一种电源切换装置用控制电路及控制方法与流程

1.本发明涉及电源切换技术领域，特别是一种电源切换装置用控制电路及控制方法。


背景技术：

2.风电场为保证台风期间偏航系统正常运转，提高风机抗灾能力，需要加入储能系统为机组偏航系统提供备用电源。风电储能备用电源系统需具备并离网切换功能，需满足在没有任何辅助电源的情况下电网来电能闭合切换开关，需满足电网低电压穿越时切换开关不跳闸。风电储能备用电源系统图如图1所示。
3.在申请号为cn201120401943.7的实用新型专利申请文件中提出了一种交流驱动器的电源切换电路，包括主回路，所述主回路包括整流电路，滤波电路和逆变电路，所述主回路上并联一切换电路，所述切换电路包括二极管和后备电源，所述二极管的负端连接所述主回路的母线的正端，所述二极管的正端连接后备电源的正端，所述后备电源的负端和所述主回路的母线的负端相连接；并提到：随着不可再生能源在世界范围内面临枯竭的窘境，为满足工业化生产和人类生活所需，人们对太阳能、风力、水力这些可再生能源的关注和利用已日渐提升。其中，风力发电是一种已经发展相对成熟的新能源开发技术，有着广泛的普及和应用。
4.变桨控制系统是风力发电机组的核心部件之一，其主要作用是通过改变风 力发电机组桨叶角度来调节风力发电机输出功率的大小，保证风力发电机输出 在额定功率以内。变桨驱动器和变桨电机是变桨控制系统的执行单元，也是变 桨系统最核心的部件之一。目前，我国风力发电组的变桨系统多采用直流驱动 器和直流电机，其普遍存在的问题是直流电机的功率密度小，成本高、维护麻 烦，换相电刷是磨损件需要定期更换等。尤其在风电行业普降成本，提高性价 比的今天，其缺点更加突出。
5.交流电机结构简单、可靠耐用、成本低、维护方便，正好克服了直流电机 的上述缺点。交流驱动器和交流电机在风电变桨控制系统中的应用已越来越广 泛。但是，应用于交流变桨控制系统的通用交流驱动器在功能和性能上难以满 足交流变桨驱动器的一些特殊要求，而且目前市场也很难找到一款风电变桨专 用的交流驱动器。而在风电变桨系统中，为了保证电网瞬时断电时变桨系统仍 然能够可靠工作，并且在电网断电后变桨系统能够收拢桨叶，变桨系统都有自 己的后备电源，这就要求电网电压供电和后备电源供电能够无缝切换。
6.风电储能电源切换装置目前市场上还没有成熟方案，由于切换开关的线圈启动冲击电流大（保持时电流小），用传统开关电源驱动需要很大功率，且不满足电网低电压穿越期间为线圈提供能量的要求，因此需要一种全新的电源切换装置控制电路去满足要求。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供的一种电源切换装置用控制电路及
控制方法，用于解决现有技术中风电储能电源切换装置目前市场上还没有成熟方案，由于切换开关的线圈启动冲击电流大，保持时电流小，用传统开关电源驱动需要很大功率，且不满足电网低电压穿越期间为线圈提供能量的要求的技术问题。
8.本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种电源切换装置用控制电路，包括风电储能备用电源系统，所述风电储能备用电源系统包括储能变流器pcs，还包括：风电储能备用电源控制电路：通电延时继电器ka1、开关电源pw1、储能电容c1、储能系统控制切换继电器k和继电器km1，其中：所述开关电源pw1第一输出端连接储能电容c1第一输入端，用于给储能电容c1充电；所述储能电容c1第一输出端连接继电器km1；所述储能电容c1两端并联有通电延时继电器ka1；所述开关电源pw1第二输出端连接通电延时继电器触点ka1
‑
1输入端；所述通电延时继电器触点ka1
‑
1输出端连接k第一输入端，所述储能变流器pcs第二输出端连接储能系统控制切换继电器k第二输入端；所述储能系统控制切换继电器k输出端连接继电器km1；所述电源切换开关km1
‑
2输出端连接负载；所述储能变流器pcs第一输出端连接负载；所述储能系统控制切换继电器k两端并联有km1自锁开关km1
‑
1。
9.优选的，还包括放电电阻r1，所述放电电阻r1并联在储能电容c1两端，用于在电网掉电时消耗储能电容c1的储能。
10.优选的，还包括储能电池，所述储能电池输出端连接储能变流器pcs输入端。
11.优选的，还包括第一保护断路器q1、第二保护断路器q2和第三保护断路器q3，所述第一保护断路器q1设置在电网输入端，所述第二保护断路器q2设置在储能变流器pcs输出端，所述第三保护断路器q3设置在负载输入端。
