CN117767529A - 一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及安全供电技术领域，尤其涉及一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统及其控制方法，包括单台柴油发电机组、至少四段保安段母线和至少一个桥式功率逆变器组，桥式功率逆变器组包括四象限功率逆变器和备用电源模块，桥式功率逆变器组在检测到出现用电失电或暂降的异常保安段母线时，将与异常保安段母线连接的工作进线断路器断开，并控制与异常保安段母线连接的功率逆变器处于变流状态，以通过处于变流状态的功率逆变器为异常保安段母线供电。本发明通过桥式功率逆变器组采用在线后备切换方式，实现了保安电源的不间断切换，能够在发电厂厂用电保安段母线电源失电后，保证对保安段母线负荷进行有效供电，提高发电厂保安电源的供电可靠性。

Description

一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及安全供电技术领域，尤其涉及一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统及其控制方法。

背景技术

根据《GB 500660火力发电厂设计技术规程》的规定，对于容量在200MW及以上的机组，需要设置交流保安电源，其中，交流保安电源宜采用快速启动的柴油发电机组，目前的保安电源接线方式是每台机组配置一套柴油发电机组，每台机组设置两段保安母线，保安负荷按台数均匀接至两段保安母线上，图1为传统单台机组保安电源接线结构示意图，这种接线方式的优点在于保安母线段与单元厂用母线呈对应设置，单元性强，柴油发电机组作为厂用电失电后的保安电源，当任一保安母线段失电时，可以通过快速启动柴油发电机组为保安PC段供电，然而根据长期的运行经验，这种拓扑方式存在两个问题，首先，由于柴油发电机为冷备用状态，在紧急启动时存在启动失败的风险，特别是当柴油发电机本体维护工作不到位时，启动失败的风险系数剧增；其次，这种接线方式下的电源切换为失电切换，失电时间取决于柴油发电机的启动和切换时间，一般为8秒～15秒。

而且当保安电源恢复后，保安负荷按照各自的工艺连锁要求自动投入，部分负荷会延时投入或手动投入，以此来保证投入保安电源负荷的供电可靠性，然而重要负荷存在中断运行或启动失败的情况，危及主机的安全停机，因此，保证厂用电保安电源的供电可靠性显得尤为重要，近年来，虽然一些发电厂将接线方式改进为将两台柴油发电机组的保安PC段进行互联，以缩短单机机组厂用电失去时备用电源的切换时间，图2为两台柴油发电机组之间保安PC段互联示意图，但是这带来了另一个问题，当停电的保安母线或负荷自起动或故障时，所造成的电压变化必然导致正常保安母线的电压暂降，从而影响其保安负荷的正常运行，即不同机组保安互联后设备故障或负荷启动对于其它段母线供电产生影响，而且这种改进方式从根本上仍然无法解决在两机组厂用电同时失去时，对柴油发电机的可靠快速启动的依赖问题。

发明内容

本发明提供了一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统及其控制方法，解决的技术问题是，目前的发电厂保安电源采用的保安母线互联接线方式不仅在不同机组保安互联后设备故障或负荷启动时对其它段母线供电产生影响，而且仍然无法解决在两机组厂用电同时失去时对柴油发电机的可靠快速启动的依赖。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统及其控制方法。

第一方面，本发明提供了一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统，供电系统包括：单台柴油发电机组、至少四段保安段母线以及至少一个桥式功率逆变器组；各个保安段母线通过工作进线断路器连接至厂用电工作电源，每个保安段母线连接备用进线断路器后并联连接至柴油发电机组；

所述桥式功率逆变器组包括四象限功率逆变器和备用电源模块，所述备用电源模块包括串联连接的备用电源、二极管和电源隔离开关；每个保安段母线通过逆变进线断路器与所述四象限功率逆变器的交流侧相连；所述四象限功率逆变器的直流侧连接直流侧隔离开关后并联连接至所述备用电源模块的电源隔离开关的一端，所述电源隔离开关的另一端通过二极管与备用电源相连；

所述桥式功率逆变器组，用于在检测到异常保安段母线时，将与异常保安段母线连接的工作进线断路器断开，并控制所述四象限功率逆变器中与异常保安段母线连接的功率逆变器处于变流状态，以通过处于变流状态的功率逆变器为异常保安段母线供电，同时控制其余的功率逆变器处于整流状态；

所述备用电源模块，用于在所有所述保安段母线均为异常保安段母线时，通过四象限功率逆变器为对应的异常保安段母线供电；所述异常保安段母线为出现用电失电或暂降的保安段母线。

在进一步的实施方案中，所述桥式功率逆变器组的内部设有电压检测与保护控制电路；

所述电压检测与保护控制电路，用于实时采集到的各个保安段母线的电压以及对应工作进线断路器的电流，得到对应的保安段母线电压有效值和工作进线电流有效值，根据各个保安段母线在当前周波以及上一周波之间的保安段母线电压有效值变化差值、工作进线电流有效值变化差值，确定异常保安段母线和正常保安段母线；

