Устройство автоматического включения резерва Российский патент 2019 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам противоаварийной автоматики систем электроснабжения и может быть использовано для электропитания потребителей переменного тока особой группы первой категории надежности электроснабжения, не допускающих перерыва электропитания.

Известно устройство автоматического включения резерва, состоящее из источника негарантированного электроснабжения, резервного источника питания, щита автоматического ввода сети, шины надежного питания, силового блока, блока сравнения и памяти, электронного ключа [1].

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности функционирования в нескольких режимах работы с коррекцией показателей качества электрической энергии и ликвидацией кратковременных нарушений электроснабжения.

Известно также устройство бесперебойного автоматического включения резерва, содержащее два трехфазных трансформаторно-выпрямительных устройства, выполненных по многомостовой схеме выпрямления (выпрямительные мосты), при этом многомостовая схема выпрямления содержит трехобмоточный трансформатор с двумя вторичными обмотками, соединенными по схемам «звезда» и «треугольник», которые своими входами подключены к двум вводам основной и резервной трехфазной сети постоянно, молекулярный накопитель энергии, трехфазный инвертор и трехфазные тиристорные ключи, а благодаря тиристорным ключам обеспечивается синхронизация трехфазных инверторов при включении (отключении) неисправного трехфазного инвертора от шин переменного тока [2].

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности улучшения качества электрической энергии в системе электроснабжения в основном режиме электропитания.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, содержащее подключенные к шинам переменного тока два источника переменного тока, активный фильтр, а также подключенные к шинам переменного тока три ответственных потребителя. Два источника переменного тока подключены к шинам переменного тока через коммутационные аппараты, выполненные на базе двух силовых электронных ключей на основе встречно включенной тиристорной пары без демпфирующей цепочки в одном из тиристоров. Устройство снабжено блоками контроля показателей качества электрической энергии, подключенными к источникам переменного тока, активному фильтру и шинам ответственных потребителей, блоком управления, к входам которого подключены блоки контроля показателей качества электрической энергии, а его выходы подключены к коммутационным аппаратам, выполненным на базе двух силовых электронных ключей на основе встречно включенной тиристорной пары без демпфирующей цепочки в одном из тиристоров, и активному фильтру с подключенным к нему блоком задания допустимых показателей качества электрической энергии и линиями связи с автоматизированной системой управления технологическим процессом, контролируемыми отдельным блоком [3].

Недостатками указанного устройства является отсутствие возможности функционирования активного фильтра в нескольких режимах работы, приводящее к ухудшению качества электрической энергии на шинах ответственных потребителей при переключениях.

Целью изобретения является обеспечение бесперебойного электропитания ответственных потребителей при переключениях с основного источника электропитания переменного тока на резервный, а также улучшение качества электрической энергии на шинах ответственных потребителей в режимах коррекции показателей качества электрической энергии и переключения электропитания в системе электроснабжения.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, в котором применены основной и резервный источники электропитания переменного тока, тиристорные коммутационные аппараты, шины ответственных потребителей и блок управления устройством автоматического включения резерва, в состав которого входят блоки контроля показателей качества электрической энергии, линии связи с автоматизированной системой управления технологическим процессом, блоки контроля линий связи с автоматизированной системой управления технологическим процессом и задания допустимых показателей качества электрической энергии, согласно изобретению дополнительно введены комбинированный активный фильтр, а также блок управления автоматическим включением резерва, получающий сигналы от блоков контроля показателей качества электрической энергии, блок контроля и переключения режимов работы устройством автоматического включения резерва, блок расчета моментов включения тиристорных коммутационных аппаратов, блок управления тиристорными коммутационными аппаратами, блок контроля и переключения режимов работы комбинированного активного фильтра, блок расчета моментов включения коммутационных аппаратов, блок управления электропитанием комбинированного активного фильтра, блок формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для коррекции высших гармоник и коэффициента мощности в режиме коррекции, блок формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для формирования эквивалентного напряжения на выходе управляемого трехфазного инвертора в режиме переключения, широтно-импульсный модулятор в блоке управления устройством автоматического включения резерва. Кроме того, комбинированный активный фильтр состоит из емкостного накопителя энергии и управляемого трехфазного инвертора, двух трехфазных выпрямителей, коммутационных аппаратов между трехфазными выпрямителями и цепями основного и резервного источников электропитания переменного тока, накопителя энергии, коммутационных аппаратов между емкостным накопителем энергии и управляемым трехфазным инвертором и между накопителем энергии и управляемым трехфазным инвертором, зарядного устройства, трансформатора между управляемым трехфазным инвертором и шинами ответственных потребителей. Кроме того, в блоках расчета моментов включения тиристорных коммутационных аппаратов и расчета моментов включения коммутационных аппаратов определяются моменты включения тиристорных коммутационных аппаратов и коммутационных аппаратов, что позволяет формировать последовательность подачи сигналов на отключение и включение коммутационных аппаратов и закрытие и открытие тиристорных коммутационных аппаратов путем задания временных интервалов подачи сигналов за время протекания одного полупериода синусоиды напряжения и производить включение электропитания ответственных потребителей в сеть таким образом, что конец синусоиды напряжения отключаемого источника электропитания переменного тока совпадает с началом синусоиды напряжения подключаемого источника электропитания переменного тока. Кроме того, в блоке формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для формирования эквивалентного напряжения на выходе управляемого трехфазного инвертора в режиме переключения дополнительно используется функция управления трехфазным инвертором, которая позволяет формировать на выходе управляемого трехфазного инвертора в режиме переключения при разности фаз между источниками электропитания напряжение такой формы, что начало синусоиды эквивалентного напряжения, формируемой управляемым трехфазным инвертором, совпадает с концом синусоиды напряжения основного источника электропитания переменного тока, и конец синусоиды эквивалентного напряжения с началом синусоиды напряжения резервного источника электропитания переменного тока и наоборот.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