12.一种电源切换装置用控制方法，包括以下步骤：s1：当电网有电时，通过储能电容c1给继电器km1线圈供电；s2：当电网进行低电压穿越时，通过储能电容c1给继电器km1供电保证电源切换开关km1
‑
2不断开；s3：当电网掉电后，控制储能系统控制切换继电器k断开,储能变流器pcs转为离网运行给负载供电；s4：当电网来电后，储能变流器pcs首先停机，然后控制储能系统控制切换继电器k闭合，从而使得继电器km1闭合，储能变流器pcs开机并网运行。
13.优选的，所述s1包括以下步骤：s11：当电网有电时，通过小功率的开关电源pw1给储能电容c1充电；s12：当储能电容c1充电完成后，通电延时继电器ka1控制通电延时继电器触点ka1
‑
1闭合；s13：通过储能电容c1放电，继电器km1得电，驱动km1自锁开关继电器km1
‑
1与电源切换开关km1
‑
2闭合；s14：负载得电。
14.优选的，所述s3包括以下步骤：s31：当电网掉电后，通过储能变流器pcs控制储能系统控制切换继电器k断开；s32：储能变流器pcs离网运行，给负载供电；s33：放电电阻r1消耗储能电容c1的能量，通电延时继电器ka1控制通电延时继电
器触点ka1
‑
1断开。
15.本发明具有以下优点：1、解决了要用大功率的开关电源才能驱动电源切换开关的问题；2、解决了电网低电压穿越期间电源切换开关会断开的问题；3、用较低的成本及简单的电路保证了风电储能电源切换装置的可靠运行。
附图说明
16.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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
17.图1 为风电储能备用电源系统图；图2为风电储能备用电源控制电路图。
18.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
19.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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作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。
21.另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
22.目前，风电储能电源切换装置目前市场上还没有成熟方案，由于切换开关的线圈启动冲击电流大（保持时电流小），用传统开关电源驱动需要很大功率，且不满足电网低电压穿越期间为线圈提供能量的要求，因此需要一种全新的电源切换装置控制电路去满足要求。
23.为了解决以上技术问题，特提出一种电源切换装置用控制电路及控制方法，并提出以下具体实施例。
24.实施例1：当电网有电时：如图2所示，一种电源切换装置用控制电路，包括风电储能备用电源系统，所述风电储能备用电源系统包括储能变流器pcs，还包括：风电储能备用电源控制电路：通电延时继电器ka1、开关电源pw1、储能电容c1、储能系统控制切换继电器k和继电器km1，其中：所述开关电源pw1第一输出端连接储能电容c1第一输入端，用于给储能电容c1充电；所述储能电容c1第一输出端连接继电器km1；所述储能电容c1两端并联有通电延时继电器ka1；所述开关电源pw1第二输出端连接通电延时继电器触点ka1
‑
1输入端；所述通电延时继电器触点ka1
‑
1输出端连接k第一输入端，所述储能变流器pcs第二输出端连接储能系统
控制切换继电器k第二输入端；所述储能系统控制切换继电器k输出端连接继电器km1；所述电源切换开关km1
‑
2输出端连接负载；所述储能变流器pcs第一输出端连接负载；所述储能系统控制切换继电器k两端并联有km1自锁开关km1
‑
1。
25.在本实施例中，还包括放电电阻r1，所述放电电阻r1并联在储能电容c1两端，用于在电网掉电时消耗储能电容c1的储能。
26.在本实施例中，还包括储能电池，所述储能电池输出端连接储能变流器pcs输入端。
27.在本实施例中，还包括第一保护断路器q1、第二保护断路器q2和第三保护断路器q3，所述第一保护断路器q1设置在电网输入端，所述第二保护断路器q2设置在储能变流器pcs输出端，所述第三保护断路器q3设置在负载输入端。
