一种双电源无缝切换装置及方法与流程

本发明涉及电力系统控制技术领域，特别是涉及一种双电源无缝切换装置及方法。

背景技术：

电力系统中一些敏感负荷(如医院、半导体制造厂和政府机关等采用的电力设备负荷)对电能质量有较高的要求；当发生电压暂降等问题后，人身安全和生产线的正常工作得不到保证。目前主要采用双电源供电来提高供电的可靠性，当原第一电源发生电压暂降等电能质量问题时，快速切换开关动作，由另一正常电源向敏感负荷供电。然而此种双电源供电方式的快速切换开关检测和动作需要一定的时间。在快速切换开关成功动作前，敏感负荷的供电得不到保证。因此，有必要解决双电源供电系统在电源切换过程中影响敏感负荷正常供电的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种双电源无缝切换装置及方法，以解决现有双电源供电系统在电源切换过程中影响敏感负荷正常供电的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种双电源无缝切换装置，所述双电源无缝切换装置包括：双电源、自动切换装置、供电线路开关、检修开关组、变压器、整流装置、逆变装置和控制器；所述双电源包括第一电源和第二电源；所述检修开关组包括第一检修开关、第二检修开关和第三检修开关；所述变压器包括第一变压器和第二变压器；所述整流装置包括第一整流装置和第二整流装置；

所述自动切换装置包括第一电源连接端、第二电源连接端和切换控制端；所述第一电源与所述第一电源连接端连接；所述第二电源与所述第二电源连接端连接；所述切换控制端与所述第一电源连接端或所述第二电源连接端连接；所述供电线路开关的一端连接所述切换控制端，所述供电线路开关的另一端连接外部敏感负荷；所述第一变压器的一端通过所述第二检修开关连接所述第一电源；所述第一变压器的另一端连接所述第一整流装置的一端；所述第一整流装置的另一端连接所述逆变装置的一端；所述第二变压器的一端通过所述第三检修开关连接所述第二电源；所述第二变压器的另一端连接所述第二整流装置的一端；所述第二整流装置的另一端连接所述逆变装置的一端；所述逆变装置的另一端连接所述第一检修开关的一端；所述第一检修开关的另一端连接所述敏感负荷；所述控制器分别与所述第一电源连接端、所述第二电源连接端、所述切换控制端、所述供电线路开关以及所述检修开关组连接。

可选的，所述自动切换装置为自动转换开关atse或固态切换开关ssts。

可选的，所述供电线路开关由两个反并联的第一晶闸管和第二晶闸管组成；所述第一晶闸管和所述第二晶闸管分别与所述控制器连接。

可选的，所述检修开关组中的所述第一检修开关、所述第二检修开关和所述第三检修开关均为常闭开关。

可选的，所述双电源无缝切换装置还包括旁路开关；所述旁路开关与所述供电线路开关并联；所述旁路开关还与所述控制器连接。

一种双电源无缝切换方法，所述双电源无缝切换方法基于所述双电源无缝切换装置；所述双电源无缝切换方法包括：

当自动切换装置的切换控制端与第一电源连接端连接时，控制器采集第一电源连接端处的第一电源电压和第二电源连接端处的第二电源电压；

所述控制器判断所述第一电源电压是否满足外部敏感负荷的电能质量要求，获得第一判断结果；

若所述第一判断结果为所述第一电源电压不满足所述敏感负荷的电能质量要求，所述控制器判断所述第二电源电压是否满足所述敏感负荷的电能质量要求，获得第二判断结果；

若所述第二判断结果为所述第二电源电压满足所述敏感负荷的电能质量要求，所述控制器关断供电线路开关，并控制逆变装置输出额定交流电压，所述敏感负荷由第二电源经第二变压器、第二整流装置和逆变装置供电；同时所述控制器将所述自动切换装置切换至所述切换控制端与第二电源连接端连接的状态；

当所述自动切换装置切换至所述切换控制端与所述第二电源连接端连接的状态后，所述控制器闭合所述供电线路开关，并控制所述逆变装置的输出电流为零，由所述第二电源经所述供电线路开关为所述敏感负荷供电。

