电源切换装置及供电系统的制作方法

本发明实施例涉及电力技术领域，尤其涉及一种电源切换装置及供电系统。

背景技术：

随着经济的发展，负荷侧对于用电的可靠性要求越来越高，同时对于用电中断时间的容忍性变得越来越低。如何提高配电网的供电可靠性是电力行业迫切需要解决的问题。考虑到配电网负荷的波动性以及由此引发的部分电源过载问题，对配电网进行电源切换是提高供电可靠性的有力手段。

现有技术中，配电网中存在两路电源，其中一路电源在配电网正常运行时为负荷设备供电，另一路电源为备用电源，在配电网异常时可以将负荷设备的供电电源切换到另一路电源，从而保证负荷设备的正常供电。

然而，在将负荷设备的供电电源由一路电源切换到另一路电源时，如果在将负荷设备与一路电源的连接断开前，立即将负荷设备与另一路电源的连通，则会在供电线路中产生环流，若环流较大会导致电源开关自动跳闸，导致负荷设备停电。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种电源切换装置，以解决目前在对负荷设备进行电源切换时容易引发由环流导致的断电的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种电源切换装置，包括：控制器和变换器；

所述变换器的输入端连接第一电源，所述变换器的输出端连接负荷设备，所述变换器的控制端与所述控制器相连；

所述控制器，用于在所述负荷设备的供电电源由所述第一电源切换为第二电源时，向所述变换器发送控制指令；

所述变换器，用于根据所述控制指令对所述第一电源输出的交流电进行功率变换，将功率变换后的交流电输出给所述负荷设备，并控制功率变换后的交流电的功率以预设变化规律降低至零。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括第一开关和第二开关；

所述第一开关的两端分别连接所述第一电源和所述负荷设备，所述第二开关的两端分别连接所述第二电源和所述负荷设备；所述控制器分别与所述第一开关的控制端和所述第二开关的控制端相连；

所述控制器，用于在接收到切换指令时，所述切换指令用于指示将所述负荷设备的供电电源由所述第一电源切换为第二电源，控制所述第一开关断开，向所述变换器发送控制指令，并控制所述第二开关闭合。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括第三开关；

所述第三开关的两端分别连接所述变换器的输出端和所述负荷设备；所述第三开关的控制端与所述控制器相连；

所述控制器，还用于在接收到切换指令之后，在控制所述第一开关断开之前，控制所述第三开关闭合，并在所述变换器输出的交流电的功率降低为零时，控制所述第三开关断开。

在一种可能的实施方式中，所述第三开关为多个，所述负荷设备为多路，所述变换器的输出端通过每个第三开关分别连接于一路负荷设备。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括第四开关；

所述第四开关的两端分别连接所述第一电源和所述变换器的输入端；所述第四开关的控制端与所述控制器连接；

所述控制器，还用于控制所述第四开关的通断。

在一种可能的实施方式中，所述变换器包括交直交变换器。

在一种可能的实施方式中，所述交直交变换器包括交直流变换器和直交流变换器；

所述交直流变换器的输入端作为所述变换器的输入端，所述交直流变换器的输出端与所述直交流变换器的输入端连接，所述直交流变换器的输出端作为所述变换器的输出端；

所述交直流变换器为电流型变换器或者电压型变换器，所述直交流变换器为电压型变换器。

在一种可能的实施方式中，所述控制指令用于指示所述变换器控制输出的交流电的功率在预设时长内逐渐降低为零。

在一种可能的实施方式中，所述控制器，具体用于：

监测所述变换器输出的交流电的信号参量，根据所述信号参量确定调节量，并将所述调节量控制所述变换器，以使所述变换器输出的交流电的功率以预设变化规律降低为零。

第二方面，本发明实施例提供一种供电系统，包括：包括第一电源、负荷设备，以及如第一方面以及第一方面的各种实施方式所述的电源切换装置。

本发明实施例提供的电源切换装置及供电系统，该装置包括控制器和变换器；变换器的输入端连接第一电源，变换器的输出端连接负荷设备，变换器的控制端与所述控制器相连；控制器，用于在负荷设备的供电电源由第一电源切换为第二电源时，向变换器发送控制指令；变换器，用于根据控制指令对第一电源输出的交流电进行功率变换，将功率变换后的交流电输出给负荷设备，并控制功率变换后的交流电的功率以预设变化规律降低至零，通过在第一电源和负荷设备之间增设变换器，在负荷设备的供电电源由第一电源切换为第二电源时控制器控制变换器对第一电源输出的交流电进行频率变换后再给负荷设备供电，并控制交流电的功率以预设变化规律降低至零，从而使第一电源给负荷设备的供电可以缓慢断开，使负荷设备的供电功率逐渐由第二电源承担，避免在电源切换时供电线路中产生环流，进而避免由环流引发断电事件，提高供电的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的电源切换装置的结构示意图；