以及，根据保安段母线电压有效值和工作进线电流有效值，得到正常保安段母线的工作进线负荷和电压标么值，并将所述四象限功率逆变器中与正常保安段母线连接的功率逆变器作为待分配功率逆变器，根据正常保安段母线的工作进线负荷和电压标么值，动态调整所述待分配功率逆变器的整流有功功率分配和整流无功功率分配，使所述桥式功率逆变器组在有功-无功平面的任意一个四象限中运行。

在进一步的实施方案中，所述根据各个保安段母线在当前周波以及上一周波之间的保安段母线电压有效值变化差值、工作进线电流有效值变化差值，确定异常保安段母线和正常保安段母线，具体包括：

根据保安段母线电压有效值和工作进线电流有效值，计算各个保安段母线在当前周波以及上一周波之间的保安段母线电压有效值变化差值、以及各个保安段母线在当前周波以及上一周波之间的工作进线电流有效值变化差值；

将保安段母线电压有效值变化差值与预设的电压差阈值进行对比，并将工作进线电流有效值变化差值与预设的电流差阈值进行对比，若检测到存在一保安段母线的保安段母线电压有效值变化差值高于预设的电压差阈值且工作进线电流有效值变化差值高于预设的电流差阈值，则判定对应的保安段母线为异常保安段母线；否则，判定对应的保安段母线为正常保安段母线。

在进一步的实施方案中，所述待分配功率逆变器的整流有功功率分配以正常保安段母线的工作进线负荷大小进行比例分配，方向为正常保安段母线流向异常保安段母线；

所述待分配功率逆变器的整流无功功率分配以正常保安段母线的电压高低进行比例分配，方向为电压高的保安段母线流向电压低的保安段母线。

在进一步的实施方案中，整流有功功率分配的计算公式为：

式中，P_逆表示待分配功率逆变器的整流有功功率；P_m表示第m个异常保安段母线所需的有功功率需求；P_∑表示所有正常保安段母线的工作进线负荷总和；P_n表示除异常保安段母线以及与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线之外的第n个正常保安段母线的工作进线负荷；N表示除异常保安段母线以及与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线之外的正常保安段母线总数；P_S表示除异常保安段母线以及与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线之外的所有正常保安段母线的工作进线负荷总和。

在进一步的实施方案中，所述整流无功功率分配的计算公式为：

式中，Q_逆表示待分配功率逆变器的整流无功功率；表示与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线的电压标么值；/>表示除异常保安段母线以及与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线之外的第n个正常保安段母线的电压标么值；N表示除异常保安段母线以及与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线之外的正常保安段母线总数；Q_∑表示所有异常保安段母线所需的无功功率需求。

在进一步的实施方案中，所述桥式功率逆变器组，还用于在所有所述保安段母线均为异常保安段母线时，若检测到逆变进线断路器线路侧的柴油发电机组电源正常且接收到用户输入的柴油发电机保安电源并列恢复指令，则控制所述四象限功率逆变器的输出电压频率和相位与柴油发电机组电源保持一致，并控制所有所述逆变进线断路器和所述备用进线断路器合闸，使所述四象限功率逆变器恢复为热备用状态，将所有异常保安段负荷转移至柴油发电机组供电；

以及，在检测到需要将柴油发电机组供电恢复至厂用电工作电源供电，或者异常保安段母线的厂用电工作电源恢复正常时，响应于用户输入的工作电源并列恢复指令，控制四象限功率逆变器的输出电压频率及相位与厂用电工作电源保持一致，并控制与异常保安段母线连接的工作进线断路器合闸，使所述四象限功率逆变器恢复为热备用状态，将异常保安段母线负荷转移至厂用电工作电源供电。

在进一步的实施方案中，当异常保安段负荷由柴油发电机组供电且检测到需要将柴油发电机组供电恢复至厂用电工作电源供电时，在控制四象限功率逆变器的输出电压频率和相位与厂用电工作电源保持一致之前，控制所有所述逆变进线断路器跳闸，使异常保安段母线负荷由四象限功率逆变器供电。

在进一步的实施方案中，所述供电系统还包括供电控制模块；

所述供电控制模块，用于在整个供电系统正常运行时，控制所有的工作进线断路器和逆变进线断路器处于合闸状态，所有保安段母线由发电厂厂用电系统正常供电，使四象限功率逆变器处于热备用状态，此时，所述桥式功率逆变器组的内部无功率流动，所述备用进线断路器处于热备用状态，柴油发电机组处于冷备用状态。

第二方面，本发明提供了一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统的控制方法，应用如上述的发电厂厂用电保安电源不间断供电系统，所述控制方法包括以下步骤：

对保安段母线进行检测，并将出现用电失电或暂降的保安段母线作为异常保安段母线；

在检测到异常保安段母线时，将与异常保安段母线连接的工作进线断路器断开，并控制四象限功率逆变器中与异常保安段母线连接的功率逆变器处于变流状态，以通过处于变流状态的功率逆变器为异常保安段母线供电，同时控制其余的功率逆变器处于整流状态；

