郑州众智科技股份有限公司 徐红宗 王磊 崔文峰

　　1 引言

　　在电力行业中，低压双电源自动转换领域，已经发展十分成熟，开关切换电流从几十安培到几千安培，功能从人工手动切换发展到全自动切换，有一体式PC级开关，也有分体式的CB级开关。在ATS市场中常用的开关的控制原理皆为先切离再闭合，这种方式在开关切换时必然会导致负载出现短时断电过程，因为在两路供电电源中，在波形不同相时切换，是不能先合再分闸的，不然会造成开关短路，可能会瞬间烧毁，所以在负载供电要求不严，容许短时断电的场合应用十分普遍。如果用户对供电要求很高，在负载工作期间，任何时候不能断电，即使主用电源停电，也要保证负载的供电，那就需要用到STS静态切换，控制备用电源始终与主用电源同步，在主用电源停电或需要切换时，快速切换到备用供电，保证了负载的不断电切换，但此中方式，整个系统造价昂贵，不适用一般场合。但是有些场合对供电要求相对较高，在主用停电后，能起动备用电源，负载经过短时的停电然后切换到备用电源供电，而在供电电源正常情况下，不容许轻易负载断电，特别是为电力设备检修、定时试机、发电回切市电、及多台发电机组循环工作时带来不便，在这种场合正是同步切换适用的领域。随着行业技术的发展和需求，同步切换的应用也逐渐发展起来。

　　2 同步切换系统的构成

　　同步切换系统是由ATS开关及控制器组成。ATS开关一般为两个CB级的断路器组成，可以控制两路供电同时合闸，无需做开关的互锁电路。控制器是检测两路供电电源的电力参数，在达到合分闸条件时控制开关合分闸。同步切换系统与一般的ATS切换系统的区别在于，同步切换系统无需做两路开关的互锁，而一般的ATS切换系统严禁两路开关同时合闸，所以必须增加互锁电路或通过开关结构设计解决，同时控制器的数据采样精度及可靠性要求更高。同步切换时没有电流冲击，因此可以显著提高开关切换寿命。

　　3 同步切换原理

　　同步切换的工作原理是在两路电源都正常时，检测两路供电电源的电力参数，在两路电源的频率差、相位差及电压差在规定范围内时，及时控制待同步合闸侧的开关合闸，待检测到合闸已到位信号时，将待分离侧的开关断开，从而达到同步切换而负载不断电的目的，通过精确控制，保证两路电源在同步切换时的并联时间不超过1秒钟，进一步减小因微小的失步造成的电源冲击。

　　同步三要素：相位差、频率差、电压差。

　　相位差：是同步中至关重要的参数，在相位差较大时，同步的瞬间各相的瞬时压差也会很大，此时切换对开关和电源冲击较大，严重时会烧毁开关。为了减小冲击，同时考虑开关的工作延时，相位差一般选取5°左右。

　　频率差：较小的频率差可以为切换过程争取更多的安全时间。频率差一般选取0.2Hz左右。若使用的开关合闸动作时间较长（大于100毫秒），可将频率差选取的更小一些，有利于减小合闸冲击。

　　电压差：是两路电源电压有效值的差值，较小的电压差也会减小切换时的冲击。电压差一般选取5V左右，在有些要求不高的场合只要电压在正常范围内,也可以对电压差不做要求。

　　注：两路均为市电电源时严禁用于同步切换，市电容量近似无穷大，微小的电压差也会产生较大的冲击电流。同步切换适用于发电与发电、发电与市电之间切换。

　　4 同步切换逻辑

　　S1表示一路电源，S2表示二路电源，以下以S1同步合闸为例，S2同步合闸逻辑与S1同步合闸逻辑相同。

　　S1同步合闸：S1、S2电源电压均正常，S2已带载，等待S1与S2电源满足同步条件后，S1合闸脉冲输出，直到检测到S1合闸状态闭合或延时时间超过同步合分闸检测时间时，断开S1合闸脉冲输出，同时S2分闸脉冲输出，直到检测到S2合闸状态断开或延时时间超过同步合分闸检测时间时，断开S2分闸脉冲输出。在同步过程中若合分闸时间超过同步合分闸检测时间，则合闸失败报警或分闸失败报警。详细动作逻辑参见图3、图4、图5。

　　同步失败报警动作：可设置为警告报警或故障报警。同步失败后依然继续等待同步，直到同步后合闸。警告报警时，同步完成或退出同步时，报警清除。故障报警时，需按报警复位键清除报警。

　　同步失败后强制转换：若此项设置为有效，同步失败后，将执行非同步合闸，且不发出同步失败报警。

　　同步失败延时：即等待同步三要素条件满足的时间，超时后将发出同步失败报警。

　　同步合分闸检测时间：即同步合分闸脉冲时间。同步切换时，同步合闸或分闸输出开始延时，延时过程中检测到正确的合闸状态后停止合分闸脉冲输出，若延时结束后，依然检测不到正确的合闸状态时，将合闸失败报警或分闸失败报警。

　　t1-t3：S1合闸脉冲时间，即同步合分闸检测时间，最长为1s，可设置0.1-1.0秒，默认为0.6s，若超时未检测到S1合闸到位，发出S1合闸失败报警，强制执行S1分闸；

　　t2：S1合闸到位；

　　t2-t3：合闸状态确认时间；

　　t3-t5：S2分闸脉冲时间，即同步合分闸检测时间，最长为1s，可设置0.1-1.0秒，默认为0.6s，若超时未检测到S2分闸到位，发出S2分闸失败报警，强制执行S1分闸；

　　t4：S2分闸到位；

　　t4-t5：分闸状态确认时间；

　　t2-t4：为并联时间，最长不超过1秒。

　　按照这种同步切换方法实现的控制逻辑，可以适用与多种不同的开关，因为不同的开关合闸动作时间及分闸动作时间都存在很大差异，而这种控制逻辑是通过状态检测及时间延时实现的，已经考虑到了合闸及分闸过程中的延迟，即可靠又安全。

　　5 结束语

　　本文介绍的同步合闸逻辑已在众智科技股份有限公司的双电源控制器HAT700中实现，经过长期现场应用测试，切换效果良好，切换过程平稳，电流冲击小，安全可靠。

　　参考文献

　　[1]《HAT700双电源同步切换控制器用户手册》2015年V1.1.

　　[2]《低压开关设备和控制设备第6部分多功能设备自动转换开关电器》GB/T 14048.11-2002.

　　作者简介

　　徐红宗（1982-）男，河南信阳人，郑州众智科技股份有限公司研发中心副总监，从事郑州众智科技股份有限公司双电源控制器设计开发工作。