可选的，所述双电源无缝切换方法还包括：

当自动切换装置的切换控制端与第二电源连接端连接时，控制器采集第一电源连接端处的第一电源电压和第二电源连接端处的第二电源电压；

所述控制器判断所述第二电源电压是否满足外部敏感负荷的电能质量要求，获得第三判断结果；

若所述第三判断结果为所述第二电源电压不满足所述敏感负荷的电能质量要求，所述控制器判断所述第一电源电压是否满足所述敏感负荷的电能质量要求，获得第四判断结果；

若所述第四判断结果为所述第一电源电压满足所述敏感负荷的电能质量要求，所述控制器关断供电线路开关，并控制逆变装置输出额定交流电压，所述敏感负荷由第一电源经第一变压器、第一整流装置和逆变装置供电；同时所述控制器将所述自动切换装置切换至所述切换控制端与第一电源连接端连接的状态；

当所述自动切换装置切换至所述切换控制端与所述第一电源连接端连接的状态后，所述控制器闭合所述供电线路开关，并控制所述逆变装置的输出电流为零，由所述第一电源经所述供电线路开关为所述敏感负荷供电。

可选的，所述双电源无缝切换方法还包括：

所述控制器检测所述供电线路开关是否处于正常工作状态，获得第五判断结果；

若所述第五判断结果为所述供电线路开关处于正常工作状态，所述控制器控制旁路开关处于断开状态；

若所述第五判断结果为所述供电线路开关未处于正常工作状态，所述控制器控制所述旁路开关闭合。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种双电源无缝切换装置及方法，通过在双电源与外部敏感负荷之间设置自动切换装置、供电线路开关、检修开关组、变压器、整流装置、逆变装置和控制器，使得控制器在检测到原有供电电源电能质量不满足要求后，至成功切换到另一满足要求的电源的过程中，通过控制逆变装置输出额定交流电压，暂时投入另一满足要求的电源为敏感负荷供电，从而保证了双电源供电系统在电源切换过程中敏感负荷仍能正常供电，解决了目前双电源供电系统在电源切换过程中影响敏感负荷正常供电的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据本发明提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的双电源无缝切换装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

本发明的目的是提供一种双电源无缝切换装置及方法，以保证双电源供电系统在电源切换过程中敏感负荷仍能正常供电。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的双电源无缝切换装置的结构示意图。参见图1，本发明提供的双电源无缝切换装置包括：双电源、自动切换装置、供电线路开关、检修开关组、变压器、整流装置、逆变装置12和控制器13。

为保证敏感负荷的可靠供电，本发明采用双电源的形式给敏感负荷供电，本发明所述双电源包括第一电源i和第二电源ⅱ。敏感负荷一般通过供电线路开关和自动切换装置与第一电源ⅰ或第二电源ⅱ相连。

所述自动切换装置包括第一电源连接端1、第二电源连接端2和切换控制端3。所述供电线路开关包括串联于敏感负荷供电线路进线处的两个反并联的第一晶闸管4和第二晶闸管5。所述第一晶闸管4和所述第二晶闸管5的两端并联有旁路开关6。所述变压器包括第一变压器8和第二变压器9。所述整流装置包括第一整流装置10和第二整流装置11。所述检修开关组包括第一检修开关7、第二检修开关14和第三检修开关15。

如图1所示，所述第一电源i与所述第一电源连接端1连接；所述第二电源ⅱ与所述第二电源连接端2连接。所述切换控制端3与所述第一电源连接端1或所述第二电源连接端2连接。所述供电线路开关的一端连接所述切换控制端3，所述供电线路开关的另一端连接外部敏感负荷。

所述第一变压器8的一端通过所述第二检修开关14连接所述第一电源i。所述第一变压器8的另一端连接所述第一整流装置10的一端。所述第一整流装置10的另一端连接所述逆变装置12的一端。

所述第二变压器9的一端通过所述第三检修开关15连接所述第二电源ⅱ。所述第二变压器9的另一端连接所述第二整流装置11的一端。所述第二整流装置11的另一端连接所述逆变装置12的一端。

所述逆变装置12的另一端连接所述第一检修开关7的一端。所述第一检修开关7的另一端连接所述敏感负荷。所述敏感负荷通常为医院、半导体制造厂和政府机关等采用的电力设备负荷，但不限于此。

所述控制器13分别与所述第一电源连接端1、所述第二电源连接端2、所述切换控制端3、所述供电线路开关(包括第一晶闸管4和第二晶闸管5)、所述旁路开关6以及所述检修开关组(包括第一检修开关7、第二检修开关14和第三检修开关15)连接。

