一种基于固态开关的配网中压负荷无缝切换装置的制作方法

本实用新型属于电网电压调控技术领域，特别涉及一种基于固态开关的配网中压负荷无缝切换装置。

背景技术：

随着电力系统的发展，电网越来越复杂，电源和负荷种类越来越多，供电可靠性问题日益突出。供电可靠性是指供电系统向用户持续提供质量合格的电能的能力，是考核供电系统电能质量的重要指标，反映了电力工业对国民经济电能需求的满足程度，已经成为衡量一个国家经济发达程度的标准之一。2009年国家电网提出建设坚强智能电网概念，指出“坚强智能电网是安全可靠、经济高效、清洁环保、透明开放和友好互动的电网”。供电可靠性作为供电质量的一个方面，被列为坚强智能电网的特征和建设目标，已受到越来越多的重视。随着高新技术产业和大型工业企业的发展，高精度仪表，半导体工业以及大型工矿企业等工业负荷对供电可靠性要求日益增高。特别是涉及到国计民生的重要大型工业企业，比如钢铁企业，对供电可靠性提出了更高的要求，对于重要工业负荷，短时间停电或者几个周波的电压跌落都有可能导致劣质产品，严重情况下导致生产线瘫痪，给企业和社会造成重大损失。

对于医院、机场、大型生产线、银行、高层建筑、军事设施等重要用电场所，为了保证大容量重要负荷的可靠供电，常采用主、备两路独立电源供电模式。因此有必要研究电源之间的高可靠快速无缝切换技术。自动转换开关(Automatic Transfer Switching Equipment，ATSE)是实现电源之间切换的有效手段，是提高大型工业企业负荷供电可靠性的重要措施之一。自动转换开关是由一个(或几个)转换开关电器和其他必需的电器组成，用于检测电源电路，并将一个或多个负载电路从一个电源自动转换到另一个电源的电器，已经被广泛应用在各种敏感工业负荷。对于大容量工业负荷，自动转换开关成本较低，工作可靠，是解决供电可靠性问题的重要手段。

目前，市场上已经有较多不同型号的自动转换开关，这些自动转换开关一定程度上满足了负荷在常用电源与备用电源之间切换的需求。但是，随着电力系统的发展，对供电可靠性要求越来越高，设计高可靠快速无缝切换的自动转换开关是一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型基于电力电子固态开关的中压负荷无缝切换装置，通过使用全控型电力电子器件，有效提高自动转换开关的切换速度，实现负荷无缝切换，并且切换过程无电弧产生，寿命和可靠性也将得到大幅提升。

本实用新型具体为一种基于固态开关的配网中压负荷无缝切换装置，所述配网中压负荷无缝切换装置包括工作电源、第一传感器、第一固态开关、备用电源、第二传感器、第二固态开关、智能微处理器控制系统、第三传感器和用电设备，所述工作电源通过所述第一传感器连接到所述第一固态开关，所述备用电源通过所述第二传感器连接到所述第二固态开关，所述第一固态开关和所述第二固态开关还连接到所述第三传感器，所述第三传感器连接到所述用电设备，所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器还连接到所述智能微处理器控制系统，所述第一固态开关和所述第二固态开关还与所述智能微处理器控制系统双向连接，所述智能微处理器控制系统发送触发脉冲至所述第一固态开关和所述第二固态开关以控制所述第一固态开关和所述第二固态开关的通断，所述第一固态开关和所述第二固态开关将状态信息反馈至所述智能微处理器控制系统，所述智能微处理器控制系统还与远程计算机和联络开关双向连接，所述智能微处理器控制系统包括微控制器、开关量输入电路、开关量输出电路、模数转换电路、键盘、液晶显示器、电源、控制器局域网总线接口以及触发信号光纤接口电路；正常状态下，第二固态开关处于断开状态，当所述智能微处理器控制系统检测到所述工作电源故障时，发出控制指令给所述第一固态开关和所述第二固态开关使得所述第一固态开关断开且所述第二固态开关导通，同时所述第一固态开关和所述第二固态开关将状态信息反馈回所述智能微处理器控制系统。

进一步的，所述第一固态开关和所述第二固态开关包括主开关、辅助开关、晶闸管开关、检测电路、控制单元和避雷器，所述检测电路、所述晶闸管开关和所述辅助开关依次顺序连接，所述主开关并联连接在所述晶闸管开关和所述辅助开关的两端，所述避雷器并联连接在所述晶闸管开关和所述辅助开关的两端，所述检测电路连接到所述控制单元，所述控制单元还连接到所述主开关、所述辅助开关和所述晶闸管开关以对所述主开关、所述辅助开关和所述晶闸管开关的通断进行控制。

