一种双母线供电快速切换装置及其控制方法与流程

本发明涉及一种双母线供电快速切换装置及其控制方法，涉及电力系统供配电领域。

背景技术

一般负荷要求较高的场合均需要双母线供电，当一段母线故障后，要求另一段母线可支撑两段母线的所有负载。如图1所示，为现有技术中典型的双母线供电变电站（配10台变压器）的接线示意图，包括母线ⅰ、母线ⅱ、第一变压器组tⅰ和第二变压器组tⅱ；第一变压器组tⅰ的首端连接到母线ⅰ，第二变压器组tⅱ的首端连接到母线ⅱ；图1为配备有10台10kv-400v变压器的双母线供电变电站接线示意图，在图1的图示中，母线ⅰ连接有5台变压器，tⅰ-1、tⅰ-2、tⅰ-3、tⅰ-4和tⅰ-5；母线ⅱ连接有5台变压器，tⅱ-1、tⅱ-2、tⅱ-3、tⅱ-4和tⅱ-5；第一变压器组tⅰ连接的5台变压器，末端一一对应连接有开关k400_ⅰ1、k400_ⅰ2、k400_ⅰ3、k400_ⅰ4和k400_ⅰ5；第二变压器组tⅱ的5台变压器，末端一一对应连接有开关k400_ⅱ1、k400_ⅱ2、k400_ⅱ3、k400_ⅱ4和k400_ⅱ5；第一变压器组tⅰ连接的5台变压器的末端和第二变压器组tⅱ的5台变压器的末端一一对应相连，且连线上分别一一对应设置有开关k400_1、k400_2、k400_3、k400_4和k400_5。

两段母线均需要定期巡检，巡检之间需要将巡检线路上的负荷切换到另外一条线路，目前切换过程，如变压器tⅰ-1下的负载供电从tⅰ-1转换为tⅱ-1时，先断开开关k400_ⅰ1，再闭合开关k400_1，一方面，由于2组变压器供电电压来自2条母线，其输出电压的幅值和相位不同，会造成很大的环流，另一方面，会造成负荷供电的短时间中断，对一些重要负荷造成供电损失。

技术实现要素：

本发明要提供了一种双母线供电快速切换装置及方法，具有供电质量及稳定性更高的特点。

根据本发明提供的一种双母线供电快速切换装置，其特征在于，包括双母线快切装置，设置在第一变压器组tⅰ中的变压器末端和的第二变压器组tⅱ中的变压器末端之间，包括主控器、第一组变压器切换开关、第二组变压器切换开关、限流电抗器和双向变流器；所述第一变压器组tⅰ设置在母线i下面，第二变压器组tⅱ设置在母线ⅱ下面；

所述第一组变压器切换开关包括至少一个变压器切换开关，一端与第一变压器组tⅰ中的变压器末端相连，另一端分别连接双向变流器和限流电抗器；所述第一组变压器切换开关中的变压器切换开关与第一变压器组tⅰ中的变压器为一一对应关系；

所述第二组变压器切换开关包括至少一个变压器切换开关，一端与母线ⅱ下面的第二变压器组tⅱ中的变压器末端相连，另一端分别连接双向变流器和限流电抗器；所述第二组变压器切换开关中的变压器切换开关与第二变压器组tⅱ中的变压器为一一对应关系；

所述双向变流器和限流电抗器设置于第一组变压器切换开关和第二组变压器切换开关之间；所述第一组变压器切换开关和第二组变压器切换开关中的变压器切换开关为一一对应关系；

所述主控制器，分别与双向变流器和线路电抗器相连；

所述双向变流器为ac/dc/ac双向变流器，能够实现交流到直流再到交流的电能变换，能量能够从左到右也能够从右到左。

所述主控制器又分别与各个变压器切换开关相连。

还包括电压电流采集模块，与主控制器相连，包括第一电压电流采集模块，用于采集第一组变压器切换开关另一端的电压电流信号；第二电压电流采集模块，用于采集第二组变压器切换开关另一端的电压电流信号。