28.一种电源切换装置用控制方法，包括以下步骤：s1：当电网有电时，通过储能电容c1给继电器km1线圈供电；在本实施例中，所述s1包括以下步骤：s11：当电网有电时，通过小功率的开关电源pw1给储能电容c1充电；s12：当储能电容c1充电完成后，通电延时继电器ka1控制通电延时继电器触点ka1
‑
1闭合；s13：通过储能电容c1放电，继电器km1得电，驱动km1自锁开关km1
‑
1与电源切换开关km1
‑
2闭合；s14：负载得电。
29.实施例2：当电网进行低电压穿越时：如图2所示，一种电源切换装置用控制电路，包括风电储能备用电源系统，所述风电储能备用电源系统包括储能变流器pcs，还包括：风电储能备用电源控制电路：通电延时继电器ka1、开关电源pw1、储能电容c1、储能系统控制切换继电器k和继电器km1，其中：所述开关电源pw1第一输出端连接储能电容c1第一输入端，用于给储能电容c1充电；所述储能电容c1第一输出端连接继电器km1；所述储能电容c1两端并联有通电延时继电器ka1；所述开关电源pw1第二输出端连接通电延时继电器触点ka1
‑
1输入端；所述通电延时继电器触点ka1
‑
1输出端连接k第一输入端，所述储能变流器pcs第二输出端连接储能系统控制切换继电器k第二输入端；所述储能系统控制切换继电器k输出端连接继电器km1；所述电源切换开关km1
‑
2输出端连接负载；所述储能变流器pcs第一输出端连接负载；所述储能系统控制切换继电器k两端并联有km1自锁开关km1
‑
1。
30.在本实施例中，还包括放电电阻r1，所述放电电阻r1并联在储能电容c1两端，用于在电网掉电时消耗储能电容c1的储能。
31.在本实施例中，还包括储能电池，所述储能电池输出端连接储能变流器pcs输入端。
32.在本实施例中，还包括第一保护断路器q1、第二保护断路器q2和第三保护断路器q3，所述第一保护断路器q1设置在电网输入端，所述第二保护断路器q2设置在储能变流器pcs输出端，所述第三保护断路器q3设置在负载输入端。
33.一种电源切换装置用控制方法，包括以下步骤：
当电网进行低电压穿越时，通过储能电容c1给继电器km1供电保证电源切换开关km1
‑
2不断开；s3：当电网掉电后，控制储能系统控制切换继电器k断开,储能变流器pcs转为离网运行给负载供电；s4：当电网来电后，储能变流器pcs首先停机，然后控制储能系统控制切换继电器k闭合，从而使得km1闭合，储能变流器pcs开机并网运行。
34.在本实施例中，所述s1包括以下步骤：s11：当电网有电时，通过小功率的开关电源pw1给储能电容c1充电；s12：当储能电容c1充电完成后，通电延时继电器ka1控制通电延时继电器触点ka1
‑
1闭合；s13：通过储能电容c1放电，km1控制器得电，驱动km1自锁开关km1
‑
1与电源切换开关km1
‑
2闭合；s14：负载得电。
35.在本实施例中，所述s3包括以下步骤：s31：当电网掉电后，通过储能变流器pcs控制储能系统控制切换继电器k断开；s32：储能变流器pcs离网运行，给负载供电；s33：放电电阻r1消耗储能电容c1的能量，通电延时继电器ka1控制通电延时继电器触点ka1
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1断开。
36.实施例3：如图2所示：当电网掉电后：一种电源切换装置用控制电路，包括风电储能备用电源系统，所述风电储能备用电源系统包括储能变流器pcs，还包括：风电储能备用电源控制电路：通电延时继电器ka1、开关电源pw1、储能电容c1、储能系统控制切换继电器k和继电器km1，其中：所述开关电源pw1第一输出端连接储能电容c1第一输入端，用于给储能电容c1充电；所述储能电容c1第一输出端连接继电器km1；所述储能电容c1两端并联有通电延时继电器ka1；所述开关电源pw1第二输出端连接通电延时继电器触点ka1
‑
1输入端；所述通电延时继电器触点ka1
‑
1输出端连接k第一输入端，所述储能变流器pcs第二输出端连接储能系统控制切换继电器k第二输入端；所述储能系统控制切换继电器k输出端连接继电器km1；所述电源切换开关km1
‑
2输出端连接负载；所述储能变流器pcs第一输出端连接负载；所述储能系统控制切换继电器k两端并联有km1自锁开关km1
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1。
37.在本实施例中，还包括放电电阻r1，所述放电电阻r1并联在储能电容c1两端，用于在电网掉电时消耗储能电容c1的储能。
