能量密度和很高的充放电速度，而且具有控制简单、转换效率高、无污染和工作温度范围广等优点，这些优点使超级电容器适用于短期的大功率充放电。考虑到柴油发电机的启动时间较长，将超级电容器作为过渡性电源，超级电容通过双向换流器连接至固态切换开关。发生故障后能够迅速地调节超级电容输出电压，并控制SSTS将负载切换至超级电容，保证对敏感负载供电的连续性，等待柴油发电机输出电压满足要求后，再将负载切换到柴油发电机组。
[0017]为了减少故障检测所消耗的时间，SSTS需要采用更加快速先进的算法才能提高切换速度。目前电压暂降检测的算法有很多，应用比较多的有电压峰值检测法、傅里叶变换法、小波变换法和dq变换法等，具体实施时，本领域技术人员可根据需要选择使用。其中dq变换法的实时性和可靠性高，可以满足SSTS对电压暂降检测的要求。因此，本发明经过实验对比，进一步提出采用dq变换法进行电压暂降检测，所述固态切换开关根据检测结果进行切换。
[0018]SSTS切换控制策略主要有两种:过零切换(BBM)和强迫切换(MBB)，过零切换是指主电源侧晶闸管完全关断后再触发备用侧晶间管的切换方式，一般设定过零门槛电流在额定电流的0.5%以下，过零切换控制方式比较简单，可以很好地防止环流发生，但切换时间相对较长，通常在半个周波左右。为了实现无缝隙切换，本发明进一步提出固态切换开关的切换采用强迫切换策略。
[0019]图2是本发明实施例的故障情况下由SSTS第一次切换所得到的负载电压波形图。3#电源实时跟踪1#电源电压的幅值和相位，在时间i=l.255s时1kv母线发生三相短路故障，敏感负载快速从1#电源切换到3#电源，可以看出整个切换过程持续4.5ms，切换后敏感负荷的电压满足要求。
[0020]本发明进一步提出，通过固态切换开关切换至备用电源的实现方式为，检测到故障后立即启动备用电源，调节备用电源使其输出电压稳定且与过渡电源电压一致，等待过渡电源线路上的A、B和C相电流过零点，分相将敏感负荷从过渡电源无缝隙切换至备用电源。图3是本发明实施例的故障情况下由SSTS第二次切换所得到的负载电压波形图。假设发电机的启动时间为10s，检测到故障后立即启动柴油发电机组，调节发电机组使其输出电压稳定且与3#电源电压一致。在时间i=12s开始，等待3#电源线路上的A、B和C相电流过零点，分相将敏感负荷从3#电源无缝隙切换至2#柴油发电机组，第二次切换后敏感负荷的电压仍然满足要求。
[0021]图2、3中，电压的幅值为V_laod，三相相位分别为PhaseA、PhaseB、PhaseC。
[0022]可见，本发明实施例采用了基于晶闸管和快速开关的复合开关，这种开关发挥了机械开关和晶闸管的优点，在正常运行时没有导通损耗，与机械开关有一样的效率；采用了dq电压暂降检测方法和强迫切换策略，在故障情况下能将快速将敏感负荷切换至备用电源；提出了在柴油发电机作为备用电源的情况下，用超级电容器作为过渡性电源，弥补了柴油发电机的缺点。该方案尤其适用于配网系统发生大停电事故的情况下，利用柴油发电机作为备用电源给敏感负载供电。本发明方案对改善电能质量、提高供电的可靠性和连续性具有重要意义，对保障社会经济生产安全、提高人民的生活水平有较高的实际价值和良好的应用前景。
[0023]以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴之内，应由各权利要求限定。
【主权项】
1.一种基于超级电容的备用电源快速投切系统，包括电网的主电源和备用电源，其特征在于:设置过渡电源、双向换流器和固态切换开关，过渡电源的输出经双向换流器连接到固态切换开关，所述过渡电源采用超级电容器，所述固态切换开关包括反并联晶闸管阀和快速机械开关并联的复合结构；主电源、备用电源和过渡电源的输出并联后送至固态切换开关，经由固态切换开关的选择后向敏感负荷供电，包括正常运行时由主电源供电，主电源发生故障后通过固态切换开关切换至过渡电源，等待备用电源的输出电压满足要求后再通过固态切换开关切换至备用电源。2.根据权利要求1所述基于超级电容的备用电源快速投切系统，其特征在于:所述主电源为变电站的母线。3.根据权利要求1所述基于超级电容的备用电源快速投切系统，其特征在于:所述备用电源为柴油发电机。4.根据权利要求1或2或3所述基于超级电容的备用电源快速投切系统，其特征在于:采用dq变换法进行电压暂降检测，所述固态切换开关根据检测结果进行切换。5.根据权利要求1或2或3所述基于超级电容的备用电源快速投切系统，其特征在于:固态切换开关的切换采用强迫切换策略。
【专利摘要】一种基于超级电容的备用电源快速投切系统，包括电网的主电源和备用电源，设置过渡电源、双向换流器和固态切换开关，过渡电源的输出经双向换流器连接到固态切换开关，所述过渡电源采用超级电容器，所述固态切换开关包括反并联晶闸管阀和快速机械开关并联的复合结构；主电源、备用电源和过渡电源的输出并联后送至固态切换开关，经由固态切换开关的选择后向敏感负荷供电，包括正常运行时由主电源供电，主电源发生故障后通过固态切换开关切换至过渡电源，等待备用电源的输出电压满足要求后再通过固态切换开关切换至备用电源。该发明方案适用性广，尤其适用于配网利用柴油发电机作为备用电源的情况，能够改善电能质量、提高供电的可靠性和连续性。
【IPC分类】H02J9/04
【公开号】CN105656180
【申请号】
【发明人】王永新, 王斌, 李晋峰, 王立东, 钱江
【申请人】国家电网公司, 国网山西省电力公司运城供电公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年4月14日