AMY-MS-0.4低压快速切换装置
在电力系统中根据负载类型分为“有源负载”和“无源负载”;有源负载:当系统发生短路时,可以向短路点提供短路电流,成为“有源负载”,如电动机、发电机等。无源负载:当系统发生短路时不向系统提供短路电流的负载,成为“无源负载”,如卤素灯、电弧炉等。
无论是开路还是短路故障,对变频器来说,都是致命的,其前端整流部分失压或低压,都不能给储能电容器继续充电,后端的逆变部分只能依赖电容器在电源故障前储存的能噩继续工作,事实证明,当变频器前端电压低于70%时,电容器储能仅能维持变频器满负荷工18ms,之后就保护停机,因此,变频器要求低于70%电压的工况不得超过18ms。
开路故障时,电动机磁场衰减缓慢,机端电压可以维持几百毫秒以上;可在短路故障时,电动机磁场衰减时间常数只有30ms左右,90ms后恢复供电时,相当千电机群直接起动,二次冲击电流接近最大值,因此,电动机要求供电故障时间越短越好。
开路故障时,有电动机剩余电压支撑,—般可坚持几百毫秒不跳;可短路故障时,线包维持的时间不大千20ms, 因此,要求供电故障时间不得超过20ms。
AMY-MS-0.4有源快速投切装置采用超级电容或碳基电容电池作为储能介质,通过DC/AC逆变器输出与电网同步的AC380V或其它电 压等级的交流电源,作为电网的短时备用电源。当电网出现“晃电”或短时停电时,通过涡流驱动真空 快速切换开关(切换时间<20ms) , 将用电敏感设备快速的切换至储能单元供电,待电网恢复正常后,再切回电网供电,保证用电敏感设备在电网发生波动期间能够正常工作,以避免造成重大经济损失。
本装置采用分布式、多点治理即就地治理,每台装置最大可带敏感负荷 200kW/2 (5) s, 是目前治理电压陡降的最有效、最经济,且完全满足I 、II类敏感负荷对供电电能质量持续性的要求的治理方式,适用千精密制造、半导体制造、汽车制造、钢铁石化及大型公共场所照明 等场所敏感负荷对供电电能质量持续性的要求。
400V高速断路器及切换控制器装置 (AMY-MS-0.4) , 如上图所示,它由切换装置、逆变装置、储能装置三个单元组成。
切换装置由快速切换开关及切换控制器组成,工作逻辑快速切换开关闭合时流过正常工作电流,当出现晃电时在20ms内将敏感负载的电源从工作电源切除,切换控制器对逆变装置发出供电命令,由逆变装置对负载进行供电。
储能单元储存的能量通过DC/AC逆变器逆变为与电网同步的三相交流AC380V或其它电压等级的电源,当电网发生“晃电”或短时故障时,短时给用电敏感负载供电。
储能单元SU由碳基电容电池组组成,单节电池容量为1. 3AH,采用多节串并联组成,单体电池间无需均衡,循环寿命达万次以上且免维护,输出可直接短路,温度特性好,寿命长,可以满足系统200kW/2(5)s 短时间、高倍率供电时间要求。
电网正常清况下,用电敏感设备由电网供电,本装置通过电网给碳基电容电池充电并保持,同时逆变输出与电网同步的交流AC380V或其它电压等级的电源。当电网发生”晃电”或短时故障时,快速切换开关控制器通过对故障进行快速诊断,判断故障是区内或区外故障。若故障为区外故障引起电压陡降,控制器在1 ms内立即发出切换指令,快速切换开关在4 ms以内将用电敏感设备从电网断开,切换控制器对逆变装置发出供电命令,由逆变装置对负载进行供电约2s或5s, 确保用电设备停电时间不超过20ms。若电网停电时间超过2s或5s, 则停机,待电网恢复正常后,用电敏感设备再切回电网供电;若故障为区内故障,则快速开关直接快速切断故障支路,不切换不能把故障引入本设备中。
