張  淼,，張艷妍,，趙  賀，饒  強(qiáng)

　?。▏W(wǎng)北京市電力公司 電力科學(xué)研究院,，北京100075）

　　摘  要： 為了解決電力負(fù)荷的電源在切換過程中存在的短時(shí)停電、電流及電壓沖擊等問題,，本文設(shè)計(jì)了一種基于電力電子變流器的電源平滑切換裝置,。裝置充分利用了靈活的電力電子電能變換技術(shù)，通過變流器并網(wǎng)-離網(wǎng)-并網(wǎng)-脫離的過程,，完成舊電源到新電源的不停電,、平滑切換。該裝置可以用于變壓器間負(fù)荷的轉(zhuǎn)移以及調(diào)節(jié)三相不平衡負(fù)荷,。

　　關(guān)鍵詞： 電源平滑切換,；電力電子變流器；不間斷供電技術(shù),；三相不平衡

0 引言

　　電力負(fù)荷供電經(jīng)常需要從一個(gè)電源切換到另外一個(gè)電源,，一種切換方法是首先斷開舊電源供電，然后用新電源給負(fù)荷供電,，這種方法會(huì)造成負(fù)荷的短時(shí)停電,；另一種方法是首先通過構(gòu)建聯(lián)絡(luò),，負(fù)荷由新,、舊電源同時(shí)供電，然后斷開舊電源,，負(fù)荷改由新電源供電,，此種方法需要兩電源頻率相同，相位,、幅值差在一定范圍內(nèi),，合環(huán)沖擊電流滿足要求。本文設(shè)計(jì)了一種基于電力電子變流器的平滑切換裝置,，可以在負(fù)荷不停電的情況下完成無沖擊電流的電源切換操作,。

1 主電路拓?fù)?/strong>

　　本文設(shè)計(jì)的電源平滑切換裝置主電路拓?fù)淙鐖D1所示。

　　圖1中I,、II分別表示I電源和II電源的母線,，K1負(fù)載分別通過s5,、s6開關(guān)連接于I、II電源,，通過s4連接于變流器J1,，變流器J1分別通過s1、s2連接于I,、II電源,。同樣的連接方式可以擴(kuò)展到之后的K2等負(fù)載。

　　2 工作原理

　　變流器J1是整個(gè)切換裝置的核心部分,，通過利用變流器可靈活調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值,、相位、頻率的特點(diǎn),，完成負(fù)載在新,、舊電源之間的平滑的功率交接。下面首先通過介紹裝置的切換流程理解裝置的工作原理,，然后具體講解圖1的切換過程,，如圖2所示。

　　圖2展示了裝置的切換流程,，變流器將新電源的交流電通過整流成直流,，再逆變并網(wǎng)到舊電源，此時(shí)構(gòu)建了新,、舊電源同時(shí)供電模式,。逐漸增大變流器功率輸出，減小舊電源功率輸出,，當(dāng)舊電源功率接近零時(shí),，斷開舊電源，負(fù)載離網(wǎng)運(yùn)行,，由變流器獨(dú)立供電,。改變變流器輸出電壓的幅值、相位和頻率,，使其與新電源相同,，當(dāng)達(dá)到和新電源的并網(wǎng)條件時(shí)并入新電源，變流器再次并網(wǎng)運(yùn)行,。逐漸減小變流器輸出,，最終閉鎖變流器，并將變流器與電源和負(fù)載斷開,，平滑切換成功完成,。在切換過程中變流器經(jīng)歷了并網(wǎng)-離網(wǎng)-并網(wǎng)-脫離四個(gè)階段。

3 不同母線電源間的平滑切換應(yīng)用

　　圖1展示了裝置完成不同母線電源間平滑切換的一種應(yīng)用實(shí)例,，假設(shè)K1初始時(shí)工作于I母線,，s5處在合位,，s6拉開，s1,、s2,、s3、s4為拉開狀態(tài),，切換目標(biāo)為K1負(fù)載從I母線切換至II母線供電,，則進(jìn)行如下的操作：

