基于双电源热备用的配电母线快速倒闸控制方法及系统与流程

本技术涉及配电供电控制，具体涉及一种基于双电源热备用的配电母线快速倒闸控制方法及系统。

背景技术：

1、在工业配电系统中，配电母线通常连接多条负荷支路，部分负荷对供电连续性具有较高要求。为降低工作电源异常对负荷运行的影响，可采用工作电源与热备用电源分别经开关连接配电母线的供电结构，使热备用电源保持可供电状态。工作电源异常时，控制装置断开工作电源与配电母线的连接，并在满足切换条件后接入热备用电源。现有倒闸控制方式可依据电压条件或预设延时确定切换时机，以缩短供电中断时间并限制切换冲击。

2、然而，配电母线所接负荷的类型及运行工况存在差异，倒闸期间的电压变化和接通后的电流冲击也随之变化。不同负荷对低压持续时间的耐受能力不同，切换等待时间过长可能导致负荷退出运行，而单纯缩短切换时间又可能增大接通时的电流冲击。对于主要依据固定阈值或预设延时进行控制的方式，在负荷工况变化时，可能难以同时满足供电连续性和切换安全性的要求。因此，如何兼顾负荷供电连续性与切换电流限制，实现双电源热备用条件下的配电母线快速倒闸，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术提供一种基于双电源热备用的配电母线快速倒闸控制方法及系统，用于在配电母线电源切换过程中兼顾负荷供电连续性与切换电流限制。

2、本技术实施例的第一方面，提供了一种基于双电源热备用的配电母线快速倒闸控制方法，配电母线经工作开关、备用开关分别连接工作电源、热备用电源，各负荷支路经支路开关连接配电母线；控制装置与电气采样单元及各开关的状态反馈端、控制端信号连接。方法包括以下步骤：s1，检测工作电源电压，在工作电源电压低于切换阈值且热备用电源满足供电条件时，控制工作开关分闸并确认断开；s2，按接通负荷支路的切除权限确定支路开关的预计通断状态，依据预计通断状态及需分闸支路开关预计触头断开时刻建立母线等效电路；s3，按母线等效电路及采样数据，预测母线残压及备用开关在不同预计触头闭合时刻接通后的母线电压和备用开关电流；衔接实测与预测的母线电压有效值，计算预计保持接通的各负荷支路接入点电压连续低于对应负荷最低运行电压的低压持续时间；s4，筛选低压持续时间均不超过对应负荷允许低压持续时间、且备用开关电流的预测峰值不超过允许电流峰值的预计触头闭合时刻，按指令发出至备用开关触头闭合的时延换算合闸指令发送时段，形成合闸指令发送时段后控制预计断开的支路开关分闸；s5，依据状态反馈确认预计通断状态后，更新母线等效电路并结合最新采样数据预测母线电压和备用开关电流，结合实测母线电压重新计算低压持续时间，按对应负荷允许低压持续时间及允许电流峰值更新合闸指令发送时段；仅在工作开关断开、热备用电源满足供电条件且更新后的合闸指令发送时段存在时，于合闸指令发送时段内发送合闸指令。

3、通过依据负荷支路的预计通断状态及支路开关预计触头断开时刻建立母线等效电路，将支路状态变化对母线残压及热备用电源接通后电压、电流的影响纳入预测，为合闸时机的选择提供依据。实测与预测母线电压的衔接能够反映负荷经历的连续低压过程，结合允许低压持续时间和允许电流峰值筛选合闸时机，有助于减少单纯追求切换速度而忽略电流冲击，或等待过久导致负荷退出运行的情况。支路状态确认及预测更新，使合闸指令发送时段与实际负荷连接状态相适应；时延换算将指令发送时刻与触头闭合时刻对应起来，有助于减小合闸时机的执行偏差。由此，有助于降低保持接通负荷因持续低压而退出运行的风险，在限制切换电流冲击的同时兼顾负荷供电连续性与快速倒闸的需求。

4、进一步地，步骤s2中，建立母线等效电路，包括：获取各负荷支路的电气参数及电压、电流采样数据，负荷支路包括电动机支路；根据电动机支路的电气参数及采样数据，确定等效阻抗以及残余电势的幅值和相角，以残余电势源与等效阻抗串联形成电动机支路模型；对于非电动机支路，按照预设电气模型及对应参数建立支路模型；按照各负荷支路与配电母线的连接关系接入对应支路模型，并根据预计通断状态及预计触头断开时刻设置各支路模型的接通区间；根据工作开关断开后的电动机支路采样数据，更新残余电势的幅值和相角随时间的变化关系，作为母线残压预测的依据。

5、通过将电动机残余电势、等效阻抗及各支路的接通区间纳入母线等效电路，使母线残压预测能够反映负荷电气特性和支路连接关系。利用采样数据更新残余电势的变化关系，有助于减小因未及时反映负荷运行状态变化而产生的预测偏差。

