一种电源切换方法及装置与流程

本发明涉及电源切换领域，具体而言，涉及一种电源切换方法及装置。

背景技术：

电源快速切换是针对发电厂或其他工业电源供电的负载母线电源失电，备用电源快速投入，在负载母线残压与备用电源电压之间的相位差未达到反相前的某一安全相位差内合上备用电源的切换，为提高切换成功率，保证负载母线设备安全，切换时对合闸允许相位差有要求。

发电厂或其他工业供电电源的切换按运行状态可分为正常切换及事故切换。按断路器的动作顺序分为并联切换，串联切换(断电切换)及同时切换。按切换速度分为快速切换及慢速切换。正常切换一般采用并联切换，事故切换一般串联切换，该切换为快速切换。

图1是相关技术中电源切换系统接线的示意图，如图1所示，快速切换为当工作电源开关跳闸后，立即合上备用电源开关的一种切换。实现快速切换的条件为工作电源开关1dl和备用电源开关2dl具备快速合闸性能，也即上述开关具有较短的合闸时间，同时，由于工作电源开关跳闸而被切除，在备用电源开关合闸前，负载母线上电动机群(d1、d2----dn)将失压减速，由于电动机有惯性及所储磁能，接在负载母线运行的电动机定子及转子电流都不会立即变为零，将转为电能向负载母线所接变压器(b1、b2---bn)反馈及电动机群之间也有反馈，电动机定子绕组将产生变频反馈电压，即负载母线存在反馈电压，该电压也称为残压ucy，残压的大小和频率随时间而衰减，衰减的速度与母线上所接电动机台数及容量等因素有关，也即在备用电源开关合上前，负载母线残压不为零，残压ucy与备用电源电压us矢量差电压δu(称为差拍电压)加在系统阻抗xs、变压器阻抗xb、母线起动负荷综合电抗xm串联支路上，电动机上所加电压为差拍电压在xm上分压值，对电动机产生合闸冲击电流，差拍电压δu随时间其大小及相位在周期变化，为快速并安全切换至备用电源，使负载母线断电时间最小，必须对负载母线残压与备用电源电压的频率差δf及相位差δhx进行限定(不大于一个角度即有一个允许合闸相位差δhx)，一取般δf取2.0--3.0hz，以限制电动机合闸冲击电流，保证安全快速切换至备用电源。

在双电源快速切换方面，相关技术中对厂用母线失电的影响进行了分析，如熊信银主编的《发电厂电气部分》第三版第五章第六节“厂用电源的切换”中相关内容，主要是对厂用母线失电后母线上残压的幅值和频率的衰减特性进行了分析，也分析了母线残压与备用电源电压间差拍电压及相位差变化规律，对实现快速切换所允许的备用电源电压与母线残压相位差未进行论述。如行业标准dl/t1073---2007《电厂厂用电源快速切换装置通用技术条件》第4.4.2条快速切换条件中，对相位差规定是相位差小于20--40度可执行快速切换，其对相位差只是规定了一个范围，未按具体系统实际参数及由切换时实际加到电动机上的安全电压计算相位差，使得快速切换的成功率低导致因快速切换失败引起的负载母线断电事故可能性大。

针对相关技术中电源快速切换过程中对于相位差只是规定了一个范围使得快速切换的成功率低导致因快速切换失败引起的负载母线断电事故可能性大的问题，尚未提出解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种电源切换方法及装置，以至少解决相关技术中电源快速切换过程中对于相位差只是规定了一个范围使得快速切换的成功率低导致因快速切换失败引起的负载母线断电事故可能性大的问题。

根据本发明的一个实施例，提供了一种电源切换方法，包括：

获取预先确定的合闸相位差，其中，所述合闸相位差是在电动机上所加电压小于或等于预定倍数的电动机额定电压的情况下确定的，所述电动机上所加电压小于差拍电压，所述差拍电压为备用电源的电压与母线残压的矢量电压差，所述母线残压为工作电源开关跳闸后所述备用电源开关合闸前负载母线上的电压；