　　（1）合上s2,，啟動(dòng)變流器,，調(diào)節(jié)變流器輸出電壓，使其相位,、幅值,、頻率與I母線電壓相同。

　?。?）合上s4,，K1電流由s5和變流器同時(shí)提供。

　?。?）增加變流器電流輸出,，減少s5上流過的電流到零附近。

　?。?）斷開s5,，負(fù)荷由變流器獨(dú)立供電。

　?。?）改變變流器L2輸出端的電壓幅值和相位,，使其與II母線電壓幅值、相位,、頻率相同,。

　　（6）合上s5,，K1電流由s6和變流器同時(shí)供電,。

　?。?）閉鎖變流器,，斷開s4，s2,，變流器退出供電,，K1線路由I母線獨(dú)立供電，切換完畢,。

　?。?）用同樣的流程可以完成K2在I,、II母線之間的平滑切換。

4 解決低壓三相不平衡的方案

　　低壓三相不平衡的根本原因是接入不同相的負(fù)荷功率不同,，通過切換單相分支的供電相可以達(dá)到調(diào)節(jié)三相負(fù)荷不平衡的目的,。傳統(tǒng)的換相裝置首先斷開舊相電源再接通新相電源，換相過程中存在一定時(shí)間的停電,，通過應(yīng)用本文中的平滑切換裝置,，可以在保證供電可靠性的情況下，完成不同相電源之間的平滑供電切換,。

　　圖3展示了三相不平衡解決方案的電路拓?fù)鋱D,，假設(shè)初始時(shí)刻s4閉合，其他開關(guān)斷開,，負(fù)荷工作于A相,，切換目標(biāo)是將負(fù)荷從A相供電切換至B相供電。切換程序如下：

　?。?）合上s2,，啟動(dòng)變流器，調(diào)節(jié)變流器輸出電壓,，使其相位,、幅值、頻率與A相電壓相同,。

　?。?）合上s7，負(fù)荷由變流器和s4同時(shí)供電,。

　?。?）增加變流器有功、無功輸出,，減少s4上流過的電流到零,。

　　（4）斷開s4,，負(fù)荷由變流器獨(dú)立供電,。

　　（5）改變變流器L2輸出端的電壓幅值和相位,，使其接近B相電壓幅值和相位,。

　　（6）合上s5,，負(fù)荷由s5和變流器同時(shí)供電,。

　　（7）閉鎖變流器,，斷開s7,，s2,，變流器退出供電，負(fù)荷由B相獨(dú)立供電,，切換完畢,。

5 電源平滑切換裝置的應(yīng)用意義

　　歸結(jié)起來，該裝置具有如下的應(yīng)用意義：

　?。?）減少因電源倒切造成的負(fù)荷停電,；

　　（2）避免了聯(lián)絡(luò)（合環(huán)）操作造成的電源之間及電源對(duì)負(fù)荷的沖擊,。

　?。?）該裝置切換過程中，在開關(guān)每次開通和斷開時(shí),，兩側(cè)的電壓可以認(rèn)為相同,，流過的電流為零，不會(huì)產(chǎn)生弧光放電,，因此切換裝置可以很好地保護(hù)開關(guān),，避免弧光放電對(duì)觸頭及絕緣氣體的損傷和消耗，延長(zhǎng)開關(guān)壽命,。

　?。?）通過該裝置可以完成異步電源甚至不同頻率電源之間的切換。

6 結(jié)論

　　本文介紹了一種基于電力電子變流器的電源平滑切換裝置,，重點(diǎn)介紹了其主電路拓?fù)浼肮ぷ髁鞒毯驮?。平滑切換裝置充分利用了變流器輸出的電壓、電流可靈活調(diào)節(jié)的特點(diǎn),，通過并網(wǎng)-離網(wǎng)-并網(wǎng)-脫離的工作流程,，完成了兩個(gè)電源不間斷供電情況下的平滑切換。該平滑切換裝置可以在變壓器負(fù)荷轉(zhuǎn)移,、調(diào)節(jié)三相不平衡等場(chǎng)合下得到應(yīng)用,。