第一端子到第二端子的切换过程。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，当有载分接开关处于切换状态时，调整所述第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关以及第四机械开关的状态，并触发所述第一电力电子开关、第二电力电子开关、第三电力电子开关、第四电力电子开关或第五电力电子开关，完成有载分接开关两个端子之间的切换，包括：

对所述有载分接开关进行切换时，触发导通第三电力电子开关，停止触发第五电力电子开关，第二电阻上的电压提供第三电力电子开关的导通电压，断开第二机械开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第二端、第四机械开关及第三电力电子开关至有载分接开关中性点；

闭合第三机械开关，触发导通第二电力电子开关；

关断第三电力电子开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第三机械开关和第二电力电子开关至有载分接开关中性点；

触发导通第一电力电子开关，关断第二电力电子开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第三机械开关和第一电力电子开关至有载分接开关中性点；

断开第四机械开关，闭合第一机械开关，触发导通第四电力电子开关，关断第一电力电子开关，电流流经变压器绕组、分接选择器第一端、第一机械开关以及第四电力电子开关至有载分接开关中性点，完成有载分接开关从第二端子到第一端子的切换过程。

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