一种智能柔性电源切换装置

技术领域

本发明涉及电源切换装置技术领域，具体为一种智能柔性电源切换装置。

背景技术

发电厂厂用电重要负荷的交流电源一般取至保安段或者UPS，确保供电电源的可靠性，正常运行中由于供电电源较为稳定，一般不会发生设备电源停电事件。如果遇到该段母线检修、异动、技改等情况时需要对该设备电源进行停电，母线检修完毕后再进行送电操作，由于某些负荷不具备双电源切换功能，因此导致检修工作无法正常开展，影响了设备运行的安全可靠性。同时也存在采用双电源切换方式供电的负荷，每路电源取至PC或者MCC段，如果采用继电器搭接的失压切换方式进行切换，就不可避免的存在短时供电的情况，有可能会发生负荷停运事件，对机组运行产生隐患。目前在0.4kV低压供电系统中已有不停电切换装置的应用，但存在设备较大不够便携、安全可靠性不高、适用性不广等情况。

发明内容

本发明的目的就在于解决了单电源供电负荷上级电源需要停运，而负荷不能停运的问题，而提出一种智能柔性电源切换装置；本发明能够实现交流负荷的不停电转移，当原负荷电源检修完成后，还能够实现不间断的切换至原电源。由于该设备具备同期捕捉功能，能够确保切换时不产生冲击电流，同时为了避免该装置误出口以及断路器合闸时间的不确定性，该装置配备了大功率电阻，即使切换时同期三要素不满足要求，也不会对运行负荷产生影响，更不会导致切换电源反送至系统导致上级电源跳闸事件的发生。该设备还配置了大容量锂电池组，在负荷转移后，如果发生应急交流供电电源短时失去，能够实现无扰动切换至蓄电池组，支撑一定的时间用于寻找新的供电电源；可实现380V、220V负荷的不间断转移切换，保障负荷运行的可靠性，在电力行业内具有一定的推广运用价值。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种智能柔性电源切换装置，包括整流器D1、逆变器M1、静态开关K5、静态开关K6、大功率电阻R1、接触器K7、熔断器F1、隔离变压器Y1、隔离变压器Y2、蓄电池组B1、隔离二极管D2、直流开关K4、备用电源开关K3和待并电源回切开关K2；所述整流器D1的1接线端与隔离变压器Y1的2接线端通过电线连接，整流器D1的2接线端与隔离变压器Y1的4接线端通过电线连接，整流器D1的3接线端与隔离变压器Y1的6接线端通过电线连接，整流器D1的4接线端与隔离变压器Y1的8接线端通过电线连接，整流器D1的5接线端与隔离二极管D2的2接线端并接后与逆变器M1的1接线端连接，整流器D1的6接线端与隔离二极管D2的4接线端并接后与逆变器M1的2接线端连接；

隔离变压器Y1的1接线端与备用电源开关K3的2接线端通过电线连接，隔离变压器Y1的3接线端与备用电源开关K3的4接线端通过电线连接，隔离变压器Y1的5接线端与备用电源开关K3的6接线端通过电线连接，隔离变压器Y1的7接线端与备用电源的零线N1通过电线连接；备用电源开关K3的1接线端与备用电源的火线A1连接，备用电源开关K3的3接线端与备用电源的火线B1连接，备用电源开关K3的5接线端与备用电源的火线C1连接；

隔离二极管D2的1接线端与直流开关K4的2接线端通过电线连接，隔离二极管D2的3接线端与直流开关K4的4接线端通过电线连接；直流开关K4的1接线端与蓄电池组B1的1接线端连接，直流开关K4的3接线端与蓄电池组B1的2接线端连接；

逆变器M1的3接线端与隔离变压器Y2的1接线端通过电线连接，逆变器M1的4接线端与隔离变压器Y2的3接线端通过电线连接，逆变器M1的5接线端与隔离变压器Y2的5接线端通过电线连接，逆变器M1的6接线端与隔离变压器Y2的7接线端通过电线连接；