在所有所述保安段母线均为异常保安段母线时，控制备用电源模块通过四象限功率逆变器为对应的异常保安段母线供电。

本发明提供了一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统及其控制方法，所述供电系统包括单台柴油发电机组、至少四段保安段母线以及至少一个桥式功率逆变器组，桥式功率逆变器组包括四象限功率逆变器和备用电源模块，桥式功率逆变器组在检测到出现用电失电或暂降的异常保安段母线时，将与异常保安段母线连接的工作进线断路器断开，并控制四象限功率逆变器中与异常保安段母线连接的功率逆变器处于变流状态，以通过处于变流状态的功率逆变器为异常保安段母线供电，其中，在所有保安段母线均为异常保安段母线时，备用电源模块通过四象限功率逆变器为对应的异常保安段母线供电。与现有采用将异常保安母线采用失电切换的技术相比，该供电系统通过桥式功率逆变器组将异常保安母线采用在线后备切换的方式，实现了保安电源的不间断切换，能够在发电厂厂用电保安段母线电源失电后，保证对保安段母线负荷进行有效供电，同时降低了保安电源对于柴油发电机电源恢复成功及时间的依赖，提高了厂用电保安电源系统应对复杂电气故障的能力，具有安全、可靠等优点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的传统单台机组保安电源接线结构示意图；

图2是本发明实施例提供的传统两台柴油发电机组之间保安PC段互联示意图；

图3是本发明实施例提供的发电厂厂用电保安电源不间断供电系统结构示意图；

图4是本发明实施例提供的单段保安母线(PC1A段)失电时的运行方式示意图；

图5是本发明实施例提供的两段保安母线(PC1A段、PC1B段)失电时的运行方式示意图；

图6是本发明实施例提供的三段保安母线(PC1A段、PC1B段、PC2A段)失电时的运行方式示意图；

图7是本发明实施例提供的四段保安母线全部失电时的运行方式示意图；

图8是本发明实施例提供的发电厂厂用电保安电源不间断供电系统的控制方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。

本发明实施例提供了一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统，该供电系统包括单台柴油发电机组、至少四段保安段母线以及至少一个桥式功率逆变器组，其中，各个保安段母线通过工作进线断路器连接至厂用电工作电源，每个保安段母线连接备用进线断路器后并联连接至柴油发电机组，在备用进线断路器与柴油发电机组之间连接有柴油发电机电源断路器KC，为了便于理解本实施例提供的供电系统，如图3所示，以下将以供电系统包括单台柴油发电机组、四段保安段母线以及一个桥式功率逆变器组为例进行详细说明，其中，将工作进线断路器分别标记为K1AA、K1BA、K2AA和K2BA，将备用进线断路器分别标记为K1AB、K1BB、K2AB和K2BB，四段保安段母线分别标记为PC1A段、PC1B段、PC2A段和PC2B段。

所述桥式功率逆变器组包括四象限功率逆变器和备用电源模块，其中，所述备用电源模块包括串联连接的备用电源、二极管D和电源隔离开关K0，由于220V蓄电池具有较大容量，在四段保安段母线电源全失的极端情况下，依然能够支撑厂用电保安电源稳定运行足够长的时间，便于柴油发电机电源或厂用电工作电源恢复，因此，本实施例采用发电厂原有的220V蓄电池作为备用电源，并在220V蓄电池出口侧串入二极管D，可以避免功率逆变器直流侧对蓄电池进行反向充电。

所述四象限功率逆变器包括四个功率逆变器，四个功率逆变器分别标记为PA、PB、PC和PD，每个功率逆变器的直流侧均连接有一个直流侧隔离开关，直流侧隔离开关分别标记为K1、K2、K3和K4；所述四象限功率逆变器的直流侧连接直流侧隔离开关后并联连接至所述备用电源模块的电源隔离开关K0的一端，所述电源隔离开关K0的另一端通过二极管D与备用电源相连；每个保安段母线通过逆变进线断路器与所述四象限功率逆变器中的一个功率逆变器交流侧相连，逆变进线断路器分别标记为K1AC、K1BC、K2AC和K2BC，以通过控制逆变进线断路器对功率逆变器进行检修。

本实施例针对发电厂厂用电保安电源增设四象限功率逆变器，组成桥式功率逆变器组，桥式功率逆变器组可以独立控制有功功率和无功功率，实现有功－无功双向功率流动功能，使其可以适应不同的应用需求，提高电力系统的灵活性和效率，同时逆变器的功率能够满足保安PC段孤岛运行的要求。

在本实施例中，所述供电系统内设有供电控制模块，在整个供电系统正常运行时，通过供电控制模块控制所有的工作进线断路器K1AA、K1BA、K2AA、K2BA和逆变进线断路器K1AC、K1BC、K2AC、K2BC处于合闸状态，所有保安段母线PC1A段、PC1B段、PC2A段和PC2B段由发电厂厂用电系统正常供电，使四象限功率逆变器处于热备用状态，此时，所述桥式功率逆变器组的内部无功率流动，所述备用进线断路器K1AB、K1BB、K2AB、K2BB以及柴油发电机电源断路器KC处于热备用状态，柴油发电机组处于冷备用状态。