图2为本发明又一实施例提供的电源切换装置的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的电源切换装置的结构示意图；

图4为本发明再一实施例提供的电源切换装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的变换器组合形式的示意图；

图6为本发明实施例提供的控制器控制交换器输出功率的示意图；

图7a至图7d为本发明实施例提供的电源切换过程的示意图；

附图标记说明：

100：控制器；

200：变换器；

300：第一电源；

400：负荷设备；

500：第二电源；

600：第一开关；

700：第二开关；

800：第三开关；

900：第四开关。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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”、“第三”“第四”等(如果存在)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。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

随着经济的发展，负荷侧对于用电的可靠性要求越来越高，同时对于用电中断时间的容忍性变得越来越低。如何提高配电网的供电可靠性是电力行业迫切需要解决的问题。考虑到配电网负荷的波动性以及由此引发的部分电源过载问题，对配电网进行电源切换是提高供电可靠性的有力手段。

现有技术中，配电网中存在两路电源，其中一路电源在配电网正常运行时为负荷设备供电，另一路电源为备用电源，在配电网异常时可以将负荷设备的供电电源切换到另一路电源，从而保证负荷设备的正常供电。

然而，在将负荷设备的供电电源由一路电源切换到另一路电源时，如果在将负荷设备与一路电源的连接断开前，立即将负荷设备与另一路电源的连通，则会在供电线路中产生环流，若环流较大会导致电源开关自动跳闸，导致负荷设备停电。

本发明实施例通过在第一电源300和负荷设备400之间增设变换器200，在负荷设备400的供电电源由第一电源300切换为第二电源500时控制器100控制变换器200对第一电源300输出的交流电进行频率变换后再给负荷设备400供电，并控制交流电的功率以预设变化规律降低至零，从而使第一电源300给负荷设备400的供电可以缓慢断开，避免在电源切换时供电线路中产生环流，进而避免由环流引发扰动或者断电事件，提高供电的可靠性。

图1为本发明一实施例提供的电源切换装置的结构示意图。参照图1，本实施例提供的一种电源切换装置，包括控制器100和变换器200。

变换器200的输入端连接第一电源300，变换器200的输出端连接负荷设备400，变换器200的控制端与控制器100相连。

控制器100，用于在负荷设备400的供电电源由第一电源300切换为第二电源500时，向变换器200发送控制指令。

变换器200，用于根据控制指令对第一电源300输出的交流电进行功率变换，将功率变换后的交流电输出给负荷设备400，并控制功率变换后的交流电的功率以预设变化规律降低至零。

本实施例中，第一电源300可以为配电网正常行运行时的电源，第二电源500可以为配电网的备用电源，用于在配电网异常时替换第一电源300为负荷设备400供电。

变换器200连接在第一电源300和负荷设备400之间，用于在电源切换过程中将第一电源300输出的交流电进行功率变换后输出给负荷设备400，为负荷设备400供电。控制器100用于控制变换器200输出的交流电的功率，使电源切换过程中变换器200输出的交流电功率以预设变化规律降低至零。变换器200起初输出的交流电功率等于接入的第一电源300的供电功率，然后根据控制器100的控制指令将输出的交流电功率由第一电源300的供电功率以预设变化规律降低为零。其中，预设变化规律可以由用户预先进行设定，例如，预设变化规律可以为在预设时长内由初始的供电功率降低至零，也可以为按照预设的下降速率，由初始的供电功率降低至零，在此不作限定。初始的供电功率可以为由第一电源单独为负荷设备供电时所提供的供电功率。

控制器100可以根据用户输入的指令确定将负荷设备400的供电电源由第一电源300切换为第二电源500，或者通过对第一电源300与负荷设备400之间的供电线路监测，在供电线路异常时确定将负荷设备400的供电电源由第一电源300切换为第二电源500，在此不做限定。例如，用户可以在需要为负荷设备400进行电源切换时向控制器100输入指令，控制器100向变换器200发送控制指令，以使变换器200对第一电源300输出的交流电进行功率变换，将功率变换后的交流电输出给负荷设备400，并控制功率变换后的交流电的功率以预设变化规律降低至零。由于通过变换器200将第一电源300为负荷设备400提供的供电功率逐渐降低为零，使得负荷设备400的供电功率由第一电源300提供，逐渐切换为第二电源500提供，从而避免负荷设备400的供电线路中产生环流。