隔离变压器Y2的2接线端与静态开关K6的1接线端连接，隔离变压器Y2的4接线端与静态开关K6的3接线端连接，隔离变压器Y2的6接线端与静态开关K6的5接线端连接，隔离变压器Y2的8接线端与待并电源的零线N连接；

静态开关K6的2接线端与静态开关K5的6接线端并接后接入熔断器F1的5接线端，静态开关K6的4接线端与静态开关K5的4接线端并接后接入熔断器F1的3接线端，静态开关K6的6接线端与静态开关K5的2接线端并接后接入熔断器F1的1接线端；

熔断器F1的2接线端与接触器K7的5接线端并接后接入大功率电阻R1的1接线端，熔断器F1的4接线端与接触器K7的3接线端并接后接入大功率电阻R1的3接线端，熔断器F1的6接线端与接触器K7的1接线端并接后接入大功率电阻R1的5接线端；

大功率电阻R1的2接线端与接触器K7的6接线端并接后接入待并电源的火线A，大功率电阻R1的4接线端与接触器K7的4接线端并接后接入待并电源的火线B，大功率电阻R1的6接线端与接触器K7的2接线端并接后接入待并电源的火线C；

静态开关K5的2接线端与待并电源回切开关K2的2接线端通过电线连接，静态开关K5的3接线端与待并电源回切开关K2的4接线端通过电线连接，静态开关K5的5接线端与待并电源回切开关K2的6接线端通过电线连接，待并电源回切开关K2的1接线端接入火线A，待并电源回切开关K2的3接线端接入火线B，待并电源回切开关K2的5接线端接入火线C。

优选的，还包括同期装置S1和主控板Z1；同期装置S1用于采集P点、R点和Q点的电压幅值、相位及频率；同期装置S1通过主控板Z1调节逆变器M1的输出电压；

优选的，所述待并电源的火线A、火线B和火线C上串联有待并电源回路开关K1；其中，待并电源回路开关K1的1、2接线端串联在火线A上，待并电源回路开关K1的3、4接线端串联在火线B上，待并电源回路开关K1的5、6接线端串联在火线C上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、同期装置S1采集Q点、P点、R点实时电压，通过主控板Z1调节逆变器M1输出电压，使Q点与P点或者Q点与R点电压满足同期三要素要求，主控板Z1接受同期装置S1的调节电压的指令并转变成脉冲信号，用于调节逆变器M1输出电压，同时用于输出指令分合静态开关K5和静态开关K6；大功率电阻R1用于限制并列运行时的短路电流，同时也能够防止非同期合闸引起倒送电，导致系统保护动作情况的发生，当电阻两侧电压小于定值时，接触器K7动作短接大功率电阻R1，其接触器K7由主控板Z1控制，当静态开关K6合闸后，主控板Z1开始检测大功率电阻R1两侧电压，当小于定值时接通接触器K7电源，接触器K7动作短接大功率电阻R1；

2、为避免该装置误出口以及断路器合闸时间的不确定性影响，配备了大功率电阻R1，用于限制并列运行时的短路电流，即使切换时同期三要素不满足要求，也不会对运行负荷产生影响，更不会导致应急切换电源反送至系统导致上级电源跳闸事件的发生；当大功率电阻R1两侧电压小于定值时，接触器K7动作短接大功率电阻；蓄电池组B1为大容量锂电池组，作为应急切换电源的备用电源，当应急切换交流电源故障或者输出异常，通过隔离二极管D2输入直流电压至逆变器M1输入侧进行逆变，确保负载电源不会出现中断，支撑一定的时间用于寻找新的供电电源，提高了该电源转移装置供电的安全可靠性。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明电源切换装置的电路图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，一种智能柔性电源切换装置，包括整流器D1、逆变器M1、静态开关K5、静态开关K6、同期装置S1、主控板Z1、大功率电阻R1、接触器K7、熔断器F1、隔离变压器Y1、隔离变压器Y2、蓄电池组B1、隔离二极管D2、直流开关K4、备用电源开关K3和待并电源回切开关K2；