所述桥式功率逆变器组的内部设有电压检测与保护控制电路，本实施例通过所述电压检测与保护控制电路实时采集到的各个保安段母线PC1A段、PC1B段、PC2A段、PC2B段的电压以及对应工作进线断路器K1AA、K1BA、K2AA、K2BA的电流，得到对应的保安段母线电压有效值和工作进线电流有效值，并根据各个保安段母线在当前周波以及上一周波之间的保安段母线电压有效值变化差值、工作进线电流有效值变化差值，判断每个保安段母线是否出现用电失电或暂降的情况，从而从所有保安段母线中筛选出异常保安段母线和正常保安段母线；其中，根据各个保安段母线在当前周波以及上一周波之间的保安段母线电压有效值变化差值、工作进线电流有效值变化差值，判断每个保安段母线是否出现用电失电或暂降的情况，从而从所有保安段母线中筛选出异常保安段母线和正常保安段母线，具体包括：

根据保安段母线电压有效值和工作进线电流有效值，计算各个保安段母线在当前周波以及上一周波之间的保安段母线电压有效值变化差值、以及各个保安段母线在当前周波以及上一周波之间的工作进线电流有效值变化差值，并同时将保安段母线电压有效值变化差值与预设的电压差阈值进行对比，将工作进线电流有效值变化差值与预设的电流差阈值进行对比，若检测到存在一保安段母线的保安段母线电压有效值变化差值高于预设的电压差阈值且工作进线电流有效值变化差值高于预设的电流差阈值，则认为对应的单段保安段母线出现用电失电或暂降情况，判定该段保安段母线为异常保安段母线；否则，判定对应的保安段母线为正常保安段母线；本实施例可以优先设置当保安段母线电压当前周波有效值与前一周波有效值降低30％且工作进线电流当前周波有效值与前一周波有效值变化为负值时，即判据厂用电失电或出现暂降，即：

式中，U^*表示电压标么值；k-1表示上一周波；k表示当前周波。

所述桥式功率逆变器组在任一单段保安段母线出现用电失电或暂降时，将所有出现用电失电或暂降的保安段母线作为异常保安段母线，此时，桥式功率逆变器组快速响应，将与异常保安段母线连接的工作进线断路器断开，并控制所述四象限功率逆变器中与异常保安段母线连接的功率逆变器处于变流状态，以通过处于变流状态的功率逆变器为异常保安段母线供电，同时控制其余的功率逆变器处于整流状态。

同时所述电压检测与保护控制电路根据保安段母线电压有效值和工作进线电流有效值，得到正常保安段母线的工作进线负荷和电压标么值，并将所述四象限功率逆变器中与正常保安段母线连接的功率逆变器作为待分配功率逆变器，此时，待分配功率逆变器处于整流状态，本实施例根据正常保安段母线的工作进线负荷和电压标么值，动态调整处于整流状态的所述待分配功率逆变器的整流有功功率分配和整流无功功率分配，使所述桥式功率逆变器组在有功-无功平面的任意一个四象限中运行，其中，整流有功功率分配的计算公式为：

式中，P_逆表示待分配功率逆变器的整流有功功率；P_m表示第m个异常保安段母线所需的有功功率需求；P_∑表示所有正常保安段母线的工作进线负荷总和；P_n表示除异常保安段母线以及与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线之外的第n个正常保安段母线的工作进线负荷；N表示除异常保安段母线以及与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线之外的正常保安段母线总数；P_S表示除异常保安段母线以及与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线之外的所有正常保安段母线的工作进线负荷总和。

所述整流无功功率分配的计算公式为：

式中，Q_逆表示待分配功率逆变器的整流无功功率；表示与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线的电压标么值；/>表示除异常保安段母线以及与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线之外的第n个正常保安段母线的电压标么值；N表示除异常保安段母线以及与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线之外的正常保安段母线总数；Q_∑表示所有异常保安段母线所需的无功功率需求。

在本实施例中，所述待分配功率逆变器的整流有功功率分配以正常保安段母线的工作进线负荷大小进行比例分配，方向为正常保安段母线流向异常保安段母线；所述待分配功率逆变器的整流无功功率分配以正常保安段母线的电压高低进行比例分配，方向为电压高的保安段母线流向电压低的保安段母线；需要说明的是，相比于现有技术采用的双功率变流器拓扑功率仅能从正常电源侧流向失电侧，本实施例采用的有功及无功功率分配策略可以使整个桥式功率变流器组独立控制有功功率和无功功率的输出，进而使得整个桥式功率变流器组的无功功率的流动方向与有功功率的方向不一致，改变有功功率和无功功率的流动方向，因此，通过相应的控制，可以实现整个桥式功率变流器组在有功功率-无功功率平面任意一象限运行，使得桥式功率变流器组具有更广泛的适应性和更高的灵活性，能够根据系统的需求进行有功和无功的独立控制，提高电力系统的稳定性和可靠性，在电力系统中具有广泛的应用前景。