进一步的，所述主开关和所述辅助开关为IGBT或IGCT。

进一步的，所述第一固态开关和所述第二固态开关包括主开关、检测电路、控制单元和避雷器，所述检测电路与所述主开关连接，所述避雷器并联连接在所述主开关两端，所述检测电路还连接到所述控制单元，所述控制单元还连接到所述主开关以对所述主开关的通断进行控制。

进一步的，所述主开关为IGBT或IGCT。

进一步的，固态开关的关断过程具体为：

(1)当检测到故障电流上升到额定值的1.2倍左右时，关断所述辅助开关，电流开始向主回路转移并继续上升；

(2)随着电流转移，辅助支路中的电流逐渐减小，当流过所述晶闸管开关的电流降低到维持电流以下后，所述晶闸管开关关断；

(3)所述晶闸管开关成功关断后，能够承受1.5倍过电压，当检测到辅助支路中电流为零时，主回路开关断开，关断电压过冲由所述晶闸管开关承受，电流开始向避雷器支路转移并逐渐下降；

(4)故障电流在避雷器中的衰减时间为2ms，电流减小到零时，固态开关完成一次成功的关断。

附图说明

图1为本实用新型一种基于固态开关的配网中压负荷无缝切换装置的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例的固态开关组成示意图；

图3为本实用新型第二实施例的固态开关组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型一种基于固态开关的配网中压负荷无缝切换装置的具体实施方式做详细阐述。

如图1所示，所述配网中压负荷无缝切换装置包括工作电源、第一传感器、第一固态开关、备用电源、第二传感器、第二固态开关、智能微处理器控制系统、第三传感器和用电设备，所述工作电源通过所述第一传感器连接到所述第一固态开关，所述备用电源通过所述第二传感器连接到所述第二固态开关，所述第一固态开关和所述第二固态开关还连接到所述第三传感器，所述第三传感器连接到所述用电设备，所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器还连接到所述智能微处理器控制系统，所述第一固态开关和所述第二固态开关还与所述智能微处理器控制系统双向连接，所述智能微处理器控制系统发送触发脉冲至所述第一固态开关和所述第二固态开关以控制所述第一固态开关和所述第二固态开关的通断，所述第一固态开关和所述第二固态开关将状态信息反馈至所述智能微处理器控制系统，所述智能微处理器控制系统还与远程计算机和联络开关双向连接，所述智能微处理器控制系统包括微控制器、开关量输入电路、开关量输出电路、模数转换电路、键盘、液晶显示器、电源、控制器局域网总线接口以及触发信号光纤接口电路；正常状态下，第二固态开关处于断开状态，当所述智能微处理器控制系统检测到所述工作电源故障时，发出控制指令给所述第一固态开关和所述第二固态开关使得所述第一固态开关断开且所述第二固态开关导通，同时所述第一固态开关和所述第二固态开关将状态信息反馈回所述智能微处理器控制系统。

如图2所示，本实用新型的第一实施例中所述第一固态开关和所述第二固态开关包括主开关、辅助开关、晶闸管开关、检测电路、控制单元和避雷器，所述检测电路、所述晶闸管开关和所述辅助开关依次顺序连接，所述主开关并联连接在所述晶闸管开关和所述辅助开关的两端，所述避雷器并联连接在所述晶闸管开关和所述辅助开关的两端，所述检测电路连接到所述控制单元，所述控制单元还连接到所述主开关、所述辅助开关和所述晶闸管开关以对所述主开关、所述辅助开关和所述晶闸管开关的通断进行控制。所述主开关和所述辅助开关为IGBT或IGCT。

如图3所示，本实用新型的第二实施例中，所述第一固态开关和所述第二固态开关包括主开关、检测电路、控制单元和避雷器，所述检测电路与所述主开关连接，所述避雷器并联连接在所述主开关两端，所述检测电路还连接到所述控制单元，所述控制单元还连接到所述主开关以对所述主开关的通断进行控制。所述主开关为IGBT或IGCT。

固态开关的关断过程具体为：

(5)当检测到故障电流上升到额定值的1.2倍左右时，关断所述辅助开关，电流开始向主回路转移并继续上升；

(6)随着电流转移，辅助支路中的电流逐渐减小，当流过所述晶闸管开关的电流降低到维持电流以下后，所述晶闸管开关关断；

(7)所述晶闸管开关成功关断后，能够承受1.5倍过电压，当检测到辅助支路中电流为零时，主回路开关断开，关断电压过冲由所述晶闸管开关承受，电流开始向避雷器支路转移并逐渐下降；

(8)故障电流在避雷器中的衰减时间为2ms，电流减小到零时，固态开关完成一次成功的关断。

最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本实用新型的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。