УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВА Российский патент 2017 года по МПК H02J3/32 H02J7/34 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам противоаварийной автоматики системы электроснабжения и может быть использована в устройствах автоматического резервирования источников электроэнергии в низковольтных комплектных устройствах электростанций для электропитания потребителей группы А первой категории, не допускающих перерыва электропитания.

Известно устройство бесперебойного автоматического включения резерва, состоящее из выводов для подключения основной и резервной трехфазных сетей, трехфазных трансформаторно-выпрямительных устройств, шин постоянного тока, трехфазных инверторов, шин переменного тока и молекулярного накопителя энергии (см. патент РФ №2503114, МПК H02J 9/00, опубл. 27.12.2013).

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности фиксации момента аварийного включения резерва на интервале положительной или отрицательной полуволны.

Известно для автоматического включения резерва, состоящее из источников питания потребителей, раздельных секций шин, частотных преобразователей, вводных выключателей, один из которых выполнен в виде биполярного блока тиристоров, блока управления и датчиков аварийного режима (см. патент на ПМ РФ №63990, МПК H02J 3/00, опубл. 10.06.2007).

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности обеспечения бесперебойного электропитания потребителей группы А первой категории.

Наиболее близким аналогом (прототипом) по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство автоматического включения резерва, содержащее источник негарантированного питания, реле фаз и контроля напряжения, шины надежного питания, дизель генераторного агрегата (см. Патент на ПМ РФ №26701, МПК H02J 13/00, опубл. 10.12.2002).

Недостатками данного устройства являются отсутствие возможности обеспечения бесперебойного электропитания потребителей группы А первой категории, с учетом фиксации момента аварийного включения резерва, отсутствие анализа состояния параметров сети до и после момента отключения.

Техническим результатом от использования заявленного технического решения является обеспечение бесперебойным электропитанием потребителей группы А первой категории, с учетом фиксации момента аварийного включения резерва.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство автоматического включения резерва, содержащее источник негарантированного электроснабжения (1), резервный источник питания (2), подключенные к щиту автоматического ввода сети (3), выход которого подключен к шине надежного питания (4) соответствующими фазами и нулевым проводом, дополнительно введены силовой блок (5), первые силовые входы которого подключены к шинам надежного питания (4), а вторые информационные входы подключены к соответствующим выходам блока сравнения и памяти (6), электронный ключ (7), силовые выходы которого подключены к шинам надежного питания (4), а входы подключены к соответствующим входам силового блока (5) и к первым силовым входам блока сравнения и памяти (6), вторые силовые входы которого подключены к первой, второй, третьей фазам и нулевому проводу шины надежного питания (4).

Силовой блок (5) состоит из трехфазного выпрямителя (5.1), силовые входы которого являются первыми силовыми входами силового блока (5), а выход подключен к силовому вводу накопителя энергии (5.2), выход которого подключен к первому силовому входу блока трехфазных инверторов (5.3), силовой выход которого подключен к входу фильтра (5.4), а вторые информационные входы блока трехфазных инверторов (5.3) являются вторыми информационными входами силового блока (5), выход фильтра (5.4) подключен к первичной обмотке трехфазного трансформатора (5.5), выходы вторичной обмотки которого являются силовыми выходами силового блока (5).

Блок сравнения и памяти (6) состоит из элемента сравнения напряжения (6.1), элемента сравнения частоты (6.2), элемента сравнения фазы (6.3), первые силовые входы которых являются входами блока сравнения и памяти (6), а выходы являются информационными выходами блока сравнения и памяти (6), вторые входы элемента сравнения напряжения (6.1), элемента сравнения частоты (6.2), элемента сравнения фазы (6.3) соединены с выходами соответственно первого (6.4), второго (6.5) и третьего (6.6) элементов памяти, входы которых соединены соответственно с выходами датчика напряжения (6.7), датчика частоты (6.8) и датчика фазы (6.9), входы которых являются вторыми силовыми входами блока сравнения и памяти (6).

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом устройстве обеспечивается бесперебойное электропитание потребителей группы А первой категории, с учетом фиксации момента аварийного включения резерва. Технический результат достигается за счет работы трехфазного выпрямителя, осуществляющего в безаварийном режиме работы внешней сети заряд накопителя энергии, осуществляющем накопление электрической энергии и последующий его разряд на шины надежного питания в случае пропадания внешней сети через блок трехфазных инверторов, осуществляющих преобразование постоянного тока в переменный, фильтр, служащий для формирования синусоидальной формы выходного напряжения, трехфазный трансформатор и электронный ключ, элементов сравнения напряжения, частоты и фазы, осуществляющих сравнение номиналов напряжения, частоты и фазы текущего значения в данный момент времени с предыдущими в предыдущий полупериод, которые фиксируются в первом, втором и третьим элементах памяти.

Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых показано:

фиг. 1 - структурная электрическая схема устройства автоматического включения резерва;

фиг. 2 - структурная электрическая схема силового блока;

фиг. 3 - структурная электрическая схема блока сравнения и памяти.

Устройство автоматического включения резерва, показанное на фиг. 1, содержит источник негарантированного электроснабжения (1), резервный источник питания (2), подключенные к щиту автоматического ввода сети (3), выход которого подключен к шине надежного питания (4) соответствующими фазами и нулевым проводом, силовой блок (5), первые силовые входы которого подключены к шинам надежного питания (4), а вторые информационные входы подключены к соответствующим выходам блока сравнения и памяти (6), электронный ключ (7), силовые выходы которого подключены к шинам надежного питания (4), а входы подключены к соответствующим входам силового блока (5) и к первым силовым входам блока сравнения и памяти (6), вторые силовые входы которого подключены к первой, второй, третьей фазам и нулевому проводу шины надежного питания (4).

Силовой блок 5 предназначен для подачи напряжения на шины надежного питания 4 в случае пропадания внешней сети, за счет работы трехфазного выпрямителя 5.1, осуществляющего в безаварийном режиме работы внешней сети заряд накопителя энергии 5.2 и его работу по накоплению электрической энергии с последующим разрядом на шины надежного питания 4.

Он может быть реализован различным способом, например, показанным на фиг. 2.

Силовой блок 5 состоит из трехфазного выпрямителя 5.1, силовые входы которого являются первыми силовыми входами силового блока 5, а выход подключен к силовому вводу накопителя энергии 5.2, выход которого подключен к первому силовому входу блока трехфазных инверторов 5.3, силовой выход которого подключен к входу фильтра 5.4, а вторые информационные входы блока трехфазных инверторов 5.3 являются вторыми информационными входами силового блока 5, выход фильтра 5.4 подключен к первичной обмотке трехфазного трансформатора 5.5, выходы вторичной обмотки которого являются силовыми выходами силового блока 5.

Блок сравнения и памяти 6 предназначен для сравнения номиналов напряжения, частоты и фазы текущего значения в данный момент времени с предыдущими в предыдущий полупериод, которые фиксируются в первом 6.4, втором 6.5 и третьим 6.6 элементах памяти.

Он может быть реализован различным способом, например, показанным на фиг. 3.

Блок сравнения и памяти 6 состоит из элемента сравнения напряжения 6.1, элемента сравнения частоты 6.2, элемента сравнения фазы 6.3, первые силовые входы которых являются входами блока сравнения и памяти 6, а выходы являются информационными выходами блока сравнения и памяти 6, вторые входы элемента сравнения напряжения 6.1, элемента сравнения частоты 6.2, элемента сравнения фазы 6.3 соединены с выходами соответственно первого 6.4, второго 6.5 и третьего 6.6 элементов памяти, входы которых соединены соответственно с выходами датчика напряжения 6.7, датчика частоты 6.8 и датчика фазы 6.9, входы которых являются вторыми силовыми входами блока сравнения и памяти 6.

Источник негарантированного питания 1 предназначен для подачи напряжения для нужд потребителя от внешней сети (основной трансформаторной подстанции).

Резервный источник питания 2 предназначен для генерации электроэнергии и подачи напряжения на шины надежного питания 4. Резервный источник питания является источником гарантированного электроснабжения.

Щит автоматического управления вводом сети 3 предназначен для автоматического подключения фаз резервного источника питания 2 к фазам шины надежного питания 4 с одновременным отключением от них фаз источника негарантированного питания 1 или автоматического подключения фаз источника негарантированного питания 1 к фазам шины надежного питания 4 с одновременным отключением от них фаз резервного источника питания 2.

Шина надежного питания 4 предназначена для передачи электроэнергии к электропотребителям переменного тока.

Электронный ключ 7 предназначен для подключения силовых выходов силового блока 5 к фазам шины надежного питания 4 с учетом сохранения параметров аварийно-отключенной сети на момент включения нагрузки от накопителя энергии 5.2 или отключения силовых выходов силового блока 5 от фаз шин надежного питания 4 на момент безаварийной работы сети.

Трехфазный выпрямитель 5.1 предназначен для преобразования электроэнергии переменного тока в постоянный ток для заряда накопителя энергии 5.2.