还包括人机交互接口，与主控器相连，作为用户接口接收用户指令。

一种双母线供电快速切换方法，在上述双母线供电快速切换装置的基础上实现，具体方法包括，

初始状态下，即在不需要切换供电母线的状态下，第一组变压器切换开关和第二组变压器切换开关均处于断开状态；

在双母线分段供电状态下，判断是否需要从一个母线供电切换到另一个母线为单独供电，如果是，则进行变压器切换，具体方法包括：

如果需要从第一变压器组中的某一变压器切换到第二变压器组中的相应变压器，则，

步骤1-1，通过主控制器配置双向变流器左右两端工作在并网功率因数补偿模式；

步骤1-2，闭合所述第一变压器组中的某一变压器对应的第一组变压器切换开关中的变压器切换开关；

步骤1-3，控制双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端启动，并输出电流以补偿限流电抗器投入引起的无功电流；

步骤1-4，闭合所述第二变压器组中的相应变压器对应的第二组变压器切换开关中的变压器切换开关；

步骤1-5，控制双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端启动，并输出电流以补偿限流电抗器投入引起的无功电流；

步骤1-6，断开所述第一变压器组中的某一变压器与双母线快切装置的连接；

步骤1-7，通过主控制器配置双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端工作在并网电压补偿模式；

步骤1-8，控制双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端输出的电压以补偿限流电抗器带载造成的电压跌落；

步骤1-9，闭合所述第一变压器组中的某一变压器末端与第二变压器组中的相应变压器末端连线上的开关；

步骤1-10，恢复所述双母线快切装置的初始状态；

如果需要从第二变压器组中的某一变压器切换到第一变压器组中的相应变压器，则，

步骤2-1，通过主控制器配置双向变流器左右两端工作在并网功率因数补偿模式；

步骤2-2，闭合所述第二变压器组中的某一变压器对应的第二组变压器切换开关中的变压器切换开关；

步骤2-3，控制双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端启动，并输出电流以补偿限流电抗器投入引起的无功电流；

步骤2-4，闭合所述第一变压器组中的相应变压器对应的第一组变压器切换开关中的变压器切换开关；

步骤2-5，控制双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端启动，并输出电流以补偿限流电抗器投入引起的无功电流；

步骤2-6，断开所述第二变压器组中的某一变压器与双母线快切装置的连接；

步骤2-7，通过主控制器配置双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端工作在并网电压补偿模式；

步骤2-8，控制双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端输出的电压以补偿限流电抗器带载造成的电压跌落；

步骤2-9，闭合所述第二变压器组中的某一变压器末端与第一变压器组中的相应变压器末端连线上的开关；

步骤2-10，恢复所述双母线快切装置的初始状态。

所述方法还包括，判断是否需要从单一母线单独供电状态恢复到双母线分段供电状态，如果是，则进行变压器切换，具体方法包括：

如果需要从所述第二变压器组中的相应变压器恢复到第一变压器组中的某一变压器供电，则，

步骤1-11，通过主控制器配置双向变流器左右两端工作在并网功率因数补偿模式；

步骤1-12，闭合所述第一变压器组中的某一变压器对应的第一组变压器切换开关中的变压器切换开关；且，闭合所述第二变压器组中的相应变压器对应的第二组变压器切换开关中的变压器切换开关；

步骤1-13，控制双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端启动，并输出电流以补偿限流电抗器投入引起的无功电流；

步骤1-14，控制双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端电流输出为零以不影响当前电网运行；

步骤1-15，断开所述第一变压器组中的某一变压器末端与第二变压器组中的相应变压器末端连线上的开关，配置双向变流器为并网电压补偿模式；

步骤1-16，控制双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端输出的电压以补偿限流电抗器带载造成的电压跌落；

步骤1-17，通过主控制器配置双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端工作在并网电压补偿模式；

步骤1-18，通路所述第一变压器组中的某一变压器与双母线快切装置的连接；

步骤1-19，恢复所述双母线快切装置的初始状态。

所述方法还包括，如果需要从所述第一变压器组中的相应变压器恢复到第二变压器组中的某一变压器供电，则，

步骤2-11，通过主控制器配置双向变流器左右两端工作在并网功率因数补偿模式；

步骤2-12，闭合所述第二变压器组中的某一变压器对应的第二组变压器切换开关中的变压器切换开关；且，闭合所述第一变压器组中的相应变压器对应的第一组变压器切换开关中的变压器切换开关；

步骤2-13，控制双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端启动，并输出电流以补偿限流电抗器投入引起的无功电流；