为了便于理解桥式功率逆变器组在任一单段保安段母线用电失电或出现暂降时的响应控制过程，以下将依次对单段保安段母线、两段保安段母线、三段保安段母线和所有保安段母线出现用电失电或暂降的控制过程进行示例说明：

如图4所示，当仅保安段母线PC1A段出现用电失电或暂降时，保安段母线PC1A段为异常保安段母线，其余保安段母线PC1B段、PC2A段和PC2B段为正常保安段母线，此时，桥式功率逆变器组快速响应，跳开工作进线断路器K1AA，与此同时，对应功率变流器PA处于变流状态，其它三个功率变流器均处于整流状态，功率变流器PA变流，为保安段母线PC1A段供电，电压检测与保护控制电路动态调整其余三台处于整流状态的功率变流器PB、PC和PD的有功功率分配，从而实现有功功率的合理分配，负荷少的母线段承担更多的有功功率，功率逆变器PB、PC和PD分配的整流有功功率分别为：

此时，

P_∑＝P₂+P₃+P₄

式中，P_B、P_C和P_D分别表示功率逆变器PB、PC和PD分配的整流有功功率；P₁表示保安段母线PC1A段需要的有功功率；P₂表示保安段母线PC1B段的工作进线负荷；P₃表示保安段母线PC2A段的工作进线负荷；P₄表示保安段母线PC2B段的工作进线负荷。

同时电压检测与保护控制电路动态调整其余三台处于整流状态的功率变流器PB、PC和PD的无功功率分配，实现无功功率的合理分配，使电压高的保安段母线承担更多的无功功率，功率逆变器PB、PC和PD分配的整流无功功率分别为：

式中，Q_B、Q_C和Q_D分别表示功率逆变器PB、PC和PD分配的整流无功功率；U₂表示保安段母线PC1B段的电压标么值；U₃表示保安段母线PC2A段的电压标么值；U₄表示保安段母线PC2B段的电压标么值；Q_∑表示异常保安段母线所需的无功功率需求，此处为异常保安段母线PC1A段所需的无功功率需求。

在异常保安段母线PC1A段的工作电源恢复后，本实施例通过桥式功率逆变器组检测到工作进线断路器K1AA线路侧厂用电工作电源正常后，若同时接收到用户人工下发的工作电源并列恢复指令，则响应于工作电源并列恢复指令，控制变流器PA调节输出电压频率及相位，使其与工作电源保持一致后，自动输出工作进线断路器K1AA合闸指令，工作进线断路器K1AA完成合闸，功率变流器组重新恢复热备用状态，异常保安段母线负荷转移至厂用电工作电源供电，实现异常保安段母线工作电源恢复过程。

同样，当任意两段保安段母线同时或先后出现用电失电或暂降时，比如：如图5所示，保安段母线PC1A段和保安段母线PC1B段出现用电失电或暂降，保安段母线PC1A段和保安段母线PC1B段均为异常保安段母线，其余保安段母线PC2A段和PC2B段均为正常保安段母线，此时，桥式功率逆变器组快速响应，跳开工作进线断路器K1AA、K1BA，与此同时，对应功率变流器PA、PB处于变流状态，功率变流器PC、PD处于整流状态，功率变流器PA、PB变流，为保安段母线PC1A段和保安段母线PC1B段供电，电压检测与保护控制电路动态调整处于整流状态的功率变流器PC、PD的有功功率分配，从而实现功率变流器PA、PB的有功功率的合理分配，负荷少的母线段承担更多的有功功率，功率逆变器PC和PD分配的整流有功功率分别为：

此时，

P_∑＝P₃+P₄

同时电压检测与保护控制电路动态调整处于整流状态的功率变流器PC和PD的无功功率分配，实现无功功率的合理分配，使电压高的保安段母线承担更多的无功功率，功率逆变器PC和PD分配的整流无功功率、异常保安段母线工作电源恢复过程与上述仅保安段母线PC1A段出现用电失电或暂降时的功率分配方法和异常保安段母线工作电源恢复过程相同，此处不再赘述。

同样，当任意三段保安段母线同时或先后出现用电失电或暂降时，比如：如图6所示，保安段母线PC1A段、保安段母线PC1B段和保安段母线PC2A段出现用电失电或暂降，保安段母线PC1A段、保安段母线PC1B段和保安段母线PC2A段均为异常保安段母线，其余保安段母线PC2B段为正常保安段母线，此时，桥式功率逆变器组快速响应，跳开工作进线断路器K1AA、K1BA和K2AA，与此同时，对应功率变流器PA、PB和PC处于变流状态，功率变流器PD处于整流状态，功率变流器PA、PB和PC变流，为保安段母线PC1A段、保安段母线PC1B段和保安段母线PC2A段供电，后续的功率分配过程和异常保安段母线工作电源恢复过程与上述仅保安段母线PC1A段出现用电失电或暂降时的功率分配方法和异常保安段母线工作电源恢复过程相同，此处不再赘述。