Устройство автоматического включения резерва содержит (фиг. 1):

1 - основной источник электропитания переменного тока;

2 - резервный источник электропитания переменного тока;

3.1, 3.2, 3.3 - блок контроля показателей качества электрической энергии;

4.1, 4.2 - тиристорный коммутационный аппарат;

5 - шины ответственных потребителей;

6 - ответственные потребители;

7 - комбинированный активный фильтр, включающий в себя:

7.1, 7.2, 7.6, 7.9 - коммутационный аппарат;

7.3, 7.4 - трехфазный выпрямитель;

7.5 - емкостной накопитель энергии;

7.7 - зарядное устройство;

7.8 - накопитель энергии;

7.10 - управляемый трехфазный инвертор;

7.11 - трансформатор;

8 - блок управления устройством автоматического включения резерва, в состав которого входят (фиг. 2):

8.1 - линии связи с автоматизированной системой управления технологическим процессом;

8.2 - блок контроля линий связи с автоматизированной системой управления технологическим процессом;

8.3 - блок задания допустимых показателей качества электрической энергии;

8.4 - блок управления автоматическим включением резерва;

8.5 - блок контроля и переключения режимов работы устройства автоматического включения резерва;

8.6 - блок расчета моментов включения тиристорных коммутационных аппаратов;

8.7 - блок управления тиристорными коммутационными аппаратами;

8.8 - блок контроля и переключения режимов работы комбинированного активного фильтра;

8.9 - блок расчета моментов включения коммутационных аппаратов;

8.10 - блок управления электропитанием комбинированного активного фильтра;

8.11 - блок формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для коррекции высших гармоник и коэффициента мощности в режиме коррекции;

8.12 - блок формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для формирования эквивалентного напряжения на выходе управляемого трехфазного инвертора в режиме переключения;

8.13 - широтно-импульсный модулятор.

Устройство работает следующим образом.

Предусмотрено два режима работы устройства автоматического включения резерва. Режим коррекции - режим работы, при котором устройство автоматического включения резерва выполняет функцию корректировки высших гармонических составляющих напряжения и коэффициента мощности в системе электроснабжения. И режим переключения, при котором устройство автоматического включения резерва выполняет резервирование электропитания ответственных потребителей 6 при переключении электропитания с основного источника электропитания переменного тока 1 на резервный источник электропитания переменного тока 2 и обратно.