步骤2-14，控制双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端电流输出为零以不影响当前电网运行；

步骤2-15，断开所述第二变压器组中的某一变压器末端与第一变压器组中的相应变压器末端连线上的开关，配置双向变流器为并网电压补偿模式；

步骤2-16，控制双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端输出的电压以补偿限流电抗器带载造成的电压跌落；

步骤2-17，通过主控制器配置双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端工作在并网电压补偿模式；

步骤2-18，通路所述第二变压器组中的某一变压器与双母线快切装置的连接；

步骤2-19，恢复所述双母线快切装置的初始状态。

所述方法还包括，通过主控制器控制各个变压器切换开关的断开和闭合。

所述方法还包括，通过采集第一组变压器切换开关另一端的电压电流信号，来判断是否需要从母线ⅰ供电切换到母线ⅱ单独供电；通过采集第二组变压器切换开关另一端的电压电流信号，来判断是否需要从母线ⅱ供电切换到母线ⅰ单独供电。

所述方法还包括，通过人机交互接口，向主控制器设置需要设置的工作模式，由主控制器控制完成切换过程。

与现有技术相比，实现了单独供电的状态和双母线分段供电状态的快速切换，解决了现有技术切换过程中负荷短时供电中断的问题，供电质量及稳定性更高。

附图说明

图1为现有技术中典型的双母线供电变电站的接线示意图。

图2为本发明其中一实施方式的双母线供电快速切换装置接线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图2所示的一种双母线供电快速切换装置，包括双母线快切装置，设置在第一变压器组tⅰ（在本具体实施例中，母线ⅰ连接有5台变压器，tⅰ-1、tⅰ-2、tⅰ-3、tⅰ-4和tⅰ-5）中的变压器末端和的第二变压器组tⅱ（在本具体实施例中，母线ⅱ连接有5台变压器，tⅱ-1、tⅱ-2、tⅱ-3、tⅱ-4和tⅱ-5）中的变压器末端之间，包括主控器、第一组变压器切换开关（在本具体实施例中，包括分别与第一组变压器一一对应的开关k400_ⅰ_1、k400_ⅰ_2、k400_ⅰ_3、k400_ⅰ_4和k400_ⅰ_5）、第二组变压器切换开关（在本具体实施例中，包括分别与第二组变压器一一对应的开关k400_ⅱ_1、k400_ⅱ_2、k400_ⅱ_3、k400_ⅱ_4和k400_ⅱ_5）、限流电抗器和双向变流器；所述第一变压器组tⅰ设置在母线i下面，第二变压器组tⅱ设置在母线ⅱ下面；

所述第一组变压器切换开关包括至少一个变压器切换开关，一端与第一变压器组tⅰ中的变压器末端相连，另一端分别连接双向变流器和限流电抗器；所述第一组变压器切换开关中的变压器切换开关与第一变压器组tⅰ中的变压器为一一对应关系；

所述第二组变压器切换开关包括至少一个变压器切换开关，一端与母线ⅱ下面的第二变压器组tⅱ中的变压器末端相连，另一端分别连接双向变流器和限流电抗器；所述第二组变压器切换开关中的变压器切换开关与第二变压器组tⅱ中的变压器为一一对应关系；

所述双向变流器和限流电抗器设置于第一组变压器切换开关和第二组变压器切换开关之间；所述第一组变压器切换开关和第二组变压器切换开关中的变压器切换开关为一一对应关系；

所述主控制器，分别与双向变流器和线路电抗器相连；

所述双向变流器为ac/dc/ac双向变流器，能够实现交流到直流再到交流的电能变换，能量能够从左到右也能够从右到左。

在本具体实施例中，如图2所示，为在典型双母线供电变电站（配备10台变压器）接线的基础上，设置双母线快切装置；相匹配的，所述双母线快切装置为400v双母线快切装置；第一变压器组tⅰ连接的5台变压器，末端一一对应连接有开关k400_ⅰ1、k400_ⅰ2、k400_ⅰ3、k400_ⅰ4和k400_ⅰ5；第二变压器组tⅱ连接的5台变压器，末端一一对应连接有开关k400_ⅱ1、k400_ⅱ2、k400_ⅱ3、k400_ⅱ4和k400_ⅱ5；第二变压器组tⅱ的末端和第一变压器组tⅰ连接的末端连线上分别一一对应设置有开关k400_1、k400_2、k400_3、k400_4和k400_5。