当四段保安段母线同时或先后全部出现用电失电或暂降时，如图7所示，保安段母线PC1A段、保安段母线PC1B段、保安段母线PC2A段和保安段母线PC2B段均为异常保安段母线，即所有所述保安段母线均为异常保安段母线，此时，桥式功率逆变器组快速响应，跳开工作进线断路器K1AA、K1BA、K2AA和K2BA，与此同时，所述备用电源模块通过四象限功率逆变器为对应的异常保安段母线供电，即，功率逆变器由厂内备用电源模块中的220V蓄电池组供电，四个功率逆变器均工作于变流状态，分别为对应的保安段母线供电。

当所有所述保安段母线均为异常保安段母线时，若所述桥式功率逆变器组检测到在柴油发电机组完成启动，KC断路器由柴油发电机组控制自动合闸，逆变进线断路器K1AC、K1BC、K2AC、K2BC线路侧的柴油发电机组电源正常且接收到用户输入的柴油发电机保安电源并列恢复指令，则控制所述四象限功率逆变器的输出电压频率和相位与柴油发电机组电源保持一致，并依次输出逆变进线断路器K1AC、K1BC、K2AC、K2BC的合闸指令，控制所有所述逆变进线断路器K1AC、K1BC、K2AC、K2BC和所述备用进线断路器完成合闸，所述四象限功率逆变器重新恢复为热备用状态，所有异常保安段负荷转移至柴油发电机组供电。

在需要将柴油发电机组供电恢复至厂用电工作电源供电时，功率变流器收到用户下发的工作电源并列恢复指令，功率变流器依次输出逆变进线断路器K1AC、K1BC、K2AC、K2BC跳闸指令，控制逆变进线断路器K1AC、K1BC、K2AC、K2BC跳闸，异常保安段母线负荷由四象限功率逆变器供电，对应功率逆变器调节输出电压频率及相位，使其与工作电源保持一致后，依次输出工作进线断路器K1AA、K1BA、K2AA、K2BA合闸指令，功率变流器重新恢复热备用状态，保安段负荷转移至工作电源。

因此，本实施例在检测到需要将柴油发电机组供电恢复至厂用电工作电源供电，或者异常保安段母线的厂用电工作电源恢复正常时，响应于用户输入的工作电源并列恢复指令，控制四象限功率逆变器的输出电压频率及相位与厂用电工作电源保持一致，并控制与异常保安段母线连接的工作进线断路器合闸，使所述四象限功率逆变器恢复为热备用状态，将异常保安段母线负荷转移至厂用电工作电源供电，其中，当异常保安段负荷由柴油发电机组供电且检测到需要将柴油发电机组供电恢复至厂用电工作电源供电时，在控制四象限功率逆变器的输出电压频率和相位与厂用电工作电源保持一致之前，控制所有所述逆变进线断路器跳闸，使异常保安段母线负荷由四象限功率逆变器供电。

综上，本实施例设置的电压检测与保护控制电路可以对保安段母线是否由于外部供电系统发生故障或保安母线供电范围内部发生故障而引起的电压暂降进行判别，当保安段母线工作进线电流工频有效值大于电流工频设定阈值时，电流工频设定阈值为整定值，可以根据躲过外部故障保安电动机类负荷提供的反馈电流设置，若检测到存在一保安段母线的保安段母线电压有效值变化差值高于预设的电压差阈值且工作进线电流有效值变化差值高于预设的电流差阈值，则可判定为保安段电源母线在供电范围内发生因故障引起的失电或电压暂降，此时，桥式功率逆变器组在跳开相应保安段母线工作进线断路器后，闭锁相应的功率逆变器输出，以避免损坏功率逆变器，同样当功率变流器带保安段母线运行时，保安段母线供电范围内出现故障引起功率变流器闭锁输出的同时，闭锁相应的备用进线开关(K1AB、K1BB、K2AB和/或K2BB)合闸，避免柴油发电机备用电源手动合于故障母线，引起故障范围扩大。

本实施例提供的发电厂厂用电保安电源不间断供电拓朴方式采用电力元件组成四象限功率变流器，在直流侧进行星形连接，实现柴油发电机组和四段保安母线电源可靠互连，将目前普遍采用的失电切换方式设置为在线无间断切换，提高了发电厂保安电源供电可靠性，同时解决了不同机组保安互联后设备故障或负荷启动对于另段母线供电质量的影响；同时本实施例通过在功率变流器直流侧接入厂内原220V蓄电池组，在全厂四段保安母线均发生失电的情况下，利用220V蓄电池组作为临时电源，暂时为保安母线负荷提供临时应急供电，预留了在柴油发电机启动失败后进行手动抢修的时间，降低了对柴油机自启动投入成功率的高要求，从而增强了厂用电保安电源系统的稳定性和可靠性。