Накопитель энергии 5.2 используется в качестве первичного источника питания и предназначен для накапливания и отдачи накопленной электроэнергии потребителям электроэнергии через шины надежного питания 4.

Блок трехфазных инверторов 5.3 предназначен для преобразования постоянного тока, поступающего с молекулярного накопителя 5.2 в переменный ток и работы на холостом ходу для постоянного формирования реальной характеристики выходного напряжения.

Фильтр 5.4 предназначен для формирования синусоидальной формы выходного напряжения.

Трехфазный трансформатор 5.5 предназначен для преобразования одного номинала напряжения переменного тока, поступающего от блока трехфазных инверторов 5.3 в напряжение 380 В, передачи его на вход электронного ключа 7 и далее на шину надежного питания 4.

Элемент сравнения напряжения 6.1 предназначена для сравнения номиналов напряжения текущего значения в настоящий момент времени с предыдущими в предыдущий полупериод.

Элемент сравнения частоты 6.2 предназначена для сравнения номиналов частоты тока текущего значения в настоящий момент времени с предыдущими в предыдущий полупериод.

Элемент сравнения фазы 6.3 предназначена для сравнения номиналов фазы тока текущего значения в настоящий момент времени с предыдущими в предыдущий полупериод.

Первый элемент памяти 6.4 предназначен для фиксации (запоминания) значений напряжения предыдущего полупериода в настоящий момент времени.

Второй элемент памяти 6.5 предназначен для фиксации (запоминания) значений частоты тока предыдущего полупериода в настоящий момент времени.

Третий элемент памяти 6.6 предназначен для фиксации (запоминания) значений фазы тока предыдущего полупериода в настоящий момент времени.

Заявленное устройство работает следующим образом.

В статическом состоянии при отсутствии напряжения на фазах источника негарантированного питания 1, фазах неработающего резервного источника питания 2 и, как следствие, отсутствии напряжения на силовом выходе щита автоматического управления вводом сети 3 - шины надежного питания 4 обесточены, и потребители переменного тока находятся в нерабочем состоянии. При наличии напряжения на зажимах A1, В1 и С1 источника негарантированного питания 1 щит автоматического управления вводом сети 3 автоматически подключает шипы надежного питания 4 к шинам источника негарантированного питания 1, на указанных шинах появляется напряжение, и потребители переменного тока, получая питание от шины надежного питания 4, начинают работать. При наличии (появлении) напряжения на зажимах A1, В1 и С1 источника негарантированного питания 1 размыкаются контакты щита автоматического управления вводом сети 3, подключающие шины надежного питания 4 к шинам резервного источника питания 2, поэтому при исправном состоянии источника негарантированного питания 1 резервный источник питания 2 не используется. При отсутствии напряжения на зажимах A1, В1 и C1 источника негарантированного питания 1 срабатывает реле щита автоматического управления, подключающее шины надежного питания 4 к зажимам А2, В2 и С2 резервного источника питания 2, находящегося в горячем резерве, что дает возможность потребителям переменного тока продолжать работу. Среднее время на включение резервного источника питания (дизель генераторной установки), находящейся в горячем резерве превышает требуемое время для обеспечения потребителей электроэнергии группы А первой категории. Поэтому в момент пропадания напряжения на силовых выходах щита автоматического управления вводом сети с открытием электронного ключа 7, через него подается напряжение с последовательно соединенных накопителя энергии 5.2, блока трехфазных инверторов 5.3, фильтра 5.4 и трехфазного трансформатора 5.5 силового блока 5 на шины надежного питания 4 в сотые доли секунды с момента пропадания напряжения. До момента пропадания напряжения на силовых выходах щита автоматического управления вводом сети 3 происходит постоянное сравнение номиналов напряжения, частоты и фазы питающей сети на элементе сравнения напряжения 6.1, элементе сравнения частоты 6.2 и элементе сравнения фазы 6.3 блока сравнения и памяти 6 текущего значения в данный момент времени с предыдущими в предыдущий полупериод, которые фиксируются в первом элементе памяти (напряжения) 6.4, втором элементе памяти (частоты) 6.5 и третьим элементе памяти (фазы) 6.6 блока сравнения и памяти 6. В случае отсутствия изменений (безаварийный режим работы) управляющие сигналы с первого элемента памяти (напряжения) 6.4, второго элемента памяти (частоты) 6.5 и третьего элемента памяти (фазы) 6.6 блока сравнения и памяти 6 поступают на соответствующие входы блока трехфазных инверторов 5.3 силового блока 5, который в данном случае продолжает работать на холостом ходу, то есть индуцирует ЭДС переменного тока, но не подает напряжение на фильтр 5.4. В случае пропадания напряжения на шинах надежного питания 4 (аварийный режим работы) управляющие сигналы с первого элемента памяти (напряжения) 6.4, второго элемента памяти (частоты) 6.5 и третьего элемента памяти (фазы) 6.6 с уже зафиксированным моментом пропадания сигнала подаются также на вторые входы элемента сравнения напряжения 6.1, элемента сравнения частоты 6.2, элемента сравнения фазы 6.3 блока сравнения и памяти 6 с информационных выходов которого сигнал подается на управляющие входы блока трехфазных инверторов 5.3 силового блока 5, с которого подается трехфазный переменный ток, на фильтр 5.4, но уже с учетом момента изменения номинала каждого параметра (напряжения, частоты и фазы). С фильтра 5.4, формирующего синусоидальную форму выходного напряжения, трехфазный ток подается на шины надежного питания 4 через трехфазный трансформатор 5.5 силового блока 5 и электронный ключ 7. Заряд накопителя энергии 5.2 осуществляется постоянного от шин надежного питания 4 через трехфазный выпрямитель 5.1 до момента его полного заряда.