本发明实施例提供的电源切换装置，包括控制器100和变换器200；变换器200的输入端连接第一电源300，变换器200的输出端连接负荷设备400，变换器200的控制端与所述控制器100相连；控制器100，用于在负荷设备400的供电电源由第一电源300切换为第二电源500时，向变换器200发送控制指令；变换器200，用于根据控制指令对第一电源300输出的交流电进行功率变换，将功率变换后的交流电输出给负荷设备400，并控制功率变换后的交流电的功率以预设变化规律降低至零，通过在第一电源300和负荷设备400之间增设变换器200，在负荷设备400的供电电源由第一电源300切换为第二电源500时控制器100控制变换器200对第一电源300输出的交流电进行频率变换后再给负荷设备400供电，并控制交流电的功率以预设变化规律降低至零，从而使第一电源300给负荷设备400的供电可以缓慢断开，使负荷设备400的供电功率逐渐由第二电源500承担，避免在电源切换时供电线路中产生环流，进而避免由环流引发扰动或者断电事件，提高供电的可靠性。

可选地，控制器100可以控制变换器200开启运行状态或关闭运行状态。在不需要为负荷设备400进行电源切换时，控制器100可以控制变换器200关闭运行状态，此时第一电源300通过其他连接线路直接为负荷设备400供电。在需要为负荷设备400进行电源切换时，控制器100可以控制变换器200开启运行状态，通过变换器200将第一电源300输出的交流电进行功率变换后输出给负荷设备400，为负荷设备400供电，并断开第一电源300与负荷设备400之间的其他连接线路，同时控制器100可以控制第二电源500开始为负荷设备400供电。在变换器200输出的交流电的功率逐渐降低至零后，则负荷设备400的全部供电功率都由第二电源500提供，控制器100可以将变换器200关闭运行状态。在该实施例中，变换器200仅在电源切换过程中开启，其他情况下为关闭状态。在变换器200将输出的交流电功率逐渐降为零期间，负荷设备400的供电功率逐渐由第一电源300提供，变为第一电源300和第二电源500共同提供，最终变为由第二电源500提供，实现供电电源的切换。

图2为本发明又一实施例提供的电源切换装置的结构示意图。参照图2，在一种可能的实施方式中，该装置还包括第一开关600和第二开关700。

第一开关600的两端分别连接第一电源300和负荷设备400，第二开关700的两端分别连接第二电源500和负荷设备400。控制器100分别与第一开关600的控制端和第二开关700的控制端相连。

控制器100，用于在接收到切换指令时，切换指令用于指示将负荷设备400的供电电源由第一电源300切换为第二电源500，控制第一开关600断开，向变换器200发送控制指令，并控制第二开关700闭合。

本实施例中，第一开关600与变换器200并联连接于第一电源300和负荷设备400之间。第一开关600闭合时，第一电源300通过第一开关600所在线路为负荷设备400供电。第二开关700连接于第二电源500和负荷设备400之间。第二开关700闭合时，第二电源500通过第二开关700所在线路为负荷设备400供电。通过控制器100控制第一开关600和第二开关700，能够选择为负荷设备400供电的电源。

在进行电源切换前，第一开关600闭合，由第一电源300为负荷设备400供电。在控制器100接收到用户输入的切换指令后，控制器100首先控制变换器200开启工作状态，使变换器200将第一电源300输出的交流电进行功率变换后输出给负荷设备400，为负荷设备400供电，并控制第一开关600断开，停止第一电源300直接为负荷设备400的供电，并且控制第二开关700闭合，使第二电源500开始为负荷设备400供电；然后控制变换器200输出的交流电功率由第一电源300的供电功率逐渐降低为零；最后控制变换器200关闭工作状态，实现对负荷设备400的供电电源切换。

图3为本发明另一实施例提供的电源切换装置的结构示意图。参照图3，在一种可能的实施方式中，该装置还包括第三开关800。

第三开关800的两端分别连接变换器200的输出端和负荷设备400。第三开关800的控制端与控制器100相连。

控制器100，还用于在接收到切换指令之后，在控制第一开关600断开之前，控制第三开关800闭合，并在变换器200输出的交流电的功率降低为零时，控制第三开关800断开。

