CN1641968A - 改善供电品质的供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善供电品质的供电系统，旨在提供一种能够应对电网上的电压波动和停电，使得对于供电品质敏感的设备，能够在其可以承受的时间内，快速从供电品质不健全的电源切换至供电品质健全的电源上的改善供电品质的供电系统。其包括有二路电源及若干负载，且该二路电源的任一路都可以满足二路电源下所有负载的供电需求，另在电源与负载之间接入静态高速电源切换装置，该静态高速电源切换装置由二个或三个切换单元串联而成，各切换单元均至少有一组反相可控硅。
Description
技术领域
本发明涉及一种供电系统，尤其是一种可改善供电品质的供电系统。
背景技术
随着大电流、高电压半导体电力元器件的广泛应用，半导体工业等高新技术产业对于供电系统的供电品质要求日渐严格，一旦发生电压波动(例如：当电源电压波动幅值超过±10％，持续时间超过20毫秒以上)或停电，生产设备就会因自动保护而停机，使得处于加工过程的产品不是重新制作，就是面临报废，并且生产设备的突然停机还会造成设备死机或是设备受损，由此造成的损失非常巨大。然而，用传统的电容补偿器、三相低压电源稳压器等电源装置来抵抗电压波动已经不能满足生产设备的需求，之后，又逐步形成了使用大容量集中式不间断电源装置(UPS)和备自投装置(BZT)来抵抗电压波动。
1.静态不间断电源装置(以下简称“静态UPS”)：
如图1所示，静态UPS主要由整流器、逆变器、电池组、静态旁路开关和手动维修旁路组成，是目前普遍使用的双转换在线式标准UPS类型。因其可以提供高可靠性电源保护、纯净电力，以及针对不同需求的多方案配置，已广泛应用在大容量、集中式、N+1并列运行方式中。但是很明显，静态UPS有个致命的弱点就是其电源保护能力受到所配置电池组的容量以及实际负载的限制，当电源波动演变成电力中断时仅能够维持一定时限的电源供应。
2.动态不间断电源装置(以下简称“动态UPS”)：
鉴于静态UPS的时限性，又研发了动态UPS。如图2所示，动态UPS也称旋转式UPS，主要由燃油发动机、飞轮和感应发电机、整流器和逆变器组成，它利用飞轮存储的能量抵消传统燃油发电机组启动时的带载时间，使得在没有后备电池组支持的情况下，就可以提供连续不断的电源，而且在系统配置时，应急电源和不间断电源得到有效综合利用。当然，动态UPS也给我们的实际应用带来新的应用问题，由于并机方式多为1+1方式(而且还需同步装置)而不是N+1方式，对于高可靠、不间断供电要求下的维护保养可能会导致投资成本上的增加。而且动态UPS的电源保护能力也受到所配置的发电机组的容量以及实际负载的限制。
3.备自投装置(以下简称“BZT装置”)：
BZT装置利用高压开关柜本身的接点和继电保护装置I/O接点，以及专门的逻辑控制单元，通过高压开关柜实现电源的切换，使得当供电品质发生恶化时(发生电压波动或停电)，负载的供电电源可以由发生恶化的电源切换至供电品质正常的电源上。虽然带载能力基本不受限制，但是整个切换时间需要1秒左右，还是不能满足很多先进生产设备对于正常供电品质的需求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提出一种能够应对电网上的电压波动和停电(无论长时间还是短时间)，使得对于供电品质敏感的设备，能够在其可以承受的时间内，快速从供电品质不健全的电源切换至供电品质健全的电源上的改善供电品质的供电系统。
本发明的上述目的是通过下述技术方案实现的：一种改善供电品质的供电系统，包括有二路电源及若干负载，且该二路电源的任一路都可以满足二路电源下所有负载的供电需求，另在电源与负载之间接入静态高速电源切换装置，该静态高速电源切换装置由二个或三个切换单元串联而成，各切换单元均至少有一组反相可控硅。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：在供电系统中接入了静态高速电源切换装置，使得生产设备在电源发生电压波动或停电时不会停机而影响制品生产，提高供电品质。
附图说明
图1是现有技术中静态不间断电源装置的电路图；
图2是现有技术中动态不间断电源装置的电路图；
图3是本发明供电系统中静态高速电源切换装置切换单元的结构示意图；
图4是本发明供电系统在双负载方式下对于二路独立电源的切换步骤；
图5是本发明供电系统改善供电品质过程所需时间的示意图；