本发明实施例提供了一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统，所述供电系统包括单台柴油发电机组、至少四段保安段母线以及至少一个桥式功率逆变器组，桥式功率逆变器组包括四象限功率逆变器和备用电源模块，桥式功率逆变器组在检测到出现用电失电或暂降的异常保安段母线时，将与异常保安段母线连接的工作进线断路器断开，并控制四象限功率逆变器中与异常保安段母线连接的功率逆变器处于变流状态，以通过处于变流状态的功率逆变器为异常保安段母线供电。与目前普遍采用的失电切换方式不同，本实施例在发电厂厂用电母线保安段电源失电的情况下，采用在线后备切换实现保安电源的不间断切换，确保对母线保安段负荷的有效供电，这种控制方式不仅降低了对柴油发电机电源恢复成功及时间的依赖，而且提高了厂用电保安电源系统应对复杂电气故障的能力，具有安全、可靠的优点，能够为发电厂的稳定运行提供有力保障。

在一个实施例中，如图8所示，本发明实施例提供了一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统的控制方法，应用如上述的发电厂厂用电保安电源不间断供电系统，所述控制方法包括以下步骤：

S1.对保安段母线进行检测，并将出现用电失电或暂降的保安段母线作为异常保安段母线；

S2.在检测到异常保安段母线时，将与异常保安段母线连接的工作进线断路器断开，并控制四象限功率逆变器中与异常保安段母线连接的功率逆变器处于变流状态，以通过处于变流状态的功率逆变器为异常保安段母线供电，同时控制其余的功率逆变器处于整流状态；

S3.在所有所述保安段母线均为异常保安段母线时，控制备用电源模块通过四象限功率逆变器为对应的异常保安段母线供电。

需要说明的是，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

关于一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统的控制方法的具体限定可以参见上述对于一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统的限定，此处不再赘述。本领域普通技术人员可以意识到，结合本申请所公开的实施例描述的各个模块和步骤，能够以硬件、软件或者两者结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本发明实施例提供了一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统的控制方法，所述方法在检测到出现用电失电或暂降的异常保安段母线时，将与异常保安段母线连接的工作进线断路器断开，并控制四象限功率逆变器中与异常保安段母线连接的功率逆变器处于变流状态，以通过处于变流状态的功率逆变器为异常保安段母线供电，同时在所有保安段母线均为异常保安段母线时，备用电源模块通过四象限功率逆变器为对应的异常保安段母线供电。与现有采用失电切换的技术相比，本申请采用在线无间断切换的方式解决保安段母线出现失电或者暂降时的供电问题，确保保安电源在紧急情况下能够持续、稳定地供应电力，显著提高了发电厂保安电源的供电可靠性，同时解决了不同机组保安互联后，设备故障或负荷启动对另一段母线供电质量产生的影响，从而确保整个发电厂的稳定运行。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统，其特征在于，供电系统包括：单台柴油发电机组、至少四段保安段母线以及至少一个桥式功率逆变器组；各个保安段母线通过工作进线断路器连接至厂用电工作电源，每个保安段母线连接备用进线断路器后并联连接至柴油发电机组；

所述桥式功率逆变器组包括四象限功率逆变器和备用电源模块，所述备用电源模块包括串联连接的备用电源、二极管和电源隔离开关；每个保安段母线通过逆变进线断路器与所述四象限功率逆变器的交流侧相连；所述四象限功率逆变器的直流侧连接直流侧隔离开关后并联连接至所述备用电源模块的电源隔离开关的一端，所述电源隔离开关的另一端通过二极管与备用电源相连；

所述桥式功率逆变器组，用于在检测到异常保安段母线时，将与异常保安段母线连接的工作进线断路器断开，并控制所述四象限功率逆变器中与异常保安段母线连接的功率逆变器处于变流状态，以通过处于变流状态的功率逆变器为异常保安段母线供电，同时控制其余的功率逆变器处于整流状态；

所述备用电源模块，用于在所有所述保安段母线均为异常保安段母线时，通过四象限功率逆变器为对应的异常保安段母线供电；所述异常保安段母线为出现用电失电或暂降的保安段母线。

2.如权利要求1所述的一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统，其特征在于：所述桥式功率逆变器组的内部设有电压检测与保护控制电路；

所述电压检测与保护控制电路，用于实时采集到的各个保安段母线的电压以及对应工作进线断路器的电流，得到对应的保安段母线电压有效值和工作进线电流有效值，根据各个保安段母线在当前周波以及上一周波之间的保安段母线电压有效值变化差值、工作进线电流有效值变化差值，确定异常保安段母线和正常保安段母线；

以及，根据保安段母线电压有效值和工作进线电流有效值，得到正常保安段母线的工作进线负荷和电压标么值，并将所述四象限功率逆变器中与正常保安段母线连接的功率逆变器作为待分配功率逆变器，根据正常保安段母线的工作进线负荷和电压标么值，动态调整所述待分配功率逆变器的整流有功功率分配和整流无功功率分配，使所述桥式功率逆变器组在有功-无功平面的任意一个四象限中运行。