通过控制所述合闸相位差控制电源在预定时间内从所述工作电源切换到所述备用电源。

可选地，在获取预先确定的合闸相位差之前，所述方法还包括：

根据所述备用电源的电压、所述母线残压、所述电动机上所加电压确定所述合闸相位差；

保存所述合闸相位差。

可选地，根据所述备用电源的电压、所述母线残压、所述电动机上所加电压确定所述合闸相位差包括：

根据所述电动机上所加电压确定差拍电压；

根据所述差拍电压确定合闸极限相位差；

根据所述合闸极限相位差与合闸期间产生的相位差确定所述合闸相位差。

可选地，通过以下公式根据所述电动机上所加电压确定差拍电压δu：

uddj≤1.1u

其中，所述uddj为所述电动机上所加电压，所述u为所述电动机额定电压，所述xs为备用电源侧的系统电抗，所述xb为备用变压器电抗，所述xm为负载母线起动负荷综合电抗，所述δu加在所述xs、所述xb、所述xm上。

可选地，根据所述差拍电压确定合闸极限相位差包括：

检测所述母线残压ucy；

获取所述备用电源的电压us；

通过以下公式确定所述合闸极限相位差δhjx：

可选地，根据所述合闸极限相位差与合闸期间产生的相位差确定所述合闸相位差包括：

通过以下公式确定合闸期间产生的相位差δht：δht＝360×δf×tht，其中，δf为合闸允许频差(一般取2.0--3.0hz)；tht为备用开关实际合闸时间；

通过以下公式确定所述合闸相位差δhx：δhx＝δhjx-δht。

根据本发明的另一个实施例，还提供了一种电源切换装置，包括：

获取模块，用于获取预先确定的合闸相位差，其中，所述合闸相位差是在电动机上所加电压小于或等于预定倍数的电动机额定电压的情况下确定的，所述电动机上所加电压小于差拍电压，所述差拍电压为备用电源的电压与母线残压的矢量电压差，所述母线残压为工作电源开关跳闸后所述备用电源开关合闸前负载母线上的电压；

切换模块，用于通过控制所述合闸相位差控制电源在预定时间内从所述工作电源切换到所述备用电源。

可选地，所述装置还包括：

确定模块，用于根据所述电动机上所加电压、所述母线残压、所述备用电源的电压确定所述合闸相位差；

保存模块，用于保存所述合闸相位差。

可选地，所述确定模块包括：

第一确定单元，用于根据所述电动机上所加电压确定差拍电压；

第二确定单元，用于根据所述差拍电压确定合闸极限相位差；

第三确定单元，用于根据所述合闸极限相位差与合闸期间产生的相位差确定所述合闸相位差。

可选地，所述第一确定单元，还用于通过以下公式根据所述电动机上所加电压确定差拍电压δu：

uddj≤1.1u

其中，所述uddj为所述电动机上所加电压，所述u为所述电动机额定电压，所述xs为备用电源侧的系统电抗，所述xb为备用变压器电抗，所述xm为负载母线起动负荷综合电抗，所述δu加在所述xs、所述xb、所述xm上。

可选地，所述第二确定单元，还用于

检测所述母线残压ucy；

获取所述备用电源的电压us；

通过以下公式确定所述合闸极限相位差δhjx：

可选地，所述第三确定单元，还用于

通过以下公式确定合闸期间产生的相位差δht：δht＝360×δf×tht，其中，δf为合闸允许频差(一般取2.0--3.0hz)；tht为备用开关实际合闸时间；

通过以下公式确定所述合闸相位差δhx：δhx＝δhjx-δht。

根据本发明的又一个实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

根据本发明的又一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

通过本发明，获取预先确定的合闸相位差，其中，所述合闸相位差是在电动机上所加电压小于或等于预定倍数的电动机额定电压的情况下确定的，所述电动机上所加电压小于差拍电压；通过控制所述合闸相位差控制电源在预定时间内从所述工作电源切换到所述备用电源，因此，可以解决相关技术中电源快速切换过程中对于相位差只是规定了一个范围使得快速切换的成功率低导致因快速切换失败引起的负载母线断电事故可能性大的问题，提高了电源快速切换的成功率，减少了因快速切换失败引起的负载母线断电事故。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是相关技术中电源切换系统接线的示意图；

图2是根据本发明实施例的电源切换方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的工作电源失电后母线残压极坐标的示意图；