38.在本实施例中，还包括储能电池，所述储能电池输出端连接储能变流器pcs输入端。
39.在本实施例中，还包括第一保护断路器q1、第二保护断路器q2和第三保护断路器q3，所述第一保护断路器q1设置在电网输入端，所述第二保护断路器q2设置在储能变流器pcs输出端，所述第三保护断路器q3设置在负载输入端。
40.一种电源切换装置用控制方法，包括以下步骤：当电网掉电后，通过储能变流器pcs离网运行给负载供电；
具体的，s31：当电网掉电后，通过储能变流器pcs控制储能系统控制切换继电器k断开；s32：储能变流器pcs离网运行，给负载供电；s33：放电电阻r1消耗储能电容c1的能量，通电延时继电器ka1控制通电延时继电器触点ka1
‑
1断开。
41.实施例4：当电网来电后：如图2所示，一种电源切换装置用控制电路，包括风电储能备用电源系统，所述风电储能备用电源系统包括储能变流器pcs，还包括：风电储能备用电源控制电路：通电延时继电器ka1、开关电源pw1、储能电容c1、储能系统控制切换继电器k和继电器km1，其中：所述开关电源pw1第一输出端连接储能电容c1第一输入端，用于给储能电容c1充电；所述储能电容c1第一输出端连接继电器km1；所述储能电容c1两端并联有通电延时继电器ka1；所述开关电源pw1第二输出端连接通电延时继电器触点ka1
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1输入端；所述通电延时继电器触点ka1
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1输出端连接k第一输入端，所述储能变流器pcs第二输出端连接储能系统控制切换继电器k第二输入端；所述储能系统控制切换继电器k输出端连接继电器km1；所述电源切换开关km1
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2输出端连接负载；所述储能变流器pcs第一输出端连接负载；所述储能系统控制切换继电器k两端并联有km1自锁开关km1
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1。
42.在本实施例中，还包括放电电阻r1，所述放电电阻r1并联在储能电容c1两端，用于在电网掉电时消耗储能电容c1的储能。
43.在本实施例中，还包括储能电池，所述储能电池输出端连接储能变流器pcs输入端。
44.在本实施例中，还包括第一保护断路器q1、第二保护断路器q2和第三保护断路器q3，所述第一保护断路器q1设置在电网输入端，所述第二保护断路器q2设置在储能变流器pcs输出端，所述第三保护断路器q3设置在负载输入端。
45.一种电源切换装置用控制方法，包括以下步骤：当电网来电后，储能变流器pcs首先停机，然后控制储能系统控制切换继电器k闭合，从而使得km1闭合，储能变流器pcs开机并网运行。
46.本次发明对切换装置的控制采用先储能再驱动的方案，具体方案如下：风电储能电源切换装置控制电路图如图2所示，由保护断路器q1/q2/q3、继电器km1、开关电源pw1、储能电容c1、放电电阻r1、通电延时继电器触点ka1
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1、储能系统控制切换继电器k、储能变流器pcs及储能电池组成。
47.风电储能电源切换装置工作原理描述如下:1、当电网有电时首先通过小功率的开关电源pw1给储能电容c1充电，当电容充电完成后延时继电器闭合，储能电容c1放电驱动电 源切换开关km1闭合，然后负载得电。
48.2、当电网进行低电压穿越时，由储能电容c1给km1供电保证km1不断开。
49.3、当电网掉电后，pcs控制k断开，然后pcs离网运行给负载供电，同时放电电阻消耗掉储能电容c1的能量，从而使通电延时继电器触点ka1
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1断开，保证下次电网来电时能先储能再驱动电源切换开关km1
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2闭合。
50.4、当电网来电后，储能变流器pcs首先停机，然后控制储能系统控制切换继电器k
闭合，从而使得km1闭合，储能变流器pcs开机并网运行。
51.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。