一种兆瓦级静态切换开关及不间断电源的制作方法

本实用新型属于供电系统技术领域，具体地说，是涉及一种可应用于供电系统中的大功率切换装置以及基于所述大功率切换装置设计的不间断电源。

背景技术：

随着用户对供电质量要求的不断提高，如何快速切除短路电流以及如何快速将用电负荷切换到备用电源显得非常重要。现有的常规可控开关都是由交流接触器、真空开关或油开关与继电器或电源操作机构构成，因受其自身物理结构的限制，影响了开关的动作时间和速度，使之难以满足一些敏感负载对电源快速切换的要求。

静态切换开关是解决快速切换问题的有效途径，即，采用新型的可控电力电子功率器件构成开关装置，进行无触点切换。静态切换开关具有瞬时、高频、低损耗和高安全性的特性，尤其应用在电力系统时，能够保证重要用户供电电源的迅速投切、限制合闸电流等，有效解决了互投的切换速度问题，提高了电源的可靠性和安全性。并且，静态切换开关也可以与用户的其他电力技术结合使用，通过协调控制他们共同工作，能够进一步解决配电电网的相关电能质量问题。

目前市场上出现的静态切换开关均为小功率静态切换开关，其切换时间基本上能够满足敏感性低功率负载的不间断工作需求，但不适用于1000KW以上的大功率负载。究其原因是：

（1）随着静态切换开关的功率变大，切换时间也随之变长，当功率达到1000KW以上时，静态切换开关的切换时间通常在10ms以上，不能满足敏感性负载的不间断工作要求；

（2）流过静态切换开关的工作电流变大，导致晶闸管模块存在散热难的问题，影响静态切换开关工作的安全性和可靠性。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种兆瓦级静态切换开关，切换时间短，能够满足大功率敏感性负载的不间断工作要求。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

在一个方面，本实用新型提出了一种兆瓦级静态切换开关，包括切换模块、电源检测模块和处理器；所述切换模块包括六个，两两形成一组，每一组中的两个切换模块的一端分别用于与主供电电源和从供电电源中的同一相线一一对应连接，另一端对接，对接点形成一个用于连接负载的相线连接端，每一个切换模块均由两个晶闸管反向并联而成；所述电源检测模块用于检测所述主供电电源和从供电电源的工作参数；所述处理器接收所述电源检测模块输出的所述工作参数，生成触发信号控制所述晶闸管通断，以选通所述主供电电源或选通所述从供电电源。

作为所述电源检测模块的一种优选设计方案，所述电源检测模块为电压波形采集模块，检测所述主供电电源和从供电电源的电压波形，并传输至所述处理器与基准电压波形进行比较，所述处理器根据比较结果生成所述触发信号，控制所述晶闸管选通所述主供电电源或所述从供电电源。

作为所述电源检测模块的另一种优选设计方案，所述电源检测模块为电压和频率采样模块，检测所述主供电电源和从供电电源的电压和频率，并传输至所述处理器，所述处理器在检测到其中一路供电电源的电压或频率异常时，调整其输出的所述触发信号，控制所述晶闸管选通另外一路供电电源。

为了对所述晶闸管的工作状态是否异常实现检测，本实用新型在所述兆瓦级静态切换开关中还设置有负载电源检测模块，连接三个所述相线连接端，对通过所述晶闸管输出的电源进行工作参数检测，并传输至所述处理器。

为了对所述兆瓦级静态切换开关进行参数设置，本实用新型在所述兆瓦级静态切换开关中还设置有用于连接外部设备的通信接口，所述通信接口连接所述处理器。

为了解决晶闸管在通过大电流时的散热问题，本实用新型在所述兆瓦级静态切换开关中还设置有散热片和散热风机，在每一个所述切换模块上分别安装有一组散热片，所述散热片与晶闸管贴合，使每一个切换模块形成一个独立的散热风道，且风道口连通散热风机，采用环流散热的方式改善散热效果，满足大功率晶闸管的快速散热要求。