图4是根据本发明实施例的备用电源合上后系统等值阻抗的示意图；

图5是根据本发明实施例的差拍电压向量的示意图；

图6是根据本发明实施例的电源切换装置的框图；

图7是根据本发明优选实施例的电源切换装置的框图一

图8是根据本发明优选实施例的电源切换装置的框图二。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

实施例1

本实施例提供了一种电源切换方法，图2是根据本发明实施例的电源切换方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤s202，获取预先确定的合闸相位差，其中，所述合闸相位差是在电动机上所加电压小于或等于预定倍数的电动机额定电压的情况下确定的，所述电动机上所加电压小于差拍电压，所述差拍电压为备用电源的电压与母线残压的矢量电压差，所述母线残压为工作电源开关跳闸后所述备用电源开关合闸前负载母线上的电压；

其中，母线残压与备用电源电压矢量差为差拍电压，加在系统阻抗xs、变压器阻抗xb、母线起动负荷综合电抗xm串联支路上，电动机上所加电压为差拍电压在xm上分压值，合闸相位差是直加在电动机上的电压小于预定倍数的电动机额定电压来确定的。

步骤s204，通过控制所述合闸相位差控制电源在预定时间内从所述工作电源切换到所述备用电源。

上述的预定时间可以为100毫秒左右，从而实现快速地电源切换。

通过上述步骤，获取预先确定的合闸相位差，其中，所述合闸相位差是在电动机上所加电压小于或等于预定倍数的电动机额定电压的情况下确定的；通过控制所述合闸相位差控制电源在预定时间内从所述工作电源切换到所述备用电源，因此，可以解决相关技术中电源快速切换过程中对于相位差只是规定了一个范围使得快速切换的成功率低导致因快速切换失败引起的负载母线断电事故可能性大的问题，提高了电源快速切换的成功率，减少了因快速切换失败引起的负载母线断电事故。

可选地，在获取预先确定的合闸相位差之前，根据所述电动机上所加电压、残压、所述备用电源的电压确定所述合闸相位差，其中，所述母线残压为所述工作电源开关跳闸后所述备用电源开关合闸前负载母线上的电压；保存所述合闸相位差。

可选地，根据所述电动机上所加电压、残压、所述备用电源的电压确定所述合闸相位差具体可以包括：根据所述电动机上所加电压确定差拍电压，其中，所述差拍电压为所述备用电源的电压与所述母线残压的矢量电压差；根据所述差拍电压确定合闸极限相位差；根据所述合闸极限相位差与合闸期间产生的相位差确定所述合闸相位差。

进一步地，通过以下公式根据所述电动机上所加电压确定差拍电压δu：

uddj≤1.1u

其中，所述uddj为所述电动机上所加电压，所述u为所述电动机额定电压，所述xs为备用电源侧的系统电抗，所述xb为备用变压器电抗，所述xm为负载母线起动负荷综合电抗，所述δu加在所述xs、所述xb、所述xm上。

进一步地，根据所述差拍电压确定合闸极限相位差可以包括：

检测所述母线残压ucy；

获取所述备用电源的电压us；

通过以下公式确定所述合闸极限相位差δhjx：

进一步地，根据所述合闸极限相位差与合闸期间产生的相位差确定所述合闸相位差包括：

通过以下公式确定合闸期间产生的相位差δht：δht＝360×δf×tht，其中，δf为合闸允许频差，一般δf取值为2.0--3.0hz；tht为备用开关实际合闸时间；

通过以下公式确定所述合闸相位差δhx：δhx＝δhjx-δht。

如图1所示，1dl为工作电源开关，2dl为备用电源开关，d1、d2----dn为负载母线上所接电动机群，b1、b2---bn为负载母线上所接降压变压器群。图3是根据本发明实施例的工作电源失电后母线残压极坐标的示意图如图3所示，us为备用电源电压矢量，ucy为工作电源开关跳闸后，备用电源开关合上前负载母线上所接电动机群组的反馈变频电压矢量，δu为us与ucy矢量差电压(也叫差拍电压)。

为实现快速切换，主要就是要对工作母线残压与备用电源电压的频率差及其相位差进行整定，整定依据是根据备用电源合上瞬间，差拍电压加到电动机上，电动机自启动时端电压不超过1.1倍电动机额定电压为条件整定计算合闸相位差的。图4是根据本发明实施例的备用电源合上后系统等值阻抗的示意图，如图4所示，xs为备用电源侧系统电抗，xb为备用变压器电抗，xm为负载母线起动负荷综合电抗。合闸相位差整定是按先求出合闸极限相位差δhjx，再减去合闸过程中开关合闸时间所经历的角度δht确定最终合闸相位差δhx，根据以下公式计算合闸极限相位差：