本实施例中，第三开关800连接于变换器200和负荷设备400之间，在第三开关800闭合时，变换器200才能将输出的交流电传输给负荷设备400。控制器100通过控制第三开关800能够实现对变换器200所在线路的通断控制，进而更准确的进行电源切换控制。

在进行电源切换前，第一开关600闭合，由第一电源300为负荷设备400供电。在控制器100接收到用户输入的切换指令后，控制器100首先控制第三开关800闭合，使变换器200将第一电源300输出的交流电进行功率变换后输出给负荷设备400，为负荷设备400供电，并控制第一开关600断开，停止第一电源300直接为负荷设备400的供电，并且控制第二开关700闭合，使第二电源500开始为负荷设备400供电；然后控制变换器200输出的交流电功率由第一电源300的供电功率逐渐降低为零；最后控制第三开关800断开，实现对负荷设备400的供电电源切换。

可选地，第三开关800为多个，负荷设备400为多路，变换器200的输出端通过每个第三开关800分别连接于一路负荷设备400。

本实施例中，一台变换器200可以为多路负荷设备400进行电源切换。变换器200的输出端通过每个第三开关800分别连接各路负荷设备400。控制器100可以按照图3实施例中的控制方式先后控制各个第三开关800，对各路负荷设备400进行电源切换。

图4为本发明再一实施例提供的电源切换装置的结构示意图。参照图4，在一种可能的实施方式中，该装置还包括第四开关900。

第四开关900的两端分别连接第一电源300和变换器200的输入端。第四开关900的控制端与控制器100连接。

控制器100，还用于控制第四开关900的通断。

本实施例中，第四开关900连接于第一电源300和变换器200之间。在需要将变换器200进行维修或更换时，可以通过控制器100控制第三开关800和第四开关900断开，将变换器200脱离配电网，使操作人员可以安全对变换器200进行维修或更换。

可选地，变换器200包括交直交变换器。

本实施例中，变换器200可以为交直交变换器。交直交变换器通过将第一电源300输出的交流电先转换为直流电，再将直流电转换为交流电，然后输出给负荷设备400。控制器100可以通过控制将直流电转换为交流电的转换过程从而控制变换器200输出的交流电的功率。

可选地，交直交变换器包括交直流变换器和直交流变换器。

交直流变换器的输入端作为变换器200的输入端，交直流变换器的输出端与直交流变换器的输入端连接，直交流变换器的输出端作为变换器200的输出端。

本实施例中，交直流变换器的输入端作为变换器200的输入端，与第一电源300连接。直交流变换器的输出端作为变换器200的输出端，与负荷设备400相连。交直流变换器用于将第一电源300输出的交流电转换为直流电，直交流变换器用于将该直流电转换为交流电输出给负荷设备400。控制器100可以与直交流变换器相连，通过控制直交流变换器控制输出的供电频率。

可选地，交直流变换器为电流型变换器或者电压型变换器，直交流变换器为电压型变换器。

本实施例中，如图5所示，变换器200可以有组合1、组合2两种实现形式，在组合1中，变换器200由电流型的交直流变换器和电压型的直交流变换器组合而成。在组合2中，变换器200由电压型的交直流变换器和电压型的直交流变换器组合而成。

其中，电流型变换器可以包括但不限于以下中的至少一种：二极管变换器、电源换相变换器、自换相变换器。电压型变换器可以包括但不限于以下中的至少一种：两电平变换器、三电平变换器、多电平变换器、模块化多电平变换器。

可选地，所述控制指令用于指示所述变换器200控制输出的交流电的功率在预设时长内逐渐降低为零。

本实施例中，预设时长可以由用户进行设置，例如预设可以为10毫秒，50毫秒等，在此不做限定，控制器100可以通过控制指令控制变换器200输出的交流电的功率在预设时长内逐渐降低为零。用户通过调节预设时长，可以控制变换器200为负荷设备400供电时供电功率的下降速度，使电源切换过程中供电线路中不产生回流并且负荷设备400运行不受影响。

可选地，控制器100，具体用于：

监测变换器200输出的交流电的信号参量，根据信号参量确定调节量，并将调节量控制变换器200，以使变换器200输出的交流电的功率以预设变化规律降低为零。

本实施例中，信号参量可以包括有功分量和无功分量，其中，有功分量包括但不限于以下中的至少一种：有功功率、交流电压频率、直流电压。无功分量包括但不限于无功功率和交流电压幅值。变换器200可以包括交直流变换器和直交流变换器。控制器100可以监测直交流变换器输出的交流电的信号参量，根据信号参量确定调节量，并将调节量控制直交流变换器，使直交流变换器输出的交流电的功率逐渐降低为零。