进一步的，在每一组所述散热板的外周包覆有绝缘板，以实现电隔离。

在另一个方面，本实用新型还提出了一种不间断电源，包括主供电电源、从供电电源和兆瓦级静态切换开关；所述兆瓦级静态切换开关包括六个切换模块、电源检测模块和处理器；所述六个切换模块两两形成一组，每一组中的两个切换模块的一端分别连接所述主供电电源和从供电电源中的同一相线，另一端对接，对接点形成一个用于连接负载的相线连接端，每一个切换模块均由两个晶闸管反向并联而成；所述电源检测模块检测所述主供电电源和从供电电源的工作参数，并传输至所述处理器，以生成触发信号控制所述晶闸管通断，从而在所述主供电电源和从供电电源之间进行选择切换。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型提出了一种全新的兆瓦级静态切换开关解决方案，使兆瓦级静态切换开关的切换时间可以达到0-5ms范围内，将其应用在不间断电源的电路设计中，可以满足大功率敏感性负载的不间断工作要求，既可以为大功率负载提供连续、可靠的供电电源，又能保证静态切换开关在不同相切换时的安全性。同时，采用特殊风道设计，很好地解决了静态切换开关应用在大功率负载时，其内部晶闸管的散热问题，确保了晶闸管工作的安全性和可靠性。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的兆瓦级静态切换开关中的切换模块的一种实施例的电路原理图；

图2是本实用新型所提出的兆瓦级静态切换开关的一种实施例的电路原理框图；

图3是晶闸管与散热片形成的环流散热结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细地描述。

结合图1、图2所示，本实施例的兆瓦级静态切换开关在电路设计上，主要由六个切换模块SCR1~SCR6、电源检测模块和处理器等部分组成。其中，六个切换模块SCR1~SCR6两两形成一组，用于对主供电电源和从供电电源中的同一相线的交流电压进行选通切换。如图1所示，切换模块SCR1、SCR2构成第一组，一端分别用于与主供电电源的U相电压U主和从供电电源的U相电压U从对应连接，另一端对接，对接点形成用于连接负载的U相电源线的相线连接端U负。同理，切换模块SCR3、SCR4构成第二组，一端分别用于与主供电电源的V相电压V主和从供电电源的V相电压V从对应连接，另一端对接，对接点形成用于连接负载的V相电源线的相线连接端V负。切换模块SCR5、SCR6构成第三组，一端分别用于与主供电电源的W相电压W主和从供电电源的W相电压W从对应连接，另一端对接，对接点形成用于连接负载的W相电源线的相线连接端W负。六个切换模块SCR1~SCR6的结构相同，均由两个晶闸管反向并联而成，例如晶闸管D11、D12反向并联构成切换模块SCR1，在选择主供电电源为负载供电期间，当U相电压U主处于正半周时，导通晶闸管D11；当U相电压U主处于负半周时，导通晶闸管D12。同理，晶闸管D21、D22反向并联构成切换模块SCR2，用于选通从供电电源的U相电压U从；晶闸管D31、D32反向并联构成切换模块SCR3，用于选通主供电电源的V相电压V主；晶闸管D41、D42反向并联构成切换模块SCR4，用于选通从供电电源的V相电压V从；晶闸管D51、D52反向并联构成切换模块SCR5，用于选通主供电电源的W相电压W主；晶闸管D61、D62反向并联构成切换模块SCR6，用于选通从供电电源的W相电压W从。

本实施例的12个晶闸管优选采用KP2500A/1600V型晶闸管，以支持大功率负载。利用处理器对各路晶闸管分别进行触发控制，可以缩短切换时间，避免环流产生。

本实施例的处理器优选采用32位高速DSP芯片生成12路触发信号，分别通过DSP芯片的12路GPIO口对应传输至12路晶闸管的触发极，实现对12路晶闸管的通断控制。

在利用本实施例的兆瓦级静态切换开关设计不间断电源时，将六个切换模块SCR1~SCR6的一端分别与主供电电源的三路相线U主、V主、W主以及从供电电源的三路相线U从、V从、W从一一对应连接，三组切换模块形成的三路相线连接端U负、V负、W负分别与负载的三相电源线对应连接，图2仅示出了第一组切换模块SCR1、SCR2的电路连接关系。在兆瓦级静态切换开关中设置电源检测模块，连接所述主供电电源和从供电电源，对主供电电源和从供电电源的工作参数进行检测，并传送至DSP芯片，以用于计算生成所需的12路触发信号。