6、进一步地，步骤s3中，预测母线残压，包括：以采样截止时刻为预测起点，确定预测终点，将处于预测起点与预测终点之间的支路开关预计触头断开时刻按时间排序，将相同时刻合并为一个分段边界；以预测起点、各分段边界及预测终点划分时间区间，按照各时间区间内预计接通的负荷支路确定母线等效电路的连接关系；计算至每一分段边界时，在母线等效电路中断开预计触头断开时刻与分段边界一致的支路模型；将分段边界后预计保持接通的电动机支路在前一时间区间末端的残余电势幅值和相角，作为后一时间区间的初始值，继续计算至预测终点。

7、通过按预计触头断开时刻分段计算母线残压，使模型中的电路连接关系随支路预计断开而变化。相邻时间区间之间延续保持接通电动机支路的残余电势状态，有助于减少状态衔接不一致造成的预测偏差。

8、进一步地，步骤s3中，预测备用开关接通后的母线电压和备用开关电流，包括：根据热备用电源的电压采样数据确定预测电压波形，并获取热备用电源的等效供电阻抗；针对每一预计触头闭合时刻，以接通前预测得到的支路电流和电动机残余电势作为接通计算的初始条件，以预测电压波形作为电源输入，在母线等效电路中经等效供电阻抗接入热备用电源模型；从预计触头闭合时刻开始，计算预设恢复观察时长内的母线电压和备用开关电流，将备用开关电流绝对值的最大值作为电流峰值；恢复观察时长不小于预计保持接通负荷的允许低压持续时间及预设再启动电流持续时间中的最大值。

9、通过将接通前的负荷状态与热备用电源电压及等效供电阻抗相结合，可以比较不同预计触头闭合时刻下的电压恢复和电流变化。在预设恢复观察时长内提取电流峰值，有助于将接通后的电流冲击纳入合闸时机评价。

10、进一步地，步骤s3中，计算低压持续时间，包括：以负荷支路与配电母线的连接节点为接入点，按统一时间基准衔接实测母线电压、采样截止至预计触头闭合期间的预测母线残压及接通后的预测母线电压；采用等长滑动时间窗计算接入点电压有效值；时间窗跨越采样截止时刻或预计触头闭合时刻时，采用窗内各时间区段的电压数据共同计算；计算接入点电压有效值连续低于对应负荷最低运行电压的各时间区间的持续时间；更新预测时保留未结束低压区间的起始时刻，持续时间超过对应负荷允许低压持续时间或预测结束时低压区间仍未结束的，排除对应的预计触头闭合时刻。

11、通过统一时间基准并采用等长滑动时间窗，将实测电压与不同阶段的预测电压用于连续低压过程的计算。更新预测时保留未结束低压区间的起始时刻，有助于减少重复起算导致的持续时间低估，避免将低压持续时间超限或预测结束时低压区间仍未结束的预计触头闭合时刻选入允许范围。

12、进一步地，步骤s4中，换算合闸指令发送时段，包括：将筛选得到的预计触头闭合时刻按时间连续性划分为允许触头闭合时段，获取控制装置发出合闸指令至备用开关触头闭合的时延下限和时延上限；将允许触头闭合时段的起点减去时延下限、终点减去时延上限，分别作为合闸指令发送时段的起点和终点；排除起点晚于终点的合闸指令发送时段，并剔除其余时段中早于当前时刻的部分，保留非空时段；更新合闸指令发送时段时采用相同换算规则。

13、通过分别利用时延下限和时延上限换算合闸指令发送时段的起止时刻，将指令发出至备用开关触头闭合的时延变化范围纳入时段选择。剔除无效及已过期时段，有助于使合闸指令发送时段与实际可执行时间相符，并降低触头闭合时刻偏离允许触头闭合时段的风险。

14、进一步地，步骤s4中，获取时延下限和时延上限，包括：读取历史已完成合闸动作中控制装置发出合闸指令及接收合位状态反馈的时刻，并换算至统一时间基准；将合位状态反馈接收时刻减去预先标定的触头闭合至反馈接收的时间差，再减去对应的合闸指令发出时刻，得到各次合闸动作的时延；取最近预设次数时延的最小值减去预设时间裕量并与零取较大值，作为时延下限；取最大值加上时间裕量，作为时延上限；历史记录少于预设次数时，采用预先标定的时延下限和时延上限。

15、通过扣除触头闭合至反馈接收的时间差，减小反馈延迟对指令发出至备用开关触头闭合的时延估计的影响。结合近期历史时延和时间裕量确定上下限，有助于使合闸指令发送时段的换算适应近期时延变化；历史记录不足时采用标定值，使换算仍有相应的时延参数可用。