Электропитание ответственных потребителей 6 осуществляется от основного источник электропитания переменного тока 1. Резервный источник электропитания переменного тока 2 предназначен для электропитания ответственных потребителей 6 при отсутствии электропитания или при несоответствии параметров электрической энергии допустимым на основном источнике электропитания переменного тока 1. Комбинированный активный фильтр 7 предназначен для обеспечения бесперебойного электропитания ответственных потребителей при переключениях с основного источника электропитания переменного тока на резервный, а также улучшения качества электрической энергии на шинах ответственных потребителей в режимах коррекции показателей качества электрической энергии и переключения электропитания в системе электроснабжения. Коммутационные аппараты 7.1,7.2 предназначен для включения в сеть трехфазных выпрямителей 7.3, 7.4 при наличии электропитания с допустимыми значениями параметров от резервного источника электропитания переменного тока 2 для заряда накопителя энергии 7.8. Трехфазные выпрямители 7.3, 7.4 предназначены для преобразования переменного тока от источников электропитания переменного тока 1, 2 и питания зарядного устройства 7.7. Зарядное устройство 7.7 предназначено для заряда накопителя энергии 7.8 в режиме коррекции. Накопитель энергии 7.8 предназначен для обеспечения электрической энергией постоянного тока при переключении электропитания ответственных потребителей 6 с основного источника электропитания переменного тока 1 на резервный источник электропитания переменного тока 2 и обратно при наличии разности начальных фаз напряжения между ними и формировании эквивалентного напряжения на выходе управляемого трехфазного инвертора 7.10 комбинированного активного фильтра 7. Емкостной накопитель энергии 7.5 предназначен для обеспечения электрической энергией постоянного тока в режиме коррекции. Коммутационный аппарат 7.9 предназначен для подключения электропитания управляемого трехфазного инвертора 7.10 комбинированного активного фильтра 7 от накопителя энергии 7.8 в режиме переключения и отключения накопителя энергии 7.8 в режиме коррекции. Управляемый трехфазный инвертор 7.10 предназначен для преобразования постоянного тока и получения на его выходе тока заданной формы для работы устройства автоматического включения резерва в режимах коррекции и переключения. Блоки контроля показателей качества электрической энергии 3.1, 3.2, 3.3 предназначены для контроля состояния сети и передачи параметров в блок управления устройством автоматического включения резерва 8. Тиристорный коммутационный аппарат 4.1 предназначен для коммутации основного источника электропитания переменного тока 1 с шинами ответственных потребителей 5. Тиристорный коммутационный аппарат 4.2 предназначен для коммутации резервного источника электропитания переменного тока 2 с шинами ответственных потребителей 5. Трансформатор 7.11 предназначен для преобразования переменного тока, поступающего от управляемого трехфазного инвертора 7.10, в переменный ток, поступающий на шины ответственных потребителей 5. Блок управления устройством автоматического включения резерва 8 предназначен для управления устройством автоматического включения резерва, контроля параметров электропитания и изменения режимов электропитания ответственных потребителей 6.

Линии связи с автоматизированной системой управления технологическим процессом 8.1 предназначены для связи с автоматизированной системой управления технологическим процессом. Блок контроля линий связи с автоматизированной системой управления технологическим процессом 8.2 предназначен для контроля состояния линий связи с автоматизированной системой управления технологическим процессом. Блок задания допустимых показателей качества электрической энергии 8.3 предназначен для задания допустимых показателей качества электрической энергии. Блок управления автоматическим включением резерва 8.4 предназначен для управления устройством при работе в режиме автоматического включения резерва. Блок контроля и переключения режимов работы устройства автоматического включения резерва 8.5 предназначен для выбора режима работы устройства автоматического включения резерва. Блок расчета моментов включения тиристорных коммутационных аппаратов 8.6 предназначен для расчета моментов включения тиристорных коммутационных аппаратов. Блок подачи сигналов управления на тиристорных коммутационные аппараты устройства автоматического включения резерва 8.7 предназначен для подачи сигналов управления на тиристорных коммутационные аппараты. Блок контроля и переключения режимов работы комбинированного активного фильтра 8.8 предназначен для контроля и переключения режимов работы комбинированного активного фильтра 7. Блок расчета моментов включения коммутационных аппаратов 8.9 предназначен для расчета моментов включения коммутационных аппаратов 7.1, 7.2, 7.6, 7.9. Блок управления электропитанием комбинированного активного фильтра 8.10 предназначен для управления электропитанием, поступающим на управляемый трехфазный инвертор 7.10 комбинированного активного фильтра 7, и подачи сигналов управления на коммутационные аппараты 7.1, 7.2, 7.6, 7.9 и зарядное устройство 7.7. Блок формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для коррекции высших гармоник и коэффициента мощности в режиме коррекции 8.11 предназначен для формирования параметров работы управляемого трехфазного инвертора 7.10 в режиме коррекции высших гармоник и коэффициента мощности. Блок формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для формирования эквивалентного напряжения на выходе управляемого трехфазного инвертора в режиме переключения 8.12 предназначен для формирования параметров эквивалентного напряжения на выходе управляемого трехфазного инвертора 7.10 комбинированного активного фильтра 7 в режиме третьего источника переменного тока. Широтно-импульсный модулятор 8.13 предназначен для формирования управляющих сигналов, подаваемых на силовые ключи управляемого трехфазного инвертора 7.10.