3.如权利要求2所述的一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统，其特征在于，所述根据各个保安段母线在当前周波以及上一周波之间的保安段母线电压有效值变化差值、工作进线电流有效值变化差值，确定异常保安段母线和正常保安段母线，具体包括：

根据保安段母线电压有效值和工作进线电流有效值，计算各个保安段母线在当前周波以及上一周波之间的保安段母线电压有效值变化差值、以及各个保安段母线在当前周波以及上一周波之间的工作进线电流有效值变化差值；

将保安段母线电压有效值变化差值与预设的电压差阈值进行对比，并将工作进线电流有效值变化差值与预设的电流差阈值进行对比，若检测到存在一保安段母线的保安段母线电压有效值变化差值高于预设的电压差阈值且工作进线电流有效值变化差值高于预设的电流差阈值，则判定对应的保安段母线为异常保安段母线；否则，判定对应的保安段母线为正常保安段母线。

4.如权利要求2所述的一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统，其特征在于：所述待分配功率逆变器的整流有功功率分配以正常保安段母线的工作进线负荷大小进行比例分配，方向为正常保安段母线流向异常保安段母线；

所述待分配功率逆变器的整流无功功率分配以正常保安段母线的电压高低进行比例分配，方向为电压高的保安段母线流向电压低的保安段母线。

5.如权利要求2所述的一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统，其特征在于，整流有功功率分配的计算公式为：

式中，P_逆表示待分配功率逆变器的整流有功功率；P_m表示第m个异常保安段母线所需的有功功率需求；P_∑表示所有正常保安段母线的工作进线负荷总和；P_n表示除异常保安段母线以及与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线之外的第n个正常保安段母线的工作进线负荷；N表示除异常保安段母线以及与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线之外的正常保安段母线总数；P_S表示除异常保安段母线以及与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线之外的所有正常保安段母线的工作进线负荷总和。

6.如权利要求2所述的一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统，其特征在于，所述整流无功功率分配的计算公式为：

式中，Q_逆表示待分配功率逆变器的整流无功功率；表示与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线的电压标么值；/>表示除异常保安段母线以及与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线之外的第n个正常保安段母线的电压标么值；N表示除异常保安段母线以及与所述待分配功率逆变器连接的正常保安段母线之外的正常保安段母线总数；Q_∑表示所有异常保安段母线所需的无功功率需求。

7.如权利要求1所述的一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统，其特征在于：所述桥式功率逆变器组，还用于在所有所述保安段母线均为异常保安段母线时，若检测到逆变进线断路器线路侧的柴油发电机组电源正常且接收到用户输入的柴油发电机保安电源并列恢复指令，则控制所述四象限功率逆变器的输出电压频率和相位与柴油发电机组电源保持一致，并控制所有所述逆变进线断路器和所述备用进线断路器合闸，使所述四象限功率逆变器恢复为热备用状态，将所有异常保安段负荷转移至柴油发电机组供电；

以及，在检测到需要将柴油发电机组供电恢复至厂用电工作电源供电，或者异常保安段母线的厂用电工作电源恢复正常时，响应于用户输入的工作电源并列恢复指令，控制四象限功率逆变器的输出电压频率及相位与厂用电工作电源保持一致，并控制与异常保安段母线连接的工作进线断路器合闸，使所述四象限功率逆变器恢复为热备用状态，将异常保安段母线负荷转移至厂用电工作电源供电。

8.如权利要求7所述的一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统，其特征在于：当异常保安段负荷由柴油发电机组供电且检测到需要将柴油发电机组供电恢复至厂用电工作电源供电时，在控制四象限功率逆变器的输出电压频率和相位与厂用电工作电源保持一致之前，控制所有所述逆变进线断路器跳闸，使异常保安段母线负荷由四象限功率逆变器供电。

9.如权利要求1所述的一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统，其特征在于：所述供电系统还包括供电控制模块；

所述供电控制模块，用于在整个供电系统正常运行时，控制所有的工作进线断路器和逆变进线断路器处于合闸状态，所有保安段母线由发电厂厂用电系统正常供电，使四象限功率逆变器处于热备用状态，此时，所述桥式功率逆变器组的内部无功率流动，所述备用进线断路器处于热备用状态，柴油发电机组处于冷备用状态。

10.一种发电厂厂用电保安电源不间断供电系统的控制方法，其特征在于，应用如权利要求1至9任一所述的发电厂厂用电保安电源不间断供电系统，所述控制方法包括以下步骤：

对保安段母线进行检测，并将出现用电失电或暂降的保安段母线作为异常保安段母线；

在检测到异常保安段母线时，将与异常保安段母线连接的工作进线断路器断开，并控制四象限功率逆变器中与异常保安段母线连接的功率逆变器处于变流状态，以通过处于变流状态的功率逆变器为异常保安段母线供电，同时控制其余的功率逆变器处于整流状态；

在所有所述保安段母线均为异常保安段母线时，控制备用电源模块通过四象限功率逆变器为对应的异常保安段母线供电。