本装置有2面或3 面屏组成,即1 面DC/AC逆变器屏、1面或2面储能及快速切换屏,平面布置见下图。
按照前文关于VSC“涡流驱动”快速断路器的内容。
切换控制器可在工作电源系统发生短路故障或失电的1ms之内发出动作信号,实现两路电源的自动切换。
当本支路以外或外网发生短路故障时,对电动机来说,本支路的电动机向短路点反馈电流较小,电压大幅下降,以此来判定为区外短路,.可以进行切换。对变频器的支路来说,电压大幅下降,变频器交流侧电压低千直流侧母线电压,该支路输入电流为零,立即进行切换。
当本支路内部发生近区短路时,短路电流较大,电压大幅下降,为区内短路。此时只能切断支路,不能把发生短路的支路切换到备用电源上去。
通过对系统电流、电压变化特征的分析,可以判断系统故障类型,从而采取相应的投切策略。本公司研发的快速算法,能在短路电流上升1ms内完成对短路电流、母线电压的计算,判断内外网短路及电压凹陷,并发出动作信号。对于有电动机的支路,控制器立即发出分
闸信号和切换信号,在第一个周波的过零点切断短路电流,在20ms内完成将敏感负载从短路系统中切开、并切换到备用电源的操作。
对千有变频器的支路,由千系统电压下降到低千变频器电容电压,输入电流为零,开关可在20ms内完成将变频器从短路系统切开、并切换到备用电源上的操作。
正常运行时控制器检测工作电源各相电压,面板上显示工作电源母线各相电压和所控支路的负荷电流。若发现备用电源异常则闭锁备用电源切换回路并报警,面板显示故障状态,输出无源状态,输出无源开关量接点信号,并通过微机通讯系统向控制中心报告故障信息。
采用Rogowski线圈测量系统电流,具有动态范围大,测量精度高的优点。且没有电磁感应式电流互感器因存在的磁饱和问题。采用霍尔传感器测量电压。
采用16位高速、高精度AD转换器,实现高分辨数据采集。大容量FPGA和32为高速浮 DSP 构成强大的运算能力,确保1ms内完成短路电流计算、电流过零点预测、电压凹陷计算。
控制单元采用快速测控技术运算速度快,精度高。电子器件经过严格筛选,电子线路经过优化设计,抗干扰能力强,动作可靠性高。
HN系列双向变流器/逆变器是根据储能电站的需要开发的新—代电源产品。该产品采用高质量元器件和先进的DSP数字处理芯片,性能稳定;总电流谐波畸变率<±3%,整机效率高达97%。该电源具有过欠压保护、过欠频保护、过流保护、短路保护、过载保护、过温保护、防孤岛保护、功率翻转保护等完备的保护功能,确保系统、蓄电池和公共电网最大的运行安全。
产品原理框图如下图所示:
1.具有并网运行模式和离网运行两种模式,并可以在两种模式之间进行快速切换,满足用户在实际运用中的不同需求。
具有各种完备的保护功能,如过欠压保护、过欠频保护、过流保护、短路保护、过载保护、过温保护、防孤岛保护、功率翻转保护等等,
2.确保系统、蓄电池和公共电网最大的运行安全。
3.采用了—系列硬件和软件优化措施,使得设备本身的功耗很小,转换效率可以达到97%以上(半载以上),节能性能优异。
4.采用先进优异的软件算法和硬件拓扑结构,因 此并网运行对电网产生的谐波污染很小,电流谐波畸变率<±3%(半载以上)。
5并网运行可根据远程指令或本地设定,向电网注入无功功率 ,使得并网功率因数可在-1-1之间可调,实现对电网的无功补偿。
6.输入功率因数高,电磁兼容性能好。充电功率因数≥0.99(半载以上),放电输出功率因数0.95-0.99。
7预留并联接口,可以扩容至MW级换流器。
8具有各种通讯接口,包括RS232/485/CAN/以太网接口等等,可以满足不同监控通讯方式的要求。
9. 离网运行状态下,能够产生高质量的交流电能,满足用电负荷对电能质量的要求。