整流器D1及逆变器M1用于将备用交流电源进行整流和逆变，变换成特定频率、幅值、相位的电压，使之与原回路交流电源电压满足同期三要素要求；同期三要素为电压、频率和初相位；

静态开关K5和静态开关K6，用于实现当原电原母线段检修工作完成后，由该电源切换装置应急交流电源切换为原电源供电；同期装置S1通过主控板Z1调整逆变器M1使R点、Q点满足同期三要素，主控板Z1控制静态开关K6在交流电压过零点时断开，同时控制静态开关K5在交流电压过零时投入；

同期装置S1具备同期捕捉功能，确保切换时不产生冲击电流；采集Q点、P点、R点实时电压，通过主控板Z1调节逆变器M1输出电压，使Q点与P点或者Q点与R点电压满足同期三要素要求；

主控板Z1接收同期装置S1的调节电压的指令并转变成脉冲信号，用于调节逆变器M1输出电压，同时用于输出指令分合静态开关K5和静态开关K6；

大功率电阻R1用于限制并列运行时的短路电流，同时也能够防止非同期合闸引起倒送电，导致系统保护动作情况的发生，当电阻两侧电压小于定值时，接触器K7动作短接大功率电阻R1；

接触器K7由主控板Z1控制，当静态开关K6合闸后，主控板Z1开始检测大功率电阻R1两侧电压，当小于定值时接通接触器K7电源，接触器K7动作短接大功率电阻R1；

为避免该装置误出口以及断路器合闸时间的不确定性影响，该装置配备了大功率电阻R1，用于限制并列运行时的短路电流；即使切换时同期三要素不满足要求，也不会对运行负荷产生影响，更不会导致应急切换电源反送至系统导致上级电源跳闸事件的发生；当大功率电阻R1两侧电压小于定值时，接触器K7动作短接大功率电阻；

蓄电池组B1为大容量锂电池组，作为应急切换电源的备用电源，当应急切换交流电源故障或者输出异常，通过隔离二极管D2输入直流电压至逆变器M1输入侧进行逆变，确保负载电源不会出现中断，支撑一定的时间用于寻找新的供电电源，提高了该电源转移装置供电的安全可靠性；

本发明提出的一种智能柔性电源切换装置，其体积相对一般电源转移装置较小，因此便于携带，特别适用于发电厂复杂的0.4kV厂用电系统负载的不间断转移，便于设备的检修维护工作；

本发明提出的一种智能柔性电源切换装置能够准确跟踪待切换回路电源电压幅值、频率、相位，在两侧电压过零点时，通过静态开关实现不间断切换，安全平稳的将负荷转移到备用电源供电，除此之外还具备以下特点：1)该装置具备大容量锂电池组，当主路失去时，能够实现无扰动切换，保证输出电压无变化；2)该装置输出侧安装大功率电阻，当电压、频率、幅值满足要求时，自动投入电阻屏蔽功能，确保操作过程中不会对负荷产生冲击；3)该装置具备回切功能，当原电源恢复供电时，可由备用电源切至原电源，亦能保证实现不间断切换；如附图1所示，操作步骤如下：

投入操作：

按照示意图接好相应回路；合上备用电源开关K3和直流开关K4；同期装置S1采集P点、Q点电压幅值、相位、频率；同期装置S1通过主控板Z1调整逆变器M1，当满足同期三要素时，主控板Z1控制静态开关K6投入；主控板Z1检测大功率电阻R1两端电压，电压低于定值时，闭合接触器K7，短接了大功率电阻R1，正式实现并列运行；断开待并电源回路开关K1；

退出操作：

投入待并电源回切开关K2；同期装置S1采集R点、Q点电压幅值、相位、频率；同期装置S1通过主控板Z1调整逆变器M1，当满足同期三要素时，主控板Z1控制静态开关K6在交流电压过零时断开，同时控制静态开关K5在交流电压过零时断开，同时控制静态开关K5在交流电压过零时投入；合上待并电源回路开关K1；断开待并电源回切开关K2；断开接触器K7；