16、进一步地，步骤s2中，确定预计通断状态，包括：先将接通的各支路开关均设为预计保持接通，据此建立母线等效电路并进行预测，确定是否形成合闸指令发送时段；未形成合闸指令发送时段时，按供电优先级由低至高，将允许切除的接通负荷支路对应的支路开关逐次设为预计断开，并保留已设为预计断开的状态；每次均以本轮实测状态为基础，按全部预计断开的支路开关及预计触头断开时刻更新母线等效电路，重新预测并确定合闸指令发送时段；首次形成合闸指令发送时段时，保留对应的预计通断状态并停止调整；全部允许切除的接通负荷支路均参与预测后仍未形成合闸指令发送时段时，不发送支路分闸指令。

17、通过先评价全部支路保持接通的情况，再按供电优先级逐次模拟切除，使预计切除范围与合闸指令发送时段的形成结果相联系。首次形成合闸指令发送时段后停止调整，有助于避免继续扩大预计切除范围，并优先保留供电优先级较高的负荷。全部模拟均未形成合闸指令发送时段时不执行支路分闸，有助于减少未形成可行合闸时段的支路切除操作。

18、进一步地，步骤s5中，更新母线等效电路，包括：对于已确认断开的支路开关，在统一时间基准下，将控制装置接收分位状态反馈的时刻减去预先标定的触头断开至分位状态反馈接收的时间差，得到校正后的触头断开时刻，并据此修正对应支路模型的接通区间；根据实际接通的负荷支路更新母线等效电路的连接关系；存在实际接通的电动机支路时，利用按各支路模型接通区间更新后的母线等效电路，计算对应电动机支路在最新采样时刻的残余电势幅值和相角，结合对应支路的最新电压、电流采样数据修正幅值和相角，并将修正结果作为后续预测的初始条件。

19、通过校正触头断开时刻并修正支路接通区间，使模型中的支路变化过程更接近实际动作过程。结合最新采样数据修正电动机残余电势，有助于减小预计断开时刻与实际动作的偏差，以及负荷状态估计偏差对后续预测的影响。

20、进一步地，步骤s1中，确认工作开关断开，包括：从工作开关的分闸指令发出时刻开始计算等待时间，并检测分位状态反馈及主回路电流有效值；分位状态反馈表明工作开关处于分闸位置，且主回路电流有效值低于预设断开确认阈值时，开始连续计时；任一条件不再满足时，连续计时清零，等待时间继续累计；连续计时达到预设断开状态保持时间时，确认工作开关断开；等待时间达到预设分闸反馈等待时限仍未确认断开时，禁止发送本次备用开关合闸指令。

21、通过联合分位状态反馈、主回路电流及持续保持时间确认工作开关断开，有助于降低瞬时反馈波动引起的误确认风险。等待超时仍未确认断开时禁止发送合闸指令，可降低在工作电源连接状态未确认的情况下接入热备用电源的风险。

22、进一步地，步骤s1中，判断热备用电源满足供电条件，包括：检测热备用电源的电压有效值、频率及相序；电压有效值和频率分别处于对应预设范围内，且相序与配电母线的预设相序一致时，判定热备用电源满足供电条件。在发送备用开关合闸指令前重新判断供电条件，并读取母线保护闭锁信号；供电条件不满足或者母线保护闭锁信号有效时，禁止发送本次备用开关合闸指令。

23、通过检查热备用电源的电压、频率和相序，并在合闸前再次判断供电条件及保护闭锁状态，使合闸控制兼顾电源状态变化和保护要求，有助于降低不满足供电条件或存在保护闭锁时接入热备用电源的风险。

24、本技术实施例的第二方面，提供了一种基于双电源热备用的配电母线快速倒闸控制系统，用于实施上述任一方法，包括配电母线、工作开关、备用开关、支路开关、电气采样单元和控制装置；配电母线经工作开关连接工作电源，经备用开关连接热备用电源，各负荷支路经对应的支路开关连接配电母线；电气采样单元的电压采样端分别连接设置于工作电源、热备用电源、配电母线及各负荷支路的电压传感器输出端，电流采样端分别连接设置于工作开关主回路及各负荷支路的电流传感器输出端，数据输出端与控制装置的采样接口信号连接；控制装置的状态输入接口分别与工作开关、备用开关及各支路开关的状态反馈端信号连接，并与母线保护装置的闭锁信号输出端信号连接；控制装置的控制输出接口分别与工作开关、备用开关及各支路开关的控制端信号连接；控制装置包括处理器和存储器，处理器分别与存储器、采样接口、状态输入接口及控制输出接口连接；存储器存储程序，处理器执行程序时，根据采样数据及输入信号执行上述任一方法，并通过控制输出接口向对应开关发送分合闸指令。

25、通过连接电压、电流采样通道、开关状态反馈及保护闭锁输入，使控制装置能够获取电气状态和开关动作信息。处理器执行程序并经控制输出接口发送分合闸指令，使采样、计算、反馈与开关控制相衔接，有助于将预测结果和合闸指令发送时段落实为相应的开关操作。