通常，所述自动切换装置为自动转换开关atse或固态切换开关ssts，但不限于此。其中atse(automatictransferswitchingequipment)，即自动转换开关，是用于监测电源电路(失压、过压、欠压、断相、频率偏差等)，并将一个或几个负载电路从一个电源自动转换到另一个电源的电器。通常使用atse等机械开关进行切换时间的为秒级，大约在1s到5s之间。ssts(solidstatetransferswitch)即固态切换开关，它也可以从一路电源快速地切换到另一路电源，所用时间在20ms到100ms左右。

可见，自动切换装置atse或ssts的检测和动作都需要一定的时间，在快速切换开关成功动作前，敏感负荷的供电得不到保证。因此，有必要解决双电源供电系统在电源切换过程中影响敏感负荷正常供电的问题。本发明通过在双电源供电系统与外部敏感负荷之间投切无储能暂态电压支撑装置，解决了双电源供电系统在电源切换过程中影响敏感负荷正常供电的问题。

具体的，所述供电线路开关由两个反并联的第一晶闸管4和第二晶闸管5组成；所述第一晶闸管4和第二晶闸管5采用反并联的形式串联于为敏感负荷供电的线路进线处。

所述旁路开关6与第一晶闸管4和第二晶闸管5并联，在晶闸管未故障时处于断开状态。具体的，本发明中的旁路开关6在第一晶闸管4和第二晶闸管5正常工作时处于断开状态，当第一晶闸管4或第二晶闸管5发生故障后，旁路开关6将代替晶闸管，受相应信号的控制。

所述检修开关组中的所述第一检修开关7、所述第二检修开关14和所述第三检修开关15均为常闭开关，用于当需要对无储能暂态电压支撑装置中的变压器、整流装置或逆变装置进行检修时，通过控制器断开或手动断开所述第一检修开关7、所述第二检修开关14和所述第三检修开关15进行电气隔离，保证检修人员的人身安全。

所述整流装置和所述逆变装置12共同组成的整流逆变装置能够保证功率单向流动。

所述逆变装置12由第一电源ⅰ和第二电源ⅱ共同供电，所述逆变装置12的输出端与所述第一检修开关7相连。本发明通过控制所述逆变装置12的输出来实现双电源供电系统与外部敏感负荷之间无储能暂态电压支撑装置的投切。当所述逆变装置12的输出电流为零(即控制所述逆变装置12不输出)时，无储能暂态电压支撑装置与外部敏感负荷之间断开；当所述逆变装置12输出额定交流电压时，双电源供电系统可以通过无储能暂态电压支撑装置为外部敏感负荷供电。由于控制器13可以对所述逆变装置12的输出进行瞬态控制，因此可以实现无储能暂态电压支撑装置的瞬态投切，无延迟时间，从而实现双电源供电系统的无缝切换。

所述控制器13通过获取第一电源连接端1和第二电源连接端2处的电压信息，进行判断后给各开关发送开通和关断的信号。

基于本发明提供的双电源无缝切换装置，本发明还提供一种双电源无缝切换方法。

实施例一

本发明实施例一假设初始情况下由第一电源ⅰ向敏感负荷供电，即图1中第一电源连接端1和切换控制端3相连，第二电源连接端2与切换控制端3断开。

正常情况下，敏感负荷由第一电源ⅰ经自动切换装置和供电线路开关供电。在第一电源ⅰ正常时，反并联的第一晶闸管4和第二晶闸管5将交替导通，以保证敏感负荷的正常供电。当第一电源ⅰ处的电能质量不满足要求时，控制器13将检测第二电源ⅱ处的电压，若第二电源ⅱ处的电压满足要求，则自动切换装置将切换至由第二电源ⅱ向敏感负荷供电。这一切换过程有很多切换装置和控制方法，本发明适用的情况不局限于自动切换装置atse或ssts。

当自动切换装置的切换控制端3与第一电源连接端1连接时，所述控制器13实时采集第一电源连接端1处的第一电源电压和第二电源连接端2处的第二电源电压。

所述控制器13判断所述第一电源电压是否满足外部敏感负荷的电能质量要求，获得第一判断结果；若满足，所述控制器继续采集第一电源连接端1处的第一电源电压和第二电源连接端2处的第二电源电压并进行判断；若不满足，所述控制器13判断所述第二电源电压是否满足所述敏感负荷的电能质量要求，获得第二判断结果。