其中，主控制器能够控制ac/dc/ac双向变流器的工作状态；限流电抗器实现需要切换的两台变压器的合环运行，限制环流，切换过程中为切除变压器的回路提供有功功率。ac/dc/ac双向变流器实现交流到直流再到交流的电能变换，能量可从左到右也可从右到左，包括并网功率因数补偿模式和并网电压补偿模式，直连变压器输出的端口运行于并网功率因数补偿模式，用于补偿电流电抗器投入引起的无功电流，通过限流电抗器连接变压器的端口运行于并网电压补偿模式，用于补偿由于限流电抗器投入引起的电压跌落。

本发明方案的双母线供电快速切换装置能够便于实现单独供电的状态和双母线分段供电状态的快速切换，进而解决现有技术切换过程中负荷短时供电中断的问题，使供电质量及稳定性更高。

作为本发明的一种实施方式，所述主控制器又分别与各个变压器切换开关相连，可以用于采集各个变压器切换开关的开关状态并进行控制。

作为本发明的一种实施方式，还包括电压电流采集模块，与主控制器相连，包括第一电压电流采集模块，用于采集第一组变压器切换开关另一端的电压电流信号；第二电压电流采集模块，用于采集第二组变压器切换开关另一端的电压电流信号。

作为本发明的一种实施方式，还包括人机交互接口，与主控器相连，作为用户接口接收用户指令。

一种双母线供电快速切换方法，在上述双母线供电快速切换装置的基础上实现，具体方法包括，

初始状态下，即在不需要切换供电母线的状态下，第一组变压器切换开关和第二组变压器切换开关均处于断开状态；

在双母线分段供电状态下，判断是否需要从一个母线供电切换到另一个母线为单独供电，如果是，则进行变压器切换，具体方法包括：

如果需要从第一变压器组中的某一变压器切换到第二变压器组中的相应变压器，则，

步骤1-1，通过主控制器配置双向变流器左右两端工作在并网功率因数补偿模式；

步骤1-2，闭合所述第一变压器组中的某一变压器（以变压器tⅰ-1为例）对应的第一组变压器切换开关中的变压器切换开关（k400_ⅰ_1）；

步骤1-3，控制双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端（即左端）启动，并输出电流以补偿限流电抗器投入引起的无功电流；

步骤1-4，闭合所述第二变压器组中的相应变压器（tⅱ-1）对应的第二组变压器切换开关中的变压器切换开关（k400_ⅱ_1）；

步骤1-5，控制双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端（即右端）启动，并输出电流以补偿限流电抗器投入引起的无功电流；

步骤1-6，断开所述第一变压器组中的某一变压器（tⅰ-1）与双母线快切装置的连接；

步骤1-7，通过主控制器配置双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端（即左端）工作在并网电压补偿模式；

步骤1-8，控制双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端（即左端）输出的电压以补偿限流电抗器带载造成的电压跌落；

步骤1-9，闭合所述第一变压器组中的某一变压器末端与第二变压器组中的相应变压器末端连线上的开关（k400_1）；

步骤1-10，恢复所述双母线快切装置的初始状态；

步骤1-9完成后，表明负荷切换成功，人机交互接口通知用户负荷切换成功。

如果需要从第二变压器组中的某一变压器切换到第一变压器组中的相应变压器，则，

步骤2-1，通过主控制器配置双向变流器左右两端工作在并网功率因数补偿模式；

步骤2-2，闭合所述第二变压器组中的某一变压器对应的第二组变压器切换开关中的变压器切换开关；

步骤2-3，控制双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端（即右端）启动，并输出电流以补偿限流电抗器投入引起的无功电流；

步骤2-4，闭合所述第一变压器组中的相应变压器对应的第一组变压器切换开关中的变压器切换开关；

步骤2-5，控制双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端（即左端）启动，并输出电流以补偿限流电抗器投入引起的无功电流；

步骤2-6，断开所述第二变压器组中的某一变压器与双母线快切装置的连接；

步骤2-7，通过主控制器配置双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端（即右端）工作在并网电压补偿模式；

步骤2-8，控制双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端（即右端）输出的电压以补偿限流电抗器带载造成的电压跌落；