Через блок задания допустимых показателей качества электрической энергии 8.3 задаются допустимые показатели качества электрической энергии в сети, а по линиям связи с автоматизированной системой управления технологическим процессом 8.1, состояние которых контролируется с помощью блока контроля линий связи с автоматизированной системой управления технологическим процессом 8.2, данные о состоянии устройства и питании нагрузки передаются в автоматизированную систему управления технологическим процессом.

В режиме коррекции устройства автоматического включения резерва электропитание ответственных потребителей 6 осуществляется от основного источника переменного тока 1 через тиристорный коммутационный аппарат 4.1 и шины ответственных потребителей 5. При этом тиристорный коммутационный аппарат 4.1 открыт, коммутационные аппараты 7.2 и 7.6 замкнуты, а тиристорный коммутационный аппарат 4.2 закрыт, коммутационные аппараты 7.1 и 7.9 разомкнуты.

Устройство автоматического включения резерва и комбинированный активный фильтр 7 функционируют в режиме коррекции и, будучи включенным в сеть параллельно через трансформатор 7.11, выполняет корректировку высших гармонических составляющих напряжения и коэффициента мощности в системе посредством формирования на выходе управляемого трехфазного инвертора 7.10 сигнала задаваемой широтно-импульсным модулятором трехфазного управляемого инвертора комбинированного активного фильтра 8.13 блока управления устройством автоматического включения резерва 8 формы. Его электропитание осуществляется от емкостного накопителя энергии 7.5 через коммутационный аппарат 7.6.

Через замкнутый коммутационный аппарат 7.2, трехфазный выпрямитель 7.4 и зарядное устройство 7.7 происходит заряд накопителя энергии 7.8.

Информация с блоков контроля показателей качества электрической энергии 3.1, 3.2, 3.3 поступает на блок управления автоматическим включением резерва 8.4 для оценки параметров сети и суммарного вклада основного или резервного источников электропитания переменного тока 1 или 2 и ответственных потребителей 6 в ухудшение показателей качества электрической энергии, блок формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для коррекции высших гармоник и коэффициента мощности в режиме коррекции 8.11 для расчета параметров сигналов, подаваемых на широтно-импульсный модулятор 8.13, в режиме коррекции и блок формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для формирования эквивалентного напряжения на выходе управляемого трехфазного инвертора в режиме переключения 8.12 для расчета параметров сигналов, подаваемых на широтно-импульсный модулятор 8.13, в режиме переключения.

Информация, обработанная в блоке управления автоматическим включением резерва 8.4, в котором происходит определение режима коррекции, при нахождении параметров сети и значений суммарных фактических вкладов в ухудшение качества электрической энергии в допустимых пределах поступает на блок контроля и переключения режимов работы устройства автоматического включения резерва 8.5, в котором блокируется работа автоматического включения резерва, и сигнал передается на блок контроля и переключения режимов работы комбинированного активного фильтра 8.8. После чего информация поступает в блок формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для коррекции высших гармоник и коэффициента мощности в режиме коррекции 8.11 и далее через широтно-импульсный модулятор 8.13 на управляемый трехфазный инвертор 7.10 для формирования выходного сигнала тока. Вместе с тем, через блок расчета моментов включения коммутационных аппаратов 8.9, блок управления электропитанием комбинированного активного фильтра 8.10 подаются сигналы на включение коммутационных аппаратов 7.2, 7.6 и отключение коммутационных аппаратов 7.1, 7.9, а через блок расчета моментов включения тиристорных коммутационных аппаратов 8.6 и блок управления тиристорными коммутационными аппаратами 8.7 подаются сигналы на открытие тиристорного коммутационного аппарата 4.1 и закрытие тиристорного коммутационного аппарата 4.2.