同期装置是一种在电力系统运行过程中执行并网时使用的指示、监视、控制装置，它可以检测并网点两侧的电网频率、电压幅值、电压相位是否达到条件，以辅助手动并网或实现自动并网；

本发明创新性的采用同期装置对该电源切换装置输出电压进行调节，使其与负载供电电源满足同期三要素要求。具备同期捕捉功能，能够在两侧电压过零点附近发出分合闸指令进行电源切换，确保切换时不产生冲击电流；为了避免该装置误出口以及断路器合闸时间的不确定性影响，该装置配备了大功率电阻，即使切换时同期三要素不满足要求，也不会对运行负荷产生影响，更不会导致切换电源反送至系统导致上级电源跳闸事件的发生；当负载原供电交流电源母线段检修完成后，通过静态开关实现负载供电电源回切功能，恢复原供电电源供电。该静态开关具备快速动作特性，切换时间不大于1ms，确保电源在过零点附近切换，实现无扰动回切，切实有效的保证了设备供电的安全可靠性；配置了大容量锂电池组，在负载转移后，如果发生供电电源短时失去，能够实现无扰动切换至蓄电池组，支撑一定的时间用于寻找新的供电电源；适用于低压交流380V负载的电源转移，同样也适用于低压交流220V负载的电源转移；其体积相对一般电源转移装置较小，因此便于携带，特别适用于发电厂复杂的0.4kV厂用电系统负载的不间断转移，便于设备的检修维护工作；同期装置采集了Q点、P点、R点电压，分别对Q点与P点、Q点与R点电压及进行同期电压判断，确保了一次回路接线的正确性，避免因回路接线错误导致切换时短路事故的发生。

本发明在使用时，整流器D1及逆变器M1用于将备用交流电源进行整流和逆变，变换成特定频率、幅值、相位的电压，使之与原回路交流电源电压满足同期三要素要求；静态开关K5和静态开关K6，用于实现当原电原母线段检修工作完成后，由该电源切换装置应急交流电源切换为原电源供电。同期装置S1通过主控板Z1调整逆变器M1使R点、Q点满足同期三要素，主控板Z1控制静态开关K6在交流电压过零点时断开，同时控制静态开关K5在交流电压过零时投入，同期装置S1具备同期捕捉功能，确保切换时不产生冲击电流。采集Q点、P点、R点实时电压，通过主控板Z1调节逆变器M1输出电压，使Q点与P点或者Q点与R点电压满足同期三要素要求，主控板Z1接受同期装置S1的调节电压的指令并转变成脉冲信号，用于调节逆变器M1输出电压，同时用于输出指令分合静态开关K5和静态开关K6；大功率电阻R1用于限制并列运行时的短路电流，同时也能够防止非同期合闸引起倒送电，导致系统保护动作情况的发生，当电阻两侧电压小于定值时，接触器K7动作短接大功率电阻R1，其接触器K7由主控板Z1控制，当静态开关K6合闸后，主控板Z1开始检测大功率电阻R1两侧电压，当小于定值时接通接触器K7电源，接触器K7动作短接大功率电阻R1；为避免该装置误出口以及断路器合闸时间的不确定性影响，该装置配备了大功率电阻R1，用于限制并列运行时的短路电流。即使切换时同期三要素不满足要求，也不会对运行负荷产生影响，更不会导致应急切换电源反送至系统导致上级电源跳闸事件的发生。当大功率电阻R1两侧电压小于定值时，接触器K7动作短接大功率电阻；蓄电池组B1为大容量锂电池组，作为应急切换电源的备用电源，当应急切换交流电源故障或者输出异常，通过隔离二极管D2输入直流电压至逆变器M1输入侧进行逆变，确保负载电源不会出现中断，支撑一定的时间用于寻找新的供电电源，提高了该电源转移装置供电的安全可靠性；其体积相对一般电源转移装置较小，因此便于携带，特别适用于发电厂复杂的0.4kV厂用电系统负载的不间断转移，便于设备的检修维护工作。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。