其中，计算假设条件为工作开关失电跳开，备用电源开关合闸瞬间，其负载母线残压ucy幅值不变并等于负载母线失电前的额定电压(与us幅值相同)，并且计算时认为全部差拍电压都加在电动机上，计算依据是按全部差拍电压不超1.1倍电动机额定电压计算，图5是根据本发明实施例的差拍电压向量的示意图，如图5所示，实际上，差拍电压是加在xs、xb、xm串联支路上的，电动机上所加差拍电压为xm在该支路分压，合闸极限相位差δhjx计算依据是加在电动机上差拍电压不超过1.1倍额定电压。

δht＝360×δf×tht

δf为合闸允许频差，tht为备用开关固有合闸时间，单位为毫秒，需实测。

本发明实施例提供的双电源同期切换相位差整定方法，根据备用电源系统阻抗(与所接系统容量大小有关)，备用变压器电抗(与变压器容量、短路电抗等有关)，负载母线所接电动机群自启动电动机容量，负载母线所接变压器群自启动变压器容量，按等值电抗(图4所示)，计算加在电动机上的电压并使其不超过电动机1.1额定电压整定合闸极限相位差δhjx，计算上，也一并考虑合闸瞬间母线残压衰减。在确保切换时电动机不因合闸冲击电流大而损坏的前提下，通过科学、合理的整定合闸相位差δhx，提高快速切换成功率，减少或杜绝因快速切换失败引起的负载母线断电事故。

工作电源跳闸后，负载母线上所接电动机群产生的变频反馈电压(用残压ucy表示)随时间幅值和频率都在衰减，幅值衰减的大小和频率下降的速度与负载母线所接电动机群电动机总容量大小、变压器群总容量大小有关，如某300mw机组负载母线失压0.1秒时，母线残压衰减为额定电压的85％左右，频率衰减为48hz左右。负载母线失压0.2秒时，母线残压衰减为额定电压的75％左右，频率衰减为47hz左右。其幅值衰减变化如图3所示，us为备用电源电压矢量，可以认为其不衰减，其标幺值为1。ucy为母线残压，δu为us与ucy矢量电压差。当备用电源开关合闸瞬间，δu加在系统电抗xs、备用变压器电抗xb、负载母线起动负荷综合电抗xm串联支路上的，等值电路如图4所示，电动机上所加电压为：

为保证电动机安全自启动，应限制uddj不大于1,1倍电动机额定电压，即

假设电动机额定电压等于负载母线额定电压，也等于备用电源电压，其标幺值为1，按前述分析，δu为us与ucy矢量电压差，δu、us、ucy矢量图如图5所示，us、ucy夹角即为合闸极限相位差δhjx，δu、us、ucy为一个不等边三角形，依标幺值表示三边长度，ucy取工作开关跳开至备用开关合闸这段时间，负载母线残压实际值，可以实测。一般快速切换时间不大于0.2秒时其值可近视取0.75至0.8倍额定电压，用标幺值表示其值为0.75至0.8，按余玄定理：即可求出合闸极限相位差δhjx。

计算上，由于备用电源高压侧电压与负载母线电压不同，对于上述计算中的电抗也采用归算至同一基准下的标幺值进行计算，电抗计算中取基准容量为sj，则

sj1为电网给xs标幺值用到的计算基准容量。备用变标幺电抗为：

sb为备用变额定容量，uk％为备用变压器短路电抗，对于分裂变压器为半穿越电抗。

计算出合闸极限相位差δhjx及由开关固有合闸时间产生的角度δht后，合闸相位差δhx为δhjx与δht之差。

相对于现行技术标准给出的相位差小于20--40度，本发明实施例根据不同系统参数、备用变压器参数及负载母线电动机、变压器群大小，可定量计算出相位差，该值随负载母线电动机群大小，变压器群大小及系统参数，备用变压器参数的不同，相位差也不同。

在一个可选的实施例中，计算合闸相位差时，负载母线残压按备用开关合闸时刻实际母线残压取值。同时，计算合闸极限相位差δhjx所用到的差拍电压不是取us、ucy电压矢量差，而是上述矢量差电压分压加在负载母线电动机群上的电压(此电压不超过电动机额定电压1.1倍)，相比而言，在保证安全的前提下，采用计算合闸相位差较已有技术计算合闸相位差计算，合闸相位差允许值变大，快切成功率提高。