В режиме переключения при пропадании электропитания ответственных потребителей 6 от основного источника электропитания переменного тока 1 в блоке управления автоматическим включением резерва 8.4, в котором происходит определение режима коррекции, принимается решение на переключение электропитания ответственных потребителей 6 на резервный источник электропитания переменного тока 2. С этого блока команда подается на блок контроля и переключения режимов работы устройства автоматического включения резерва 8.5, в котором определяется отклонение разности фаз между напряжениями основного и резервного источников электропитания переменного тока 1 и 2 от допустимого значения 30 эл. градусов, свидетельствующего о необходимости синхронизации ответственных потребителей 6 с резервным источником электропитания переменного тока 2.

При разности фаз между напряжениями основного и резервного источников электропитания переменного тока 1 и 2 менее 30 эл. градусов через блок контроля и переключения режимов работы комбинированного активного фильтра 8.8, блок расчета моментов включения коммутационных аппаратов 8.9, блок управления электропитанием комбинированного активного фильтра 8.10 сигнал поступает на предварительное отключение коммутационных аппаратов 7.2 и 7.6 и соответствующее отключение комбинированного активного фильтра 7 из работы устройства автоматического включения резерва на время переключения. Далее через блок расчета моментов включения тиристорных коммутационных аппаратов 8.6 и блок управления тиристорными коммутационными аппаратами 8.7 сигнал поступает на закрытие тиристорного коммутационного аппарата 4.1 и последующее открытие тиристорного коммутационного аппарата 4.2.

Электропитание ответственных потребителей 6 осуществляется от резервного источника электропитания переменного тока 2. После открытия тиристорного коммутационного аппарата 4.2 включаются коммутационные аппараты 7.1 и 7.9 и комбинированный активный фильтр 7 и устройство автоматического включения резерва продолжают работу в режиме коррекции, а заряд накопителя энергии 7.8 через коммутационный аппарат 7.1, трехфазный выпрямитель 7.3 и зарядное устройство 7.7 происходит от резервного источника электропитания переменного тока 2.

При разности фаз более 30 эл. градусов через блок контроля и переключения режимов работы комбинированного активного фильтра 8.8, блок расчета моментов включения коммутационных аппаратов 8.9, блок управления электропитанием комбинированного активного фильтра 8.10 сигнал поступает на предварительное отключение коммутационных аппаратов 7.2 и 7.6, а через блок расчета моментов включения тиристорных коммутационных аппаратов 8.6 и блок управления тиристорными коммутационными аппаратами 8.7 сигнал поступает на закрытие тиристорного коммутационного 4.1. После чего включается коммутационный аппарат 7.9 и электропитание управляемого трехфазного инвертора 7.10 осуществляется от накопителя энергии 7.8. Сигнал с блока контроля и переключения режимов работы комбинированного активного фильтра 8.8 поступает на блок формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для формирования эквивалентного напряжения на выходе управляемого трехфазного инвертора в режиме переключения 8.12, в котором на основании значений параметров, полученных с блоков контроля показателей качества электрической энергии 3.1, 3.2, 3.3, и значения параметра частоты эквивалентного напряжения:

где f_экв - частота эквивалентного напряжения, f_ceти - частота сети, Δϕ - разность фаз между источниками электропитания переменного тока, f_дoпycт - задаваемое допустимое значение частоты, n - количество периодов формируемого эквивалентного напряжения, рассчитываются параметры сигналов, подаваемых на широтно-импульсный модулятор 8.13, а на выходе управляемого трехфазного инвертора 7.10 формируется эквивалентное напряжение, форма которого соответствует питающему напряжению сети и обеспечивает безразрывность кривой напряжения при переключении электропитания, а значение частоты, не выходящее за допустимые пределы, такое, что начало кривой напряжения, сформированной управляемым трехфазным инвертором 7.10, совпадает с концом кривой напряжения основного источника электропитания переменного тока 1, а ее конец с началом кривой напряжения резервного источника электропитания переменного тока 2. Таким образом обеспечивается синхронизация ответственных потребителей 6 с резервным источником электропитания переменного тока 2, а наличие накопителя энергии 7.8 обеспечивает устойчивое электропитание ответственных потребителей 6 от третьего источника электропитания переменного тока, в качестве которого выступает комбинированный активный фильтр 7, на время переключения. После осуществления синхронизации ответственных потребителей 6 с резервным источником электропитания переменного тока 2 в блоке управления устройством автоматического включения резерва 8 формируется цепь сигналов на последовательное отключение коммутационного аппарата 7.9 и открытие тиристорного коммутационного аппарата 4.2. Электропитание ответственных потребителей 6 осуществляется от резервного источника электропитания переменного тока 2. После открытия тиристорного коммутационного аппарата 4.2 включаются коммутационные аппараты 7.1 и 7.6 и устройство автоматического включения резерва и комбинированный активный 7 фильтр продолжают работу в режиме коррекции, а заряд накопителя энергии 7.8 через коммутационный аппарат 7.1, трехфазный выпрямитель 7.3 и зарядное устройство 7.7 происходит от резервного источника переменного тока 2.

При пропадании электропитания ответственных потребителей 6 от резервного источника электропитания переменного тока 2 в блоке управления устройством автоматическим включением резерва 8 формируется цепь сигналов управления, и переключение электропитания ответственных потребителей 6 осуществляется в аналогичной последовательности на основной источник электропитания переменного тока 1.

Вместе с тем, в блоке управления автоматическим включением резерва 8.4 предусмотрена функция оценки суммарных фактических вкладов основного источника электропитания переменного тока 1 или резервного источника электропитания переменного тока 2 и ответственных потребителей 6 в ухудшение показателей качества электрической энергии в сети.

При отклонении суммарного фактического вклада основного источника электропитания переменного тока 1 и ответственных потребителей 6 в ухудшение показателей качества электрической энергии в сети от допустимых значений, задаваемых и рассчитанных в блоке задания допустимых показателей качества электрической энергии 8.3, в блоке управления автоматическим включением резерва 8.4 происходит сравнение суммарных фактических вкладов основного источника электропитания переменного тока 1 и ответственных потребителей 6 и резервного источника переменного тока 2 и ответственных потребителей 6 в ухудшение показателей качества электрической энергии в сети.

Если суммарный фактический вклад основного источника электропитания переменного тока 1 и ответственных потребителей 6 в ухудшение показателей качества электрической энергии в сети меньше суммарного фактического вклада резервного источника электропитания переменного тока 2 и ответственных потребителей 6 в ухудшение показателей качества электрической энергии в сети, то электропитание ответственных потребителей осуществляется от основного источника электропитания переменного тока 1. Устройство автоматического включения резерва работает в режиме коррекции.

Если суммарный фактический вклад основного источника электропитания переменного тока 1 и ответственных потребителей 6 в ухудшение показателей качества электрической энергии в сети больше суммарного фактического вклада резервного источника электропитания переменного тока 2 и ответственных потребителей 6 в ухудшение показателей качества электрической энергии в сети, то в блоке управления устройством автоматического включения резерва 8 формируется цепь сигналов управления, и переключение электропитания ответственных потребителей 6 осуществляется по вышеописанной последовательности с основного источника электропитания переменного тока 1 на резервный источник электропитания переменного тока 2 с изменением схемы электропитания управляемого трехфазного инвертора 7.10 в соответствии с отсутствием или наличием необходимости синхронизации ответственных потребителей 6 с источниками электропитания переменного тока. Электропитание ответственных потребителей 6 и заряд накопителя энергии 7.8 осуществляется от резервного источника электропитания переменного тока 2, комбинированный активный фильтр 7 и устройство автоматического включения резерва продолжают работу в режиме коррекции.

При отклонении суммарного фактического вклада резервного источника электропитания переменного тока 2 и ответственных потребителей 6 в ухудшение показателей качества электрической энергии в сети от допустимых значений, задаваемых и рассчитанных в блоке задания допустимых показателей качества электрической энергии 8.3, по аналогии с описанной выше последовательностью происходит определение источника электропитания с наименьшим суммарным фактическим вкладом с ответственными потребителями 6 в ухудшение показателей качества электрической энергии в сети и, если это необходимо, переключение электропитания ответственных потребителей 6 с резервного источника электропитания переменного тока 2 на основной источник электропитания переменного тока 1. Электропитание ответственных потребителей 6 и заряд накопителя энергии 7.8 осуществляется от основного источника электропитания переменного тока 1, устройство автоматического включения резерва и комбинированный активный фильтр 7 продолжают работу в режиме коррекции.