若所述控制器判断所述第一电源电压不满足电能质量要求，但所述第二电源电压满足所述敏感负荷的电能质量要求，则所述控制器13将闭锁第一晶闸管4和第二晶闸管5的触发信号，令所述供电线路开关关断；同时，所述控制器13控制所述逆变装置12输出额定交流电压，投入暂态电压支撑装置(包括第二变压器9、第二整流装置11和逆变装置12)。所述敏感负荷由第二电源ⅱ经第二变压器9、第二整流装置11和逆变装置12供电。若第二电源ⅱ的电能质量满足要求，所述控制器13将控制所述自动切换装置切换至所述切换控制端3与第二电源连接端2连接的状态。若第二电源ⅱ的电能质量也不满足要求，则由整流装置和逆变装置12自动选择第一电源ⅰ和第二电源ⅱ当中电能质量较好的一个电源通过对应的变压器、整流装置和逆变装置向敏感负荷供电。

本发明中的控制器13检测到切换成功的信号后，即当所述自动切换装置切换至所述切换控制端3与所述第二电源连接端2连接的状态后，所述控制器13将给第一晶闸管4和第二晶闸管5发送触发信号，闭合所述供电线路开关，同时控制所述逆变装置12的输出电流为零，由所述第二电源ⅱ经所述供电线路开关为所述敏感负荷供电。

实施例二

本发明实施例二中，初始情况下由第二电源ⅱ向敏感负荷供电，即图1中第二电源连接端2和切换控制端3相连，第一电源连接端1与切换控制端3之间断开。

当自动切换装置的切换控制端3与第二电源连接端2连接时，控制器13实时采集第一电源连接端1处的第一电源电压和第二电源连接端2处的第二电源电压。

所述控制器13判断所述第二电源电压是否满足外部敏感负荷的电能质量要求，获得第三判断结果；若满足，所述控制器13继续采集第一电源连接端1处的第一电源电压和第二电源连接端2处的第二电源电压并进行判断；若不满足，所述控制器13判断所述第一电源电压是否满足所述敏感负荷的电能质量要求，获得第四判断结果。

若所述第四判断结果为所述第一电源电压满足所述敏感负荷的电能质量要求，则所述控制器13控制关断所述供电线路开关，同时控制所述逆变装置12输出额定交流电压，所述敏感负荷由第一电源ⅰ经第一变压器5、第一整流装置10和逆变装置12供电；同时所述控制器13将所述自动切换装置切换至所述切换控制端3与第一电源连接端1连接的状态。

当所述自动切换装置切换至所述切换控制端3与所述第一电源连接端1连接的状态后，所述控制器13闭合所述供电线路开关，同时控制所述逆变装置12的输出电流为零，由所述第一电源ⅰ经所述供电线路开关为所述敏感负荷供电。

当第一电源ⅰ和第二电源ⅱ的电能质量均不满足要求时，所述控制器13控制断开所述供电线路开关，并控制逆变装置12输出额定交流电压，由整流装置和逆变装置12自动选择第一电源ⅰ和第二电源ⅱ当中电能质量较好的一个电源通过对应的变压器、整流装置和逆变装置向敏感负荷供电。

此外，所述控制器13还实时检测所述供电线路开关是否处于正常工作状态，获得第五判断结果；若所述供电线路开关处于正常工作状态，所述控制器13控制旁路开关6处于断开状态；若所述供电线路开关未处于正常工作状态，所述控制器13控制所述旁路开关6闭合，短路所述供电线路开关，旁路开关6将代替晶闸管，受控制器相应信号的控制。

当需要对无储能暂态电压支撑装置中的变压器、整流装置或逆变装置进行检修时，可以通过控制器断开或手动断开所述第一检修开关7、所述第二检修开关14和所述第三检修开关15对各支路进行电气隔离，保证检修人员的人身安全。

现有的双电源供电系统中，自动切换装置在电源切换的过程中有控制延时，即在检测到原有供电电源电能质量不满足要求后至成功切换到另一满足要求的电源的过程需要一定的时间。在自动切换装置动作的过程中，敏感负荷的正常供电得不到保证，不仅电能质量达不到要求，甚至会出现断电的情况。而本发明当控制器检测到供电电源电能质量不满足要求后，在自动切换装置动作的过程中，通过投入无储能暂态电压支撑装置保证敏感负荷的正常供电，实现了双电源无缝切换。并且本发明的暂态电压支撑装置无需储能，可保证长时间供电；此外整流装置和逆变装置可保证功率单向流动，并且可以在两个电源中自动选择可靠电源，实现了自动控制过程，同时提高了敏感负荷的供电可靠性。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。