为了尽可能地缩短DSP芯片的计算时间，提高兆瓦级静态切换开关的切换速度，本实施例的电源检测模块优选采用电压波形采集模块，检测所述主供电电源和从供电电源的电压波形，并传输至所述DSP芯片，与DSP芯片中预先保存的基准电压波形进行比较，采用波形对比的电源异常快速检测法，对两路正弦波形进行对比，若不一致，则认为当前选通的供电电源异常，DSP芯片生成触发信号控制晶闸管选通另外一路供电电源，由此实现兆瓦级静态切换开关在主供电电源和从供电电源之间的选通切换。选择波形对比的电源异常快速检测法，可以将电源故障的检测时间严格控制在1ms以内，这样可以保证兆瓦级静态切换开关的切换时间在任何时候不大于5ms，即使应用在大功率敏感性负载的供电线路中，在静态切换开关切换期间也不会出现掉电问题，对大功率负载实现了不间断供电。

当然，所述电源检测模块也可以采用电压和频率采样模块，检测接入到兆瓦级静态切换开关的主供电电源和从供电电源的电压和频率，并传输至所述DSP芯片。DSP芯片实时监测主供电电源和从供电电源的电压和频率情况，当主供电电源的电压或频率异常时，DSP芯片第一时间切断连接主供电电源的第一组晶闸管D11、D12、D31、D32、D51、D52的触发信号，并且极为迅速地打开连接从供电电源的第二组晶闸管D21、D22、D41、D42、D61、D62，使传输至负载的供电电源由主电源切换至从电源，且兆瓦级静态切换开关的掉电切换时间小于5ms。当DSP芯片检测到主供电电源的电压和频率正常后，待主供电电源稳定后，自动切换回主供电电源工作，优先级切换时间为小于1.5ms。静态切换开关的两组晶闸管的开通是严格互锁的，主、从供电电源之间切换不会产生冲击电流，所有的转换都在小于5ms的时间内完成。

本实施例在兆瓦级静态切换开关中还设置有负载电源检测模块，如图2所示，连接三路相线连接端U负、V负、W负，对通过所述晶闸管输出的电源进行工作参数（例如电压、频率等）检测，并传输至所述DSP芯片。DSP芯片通过比对供电电源和负载电源的工作参数，可以判断出晶闸管是否按照要求正常通断，继而对晶闸管实现故障检测。

此外，本实施例在兆瓦级静态切换开关中还设置有用于连接外部设备的通信接口，例如RS485接口，如图2所示，将所述通信接口连接至DSP芯片，由此可以方便外部设备对兆瓦级静态切换开关进行参数设置，或者对DSP芯片进行软件更新或升级。

在将本实施例的静态切换开关应用在大功率负载的供电线路中时，由于流过晶闸管的电流很大，晶闸管发热严重，为了解决晶闸管的快速散热问题，本实施例在所述兆瓦级静态切换开关中还设置有散热片10、散热风机和绝缘板，如图3所示。本实施例采用风冷散热方式，散热风机选用EBM大功率风机。在每一个切换模块上分别安装一组散热片10，将所述散热片10与切换模块中的晶闸管挤压贴合在一起，形成一个带电整体。然后，在每一组散热片10的外周用绝缘板包覆绝缘，这样可以使得每一个切换模块形成一个独立的散热风道，如图3中的附图标记1-6的部分。将每一个散热风道的风道口A1-A6连接至散热风机（图中未示出），在启动散热风机抽气时，每一个散热风道1-6中均形成环流，这样可以把每一个切换模块工作中产生的热量及时带走，并且无死角，继而很好地解决了兆瓦级静态切换开关的快速散热问题。

本实施例的兆瓦级静态切换开关可支持2000A的负载电流，切换时间短、散热效率高，经现场试验，产品性能稳定、质量可靠，将其应用在不间断电源的电路设计中，能够实现主从电源的快速切换，很好地满足了大功率敏感性负载（例如1000KW以上的金属卤化灯等负载）的不间断工作要求。

当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。