例如，控制器100可实现对变换器200输出的交流电的有功电流和无功电流的解耦，从而独立控制有功分量和无功分量，实现变换器200功率的平滑控制。如图6所示，控制器100对直交流变换器的控制环节主要分为内环和外环两个环节，内环为电流控制环，外环为功率分量控制环。控制器100可以包括外环控制器和内环控制器。其中，外环控制器通过测量变换器200的输出电流电压得到有功分量和无功分量，有功分量主要包括有功功率，交流电压频率，直流电压等，无功分量主要包括无功功率和交流电压幅值。有功功率分量经过控制器100后得到相应的有功电流指令id，无功功率分量经过控制器100后得到相应的无功电流指令iq。内环控制器主要包括pll(phaselockedloop，锁相环)，dq-abc坐标变换器，电流控制器100。pll的输出信号为交流电压的相位ω，dq-abc坐标变换器用于将静止坐标系下测得的三相电流ia,ib,ic变换为旋转坐标系下的有功电流id测量和无功电流iq测量，同时也可用于将旋转坐标系下的电流控制器输出有功电压ud和无功电压uq指令变换回到静止坐标系下的三相电压ua，ub，uc，作为变换器200的输出电压参考值。在本示例中，电源切换过程中控制器100首先控制输出的交流电压频率和幅值，即将这两个量作为有功分量和无功分量的控制对象，通过对其控制维持负荷设备400的供电。在第二开关700闭合后，控制器100的控制对象可切换为有功功率和无功功率，保证原有的向负荷设备400输出功率不变，以实现所有负荷功率全部由本侧电源提供，此后逐步降低输出功率直到零，此过程中上述控制器100随之响应从而保证输出功率逐步降低至零。

下面通过一个实施示例对上述电源切换装置的电源切换过程进行说明，但不作为限定。参照图7a至7d，图中，变电站1提供的电源表示第一电源300，变电站2提供的电源表示第二电源500，负荷1表示第一路负荷设备400，负荷2表示第二路负荷设备400。以对负荷1的电源切换为例，具体步骤如下：

步骤一，控制器100控制第三开关800和第四开关900闭合，如图7a所示。

步骤二，控制器100控制第一开关600断开，由变换器200输出的交流电为负荷1供电，如图7b所示。

步骤三，控制器100控制第二开关700闭合，并控制变换器200输出的交流电功率逐步降至零，如图7c所示。

步骤四，在变换器200输出的交流电功率降低为零后，控制器100控制第三开关800断开，此时，负荷1由第一电源300切换为第二电源500供电，如图7d所示。

在完成负荷1的电源切换后，可以执行上述步骤对负荷2进行电源切换，在此不再赘述。

本发明实施还提供一种供电系统。该供电系统包括第一电源300、负荷设备400，以及如上所述的电源切换装置。可选地，负荷设备400与第一电源300之间通过第一开关600连接，第一开关600闭合时，第一电源300为负荷设备400供电。该供电系统还可以包括第二电源500。负荷设备400与第二电源500之间通过第二开关700连接，第二开关700闭合时，第二电源500为负荷设备400供电。该供电系统的实现原理可参见上述电源切换装置的实现原理，在此不再赘述。

本发明实施例提供的供电系统，包括第一电源300、负荷设备400，以及电源切换装置，电源切换装置包括控制器100和变换器200；变换器200的输入端连接第一电源300，变换器200的输出端连接负荷设备400，变换器200的控制端与所述控制器100相连；控制器100，用于在负荷设备400的供电电源由第一电源300切换为第二电源500时，向变换器200发送控制指令；变换器200，用于根据控制指令对第一电源300输出的交流电进行功率变换，将功率变换后的交流电输出给负荷设备400，并控制功率变换后的交流电的功率逐渐降低至零，通过在第一电源300和负荷设备400之间增设变换器200，在负荷设备400的供电电源由第一电源300切换为第二电源500时控制器100控制变换器200对第一电源300输出的交流电进行频率变换后再给负荷设备400供电，并控制交流电的功率逐渐降低至零，从而使第一电源300给负荷设备400的供电可以缓慢断开，使负荷设备400的供电功率逐渐由第二电源500承担，避免在电源切换时供电线路中产生环流，进而避免由环流引发扰动或者断电事件，提高供电的可靠性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。