按快速切换原理，首先计算出系统电抗xs、变压器电抗xb、负载母线起动负荷综合电抗xm，按图4所示的等值电路图，计算出备用电源电压us与负载母线ucy矢量差电压，计算出加在电动机群上电压并按使其不超1.1倍电动机额定电压，利用余弦定理计算合闸极限相位差δhjx。实测备用开关合闸时间，计算由开关固有合闸时间产生的角度δht。合闸相位差δhx为δhjx与δht之差。

在一个可选的实施例中，为简化计算，备用开关合闸时，负载母线残压ucy可按不衰减计算(为额定电压)，其标幺值为1，这样，计算合闸极限相位差δhjx由于us、ucy模值相同，合闸极限相位差δhjx可近视按半角公式计算。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是计算机，服务器等)执行本发明各个实施例所述的方法。

实施例2

在本实施例中还提供了一种电源切换装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图6是根据本发明实施例的电源切换装置的框图，如图6所示，包括：

获取模块62，用于获取预先确定的合闸相位差，其中，所述合闸相位差是在电动机上所加电压小于或等于预定倍数的电动机额定电压的情况下确定的，所述电动机上所加电压小于差拍电压，所述差拍电压为备用电源的电压与母线残压的矢量电压差，所述母线残压为工作电源开关跳闸后所述备用电源开关合闸前负载母线上的电压；

切换模块64，用于通过控制所述合闸相位差控制电源在预定时间内从所述工作电源切换到所述备用电源。

图7是根据本发明优选实施例的电源切换装置的框图一，如图7所示，所述装置还包括：

确定模块72，用于根据所述备用电源的电压、所述母线残压、所述电动机上所加电压确定所述合闸相位差；

保存模块74，用于保存所述合闸相位差。

图8是根据本发明优选实施例的电源切换装置的框图二，如图8所示，所述确定模块72包括：

第一确定单元82，用于根据所述电动机上所加电压确定差拍电压；

第二确定单元84，用于根据所述差拍电压确定合闸极限相位差；

第三确定单元86，用于根据所述合闸极限相位差与合闸期间产生的相位差确定所述合闸相位差。

可选地，所述第一确定单元82，还用于通过以下公式根据所述电动机上所加电压确定差拍电压δu：

uddj≤1.1u

其中，所述u为电动机额定电压，所述xs为备用电源侧的系统电抗，所述xb为备用变压器电抗，所述xm为负载母线起动负荷综合电抗，所述δu加在所述xs、所述xb、所述xm上。

可选地，所述第二确定单元84，还用于

检测所述母线残压ucy；

获取所述备用电源的电压us；

通过以下公式确定所述合闸极限相位差δhjx：

其中，为电动机功率因数。

可选地，所述第三确定单元86，还用于

通过以下公式确定合闸期间产生的相位差δht：δht＝360×δf×tht，其中，δf为合闸允许频差；tht为备用开关固有合闸时间；

通过以下公式确定所述合闸相位差δhx：δhx＝δhjx-δht。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

实施例3

本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：

s11，获取预先确定的合闸相位差，其中，所述合闸相位差是在电动机上所加电压小于或等于预定倍数的电动机额定电压的情况下确定的，所述电动机上所加电压小于差拍电压，所述差拍电压为备用电源的电压与母线残压的矢量电压差，所述母线残压为工作电源开关跳闸后所述备用电源开关合闸前负载母线上的电压；

s12，通过控制所述合闸相位差控制电源在预定时间内从所述工作电源切换到所述备用电源。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：u盘、只读存储器(read-onlymemory，简称为rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，简称为ram)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

实施例4

本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

s11，获取预先确定的合闸相位差，其中，所述合闸相位差是在电动机上所加电压小于或等于预定倍数的电动机额定电压的情况下确定的，所述电动机上所加电压小于差拍电压，所述差拍电压为备用电源的电压与母线残压的矢量电压差，所述母线残压为工作电源开关跳闸后所述备用电源开关合闸前负载母线上的电压；

s12，通过控制所述合闸相位差控制电源在预定时间内从所述工作电源切换到所述备用电源。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。