[发明专利]固态切换开关

说明书

技术领域

本发明属于电力控制技术领域，具体地说，是涉及一种用于在多路供电电源之间进行快速切换的电能切换装置。

背景技术

在目前的电网供电系统中，电网经常会因为大型非线性/冲击性负载的投切、雷电天气、负载故障等原因，造成供电电压瞬间暂降（即出现晃电）或者供电中断等问题，由此导致某些敏感的用电设备（例如电脑服务器、数据处理器、不允许断电的设备等）终止供电，从而给石油、化工、半导体、纺织、冶金等连续性生产的行业或者金融中心、数据中心、医院、交通运输等系统带来设备停运、工艺流程中断、数据丢失、设备损坏等严重后果，造成重大的经济损失甚至人员伤亡。因此，对于供电有特殊要求的行业往往都配置有多路供电电源，一旦运行的主电源出现故障或者异常，需要将敏感负载的供电无扰地切换到其他备用电源上，以满足敏感负载的不间断供电需求。

对于目前用于在多路电源之间进行切换的电能切换装置来说，大多采用机械式开关，切换时间在数秒到数十秒之间。而对于某些敏感负载来说，要求20毫秒甚至几个毫秒之内完成电源的切换，因此，传统的电能切换装置显然无法满足这些敏感负载对电源切换速度的要求。并且，传统的电能切换装置在开关过程中经常会产生电弧，由此也使得该类电能切换装置的使用寿命大大缩短。

发明内容

本发明为了解决现有电能切换装置切换时间长、使用寿命短的问题，提供了一种能够实现多路电源迅速切换的固态切换开关，在保证电网系统安全运行的同时，满足了敏感负载的连续用电需求。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种固态切换开关，连接在为负载提供交流供电的多路交流电源的供电线路中，用于在多路交流电源之间进行切换，包括电压检测装置、主控制器和多组分别由两个晶闸管反向并联组成的开关单元；所述电压检测装置用于检测每一路交流电源的电压值，并输出电压检测值至所述的主控制器，所述主控制器根据接收到的电压检测值生成用于控制晶闸管通断的触发信号；所述开关单元一一对应地串联在每一路交流电源的供电线路中，其晶闸管的控制极连接主控制器，接收主控制器输出的触发信号，以进行供电线路的切换。

进一步的，在所述多路交流电源中包含有一路主电源和至少一路备用电源，首先触发连接在主电源供电线路中的各路晶闸管导通，利用主电源为负载供电；通过电压检测装置检测主电源的电压，若主电源的电压幅值发生暂降且低于负载所允许的电源最低门限值时，则主控制器停止向主电源供电线路中的晶闸管发送触发信号，转而控制连接在其中一路备用电源供电线路中的晶闸管导通，切换至备用电源为负载供电；当电压检测装置检测到主电源的供电恢复时，则重新控制主电源供电线路中的晶闸管导通，备用电源供电线路中的晶闸管关断，切换至主电源为负载供电；若在主电源的供电恢复前，当前为负载供电的备用电源的电压幅值发生暂降且低于负载所允许的电源最低门限值时，则主控制器控制开关单元切换至其他备用电源为负载供电。

优选的，在所述每一路交流电源的每一条电源线中均串联有一组所述的开关单元。

又进一步的，在所述每一路交流电源与负载的供电线路中均连接有用于对交流电源进行电流检测的电流检测装置，所述电流检测装置输出电流检测信号至所述的主控制器。

对于当前为负载供电的交流电源是否发生电压暂降问题，可以采用以下两种方法计算获得：

其一是，当所述的交流电源均为三相电源时，利用电压检测装置对当前为负载供电的交流电源的每一路相电压                                                、、进行检测，输出至主控制器，利用三相电压到d-q轴的变换关系式：，计算出、，进而代入公式计算出基波有效值的瞬时值，将与负载的电源最低门限值进行比较，以判断是否进行交流电源的切换操作；其中，变量因子矢量C为：

。

其二是，当所述的交流电源均为单相交流电源时，利用电压检测装置对当前为负载供电的交流电源的火线电压进行检测，并输出至主控制器；所述主控制器采用求导法由单相电压构造出虚拟的三相电压，即

；

利用三相电压到d-q轴的变换关系式：，计算出、，进而代入公式计算出基波有效值的瞬时值，将与负载的电源最低门限值进行比较，以判断是否进行交流电源的切换操作；其中，变量因子矢量C为：

。

为了为缩短切换时间，保证切换操作的可靠性，本发明采用一种快速的先切后断控制策略，且针对不同相位的备用电源提出以下两种切换方法：