图6是本发明供电系统中静态高速电源切换装置自变压器初级段接入的电路图；
图7是本发明供电系统中静态高速电源切换装置自变压器次级段接入的电路图；
图8是本发明供电系统中静态高速电源切换装置自母段配电段接入的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
本发明利用静态高速电源切换装置，采用“开关法”，即利用这类特殊开关装置的ON和OFF的时间，对于二路同时使用的独立电源，进行选择性的切换，使得面向负载的供电系统能够在20ms内按照设定的切换条件完成从电压波动的电源到品质健全的电源的切换全过程。
下面说明静态高速电源切换装置切换单元(以下简称“SU”)的结构。
如图3所示，SU单元至少有一组反相可控硅(Thristor Switch，以下简称“TS”)，当TS收到门触发信号时，反相可控硅组可以使交流电源的正半波和负半波分别通过。静态高速电源切换装置在进行电源切换时，同时有二组切换单元参与电源的切换。并联在TS两端的并行开关(ParallelSwitch，以下简称“PS”)是一个专门设计的高速开关，在长时运行时旁通TS，起到导通负载电流的作用，但PS并不是必须设置的。另外还可在TS两端并联一个氧化锌避雷器AR，用来保护TS瞬时过电压现象。
下面说明本发明供电系统中静态高速电源切换装置的切换原理和切换时序。
如图4所示，本发明改善供电品质的供电系统由电源1、电源2、负载1、负载2组成，且电源1、电源2中的任一路都可以满足负载1与负载2全体的供电需求，在电源与负载之间接入静态高速电源切换装置，该静态高速电源切换装置由三个切换单元SU1、SU2、SU3串联而成，负载1接于SU1与SU2之间，负载2接于SU2与SU3之间。
鉴于本发明改善供电品质的供电系统由三个切换单元组成的静态高速电源切换装置和双负载构成的供电系统，与由二个切换单元组成的静态高速电源切换装置和单负载构成的供电系统，其构成原理相同，但经济效益前者优于后者，因此在本说明书中仅以前者供电系统进行举例说明，后者供电系统不再另作赘述。
图4是静态高速电源切换装置在双负载方式下对于二路独立电源的切换步骤：步骤1，电源1和电源2分别通过PS1和PS3向负载1和负载2供电；步骤2，当电源1由品质健全的电源变为电压波动的电源时，PS1迅速地改为TS1向负载1供电(1ms内)；步骤3，在门触发信号的控制下，完成TS1和TS2的高速切换，至此负载1就和负载2一起由电压波动的电源1改为品质健全的电源2供电了；步骤4，系统判断新电源已稳定运行30秒后，最终改为PS2向负载1供电。
如图5所示，是当电压波动发生后，静态高速电源切换装置从电压波动检出到完成切换电压波动电源整个过程所需时间的示意图。
下面说明本发明改善供电品质的供电系统的构成。
根据负载容量和静态高速电源切换装置性能参数的匹配，静态高速电源切换装置可以在本发明供电系统的不同位置进行应用。如图6所示，是自变压器初级段接入静态高速电源切换装置，作为变压器的上级电源设备，向负载提供可靠性高的电源。如图7所示，也可以选择额定工作电压等级相当的静态高速电源切换装置自变压器次级段接入，作为母段进线开关的上级电源设备，向负载提供可靠性高的电源。如图8所示，是自母段配电段接入静态高速电源切换装置，直接向负载提供可靠性高的电源。
另外，本发明供电系统中的静态高速电源切换装置不仅可作为电压波动的对策，在供电线路发生故障停电时，同样也可以在20ms内将敏感负载从供电品质不健全的电源切换至供电品质健全的电源上。
Claims (4)
1、一种改善供电品质的供电系统，包括有二路电源及若干负载，且该二路电源的任一路都可以满足二路电源下所有负载的供电需求，其特征在于：在电源与负载之间接入静态高速电源切换装置，该静态高速电源切换装置由二个或三个切换单元串联而成，各切换单元均至少有一组反相可控硅。
2、根据权利要求1所述的改善供电品质的供电系统，其特征在于：上述电源与负载之间连接有变压器，静态高速电源切换装置自变压器初级段接入。
3、根据权利要求1所述的改善供电品质的供电系统，其特征在于：上述电源与负载之间连接有变压器，静态高速电源切换装置自变压器次级段接入。
4、根据权利要求1所述的改善供电品质的供电系统，其特征在于：静态高速电源切换装置自母段配电段接入。
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