步骤2-9，闭合所述第二变压器组中的某一变压器末端与第一变压器组中的相应变压器末端连线上的开关；

步骤2-10，恢复所述双母线快切装置的初始状态。

步骤2-9完成后，表明负荷切换成功，人机交互接口通知用户负荷切换成功。

在本发明方案中，双母线切换过程中，电网短时中断后负荷由限流电抗器和双向变流器同时供电，双向变流器在并网功率因数补偿模式和并网电压补偿模式之间切换运行，实现双母线的快速切换，且解决了现有技术切换过程中负荷短时供电中断的问题，使供电质量及稳定性更高。

作为本发明的一种实施方式，所述方法还包括，判断是否需要从单一母线单独供电状态恢复到双母线分段供电状态，如果是，则进行变压器切换，具体方法包括：

如果需要从所述第二变压器组中的相应变压器恢复到第一变压器组中的某一变压器供电，则，

步骤1-11，通过主控制器配置双向变流器左右两端工作在并网功率因数补偿模式；

步骤1-12，闭合所述第一变压器组中的某一变压器对应的第一组变压器切换开关中的变压器切换开关；且，闭合所述第二变压器组中的相应变压器对应的第二组变压器切换开关中的变压器切换开关；

步骤1-13，控制双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端（即右端）启动，并输出电流以补偿限流电抗器投入引起的无功电流；

步骤1-14，控制双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端（即左端）电流输出为零以不影响当前电网运行；

步骤1-15，断开所述第一变压器组中的某一变压器末端与第二变压器组中的相应变压器末端连线上的开关，配置双向变流器为并网电压补偿模式；

步骤1-16，控制双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端（即左端）输出的电压以补偿限流电抗器带载造成的电压跌落；

步骤1-17，通过主控制器配置双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端（即左端）工作在并网电压补偿模式；

步骤1-18，通路所述第一变压器组中的某一变压器与双母线快切装置的连接；

步骤1-19，恢复所述双母线快切装置的初始状态。

步骤1-18完成后，表明负荷切换成功，人机交互接口通知用户负荷切换成功。

作为本发明的一种实施方式，所述方法还包括，如果需要从所述第一变压器组中的相应变压器恢复到第二变压器组中的某一变压器供电，则，

步骤2-11，通过主控制器配置双向变流器左右两端工作在并网功率因数补偿模式；

步骤2-12，闭合所述第二变压器组中的某一变压器对应的第二组变压器切换开关中的变压器切换开关；且，闭合所述第一变压器组中的相应变压器对应的第一组变压器切换开关中的变压器切换开关；

步骤2-13，控制双向变流器靠近第一组变压器切换开关的一端（即左端）启动，并输出电流以补偿限流电抗器投入引起的无功电流；

步骤2-14，控制双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端（即右端）电流输出为零以不影响当前电网运行；

步骤2-15，断开所述第二变压器组中的某一变压器末端与第一变压器组中的相应变压器末端连线上的开关，配置双向变流器为并网电压补偿模式；

步骤2-16，控制双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端（即右端）输出的电压以补偿限流电抗器带载造成的电压跌落；

步骤2-17，通过主控制器配置双向变流器靠近第二组变压器切换开关的一端（即右端）工作在并网电压补偿模式；

步骤2-18，通路所述第二变压器组中的某一变压器与双母线快切装置的连接；

步骤2-19，恢复所述双母线快切装置的初始状态。

步骤2-18完成后，表明负荷切换成功，人机交互接口通知用户负荷切换成功。

作为本发明的一种实施方式，所述方法还包括，通过主控制器控制各个变压器切换开关的断开和闭合。

作为本发明的一种实施方式，所述方法还包括，通过采集第一组变压器切换开关另一端的电压电流信号，来判断是否需要从母线ⅰ供电切换到母线ⅱ单独供电；通过采集第二组变压器切换开关另一端的电压电流信号，来判断是否需要从母线ⅱ供电切换到母线ⅰ单独供电。

作为本发明的一种实施方式，所述方法还包括，通过人机交互接口，向主控制器设置需要设置的工作模式，由主控制器控制完成切换过程。

本发明方案实现了双母线的快速切换，负荷供电无间断，单组双母线切换时间小于10秒。