Предлагаемое устройство, по сравнению с известным, позволит повысить быстродействие включения резерва, а следовательно, обеспечить электроэнергией потребителей группы А первой категории, путем постоянного анализа состояния параметров сети и включением резерва с теми же номиналами напряжения, частоты и фазы, что и в момент пропадания сети.

Использование – в области электротехники. Технический результат - обеспечение бесперебойным электропитанием потребителей группы А первой категории, с учетом фиксации момента аварийного включения резерва. Согласно изобретению устройство автоматического включения резерва состоит из источника негарантированного электроснабжения, резервного источника питания, щита автоматического ввода сети, шины надежного питания, силового блока, блока сравнения и памяти, электронного ключа. Новыми в устройстве автоматического включения резерва является силовой блок, блок сравнения и памяти, электронный ключ и совокупность новых связей. Предлагаемое устройство, по сравнению с известным, позволит повысить быстродействие включения резерва, а следовательно, обеспечить электроэнергией потребителей группы А первой категории, путем постоянного анализа состояния параметров сети и включением резерва с теми же номиналами напряжения, частоты и фазы, что и в момент пропадания сети. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство автоматического включения резерва, содержащее источник негарантированного электроснабжения (1), резервный источник питания (2), подключенные к щиту автоматического ввода сети (3), выход которого подключен к шине надежного питания (4) соответствующими фазами и нулевым проводом, отличающееся тем, что дополнительно введены силовой блок (5), первые силовые входы которого подключены к шинам надежного питания (4), а вторые информационные входы подключены к соответствующим выходам блока сравнения и памяти (6), электронный ключ (7), силовые выходы которого подключены к шинам надежного питания (4), а входы подключены к соответствующим входам силового блока (5) и к первым силовым входам блока сравнения и памяти (6), вторые силовые входы которого подключены к первой, второй, третьей фазам и нулевому проводу шины надежного питания (4).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что силовой блок (5) состоит из трехфазного выпрямителя (5.1) силовые входы, которого являются первыми силовыми входами силового блока (5), а выход подключен к силовому вводу накопителя энергии (5.2), выход которого подключен к первому силовому входу блока трехфазных инверторов (5.3), силовой выход которого подключен к входу фильтра (5.4), а вторые информационные входы блока трехфазных инверторов (5.3) являются вторыми информационными входами силового блока (5), выход фильтра (5.4) подключен к первичной обмотке трехфазного трансформатора (5.5), выходы вторичной обмотки которого являются силовыми выходами силового блока (5).

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок сравнения и памяти (6) состоит из элемента сравнения напряжения (6.1), элемента сравнения частоты (6.2), элемента сравнения фазы (6.3), первые силовые входы которых являются входами блока сравнения и памяти (6), а выходы являются информационными выходами блока сравнения и памяти (6), вторые входы элемента сравнения напряжения (6.1), элемента сравнения частоты (6.2), элемента сравнения фазы (6.3) соединены с выходами соответственно первого (6.4), второго (6.5) и третьего (6.6) элементов памяти, входы которых соединены соответственно с выходами датчика напряжения (6.7), датчика частоты (6.8) и датчика фазы (6.9), входы которых являются вторыми силовыми входами блока сравнения и памяти (6).