Наличие блока расчета моментов включения тиристорных коммутационных аппаратов 8.6 и блока расчета моментов включения коммутационных аппаратов 8.9 позволяет формировать последовательность подачи сигналов на отключение и включение коммутационных аппаратов 7.1, 7.2, 7.6, 7.9 и закрытие и открытие тиристорных коммутационных аппаратов 4.1, 4.2 в блоке управления устройством автоматическим включением резерва 8 путем задания временных интервалов подачи сигналов за время протекания одного полупериода синусоиды напряжения, что позволяет производить включение электропитания ответственных потребителей 6 в сеть и формировать на выходе управляемого трехфазного инвертора 7.10 в режиме переключения напряжение такой формы, что или конец синусоиды напряжения основного источника электропитания переменного тока 1 совпадает с началом синусоиды напряжения резервного источника электропитания переменного тока 2 и наоборот, или начало синусоиды эквивалентного напряжения, формируемой управляемым трехфазным инвертором 7.10, с концом синусоиды напряжения основного источника электропитания переменного тока 1 и конец синусоиды эквивалентного напряжения с началом синусоиды напряжения резервного источника электропитания переменного тока 2 и наоборот. Данная возможность определения моментов включения коммутационных аппаратов обусловлена особенностью отключения из сети и включения в сеть тиристорных коммутационных аппаратов в момент перехода значения напряжения через ноль, что позволяет предварительно рассчитать и согласовать работу устройства автоматического включения резерва в режимах коррекции и переключения.

Таким образом, использование комбинированного активного фильтра, в котором имеются емкостной накопители энергии и управляемый трехфазный инвертор, два трехфазных выпрямителей, коммутационные аппараты между трехфазными выпрямителями и цепями основного и резервного источников электропитания переменного тока, накопитель энергии, коммутационные аппараты между емкостным накопителем энергии и управляемым трехфазным инвертором и между накопителем энергии и управляемым трехфазным инвертором, зарядное устройство, трансформатор между управляемым трехфазным инвертором и шинами ответственных потребителей, позволяет обеспечить бесперебойное электропитания ответственных потребителей при переключениях с основного источника электропитания переменного тока на резервный, а введение в устройство блока управления автоматическим включением резерва, получающего сигналы от блоков контроля показателей качества электрической энергии, блока контроля и переключения режимов работы устройством автоматического включения резерва, блока расчета моментов включения тиристорных коммутационных аппаратов, блока управления тиристорными коммутационными аппаратами, блока контроля и переключения режимов работы комбинированного активного фильтра, блока расчета моментов включения коммутационных аппаратов, блока управления электропитанием комбинированного активного фильтра, блока формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для коррекции высших гармоник и коэффициента мощности в режиме коррекции, блока формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для формирования эквивалентного напряжения на выходе управляемого трехфазного инвертора в режиме переключения, широтно-импульсный модулятор позволяет улучшить качество электрической энергии на шинах ответственных потребителей в режимах коррекции показателей качества электрической энергии и переключения электропитания в системе электроснабжения.

Заявителям неизвестен путь решения поставленной задачи с приведенной совокупностью существенных признаков, что говорит об «изобретательском уровне» технического решения.

Устройство может быть выполнено на современной элементной базе промышленного изготовления.

Приведенные данные и сведения подтверждают возможность промышленного осуществления предлагаемого изобретения.

Источники информации

1. RU №2624921, 2017 г.

2. RU №2503114, 2013 г.

3. RU №2612394, 2017 г.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение бесперебойного электропитания ответственных потребителей при переключениях с основного источника электропитания переменного тока на резервный, а также улучшение качества электрической энергии на шинах ответственных потребителей в режимах коррекции показателей качества электрической энергии и переключения электропитания в системе электроснабжения. Устройство автоматического включения резерва содержит подключенные параллельно к шинам ответственных потребителей основной и резервный источник электропитания переменного тока через последовательно включенные к каждому источнику электропитания переменного тока блоки контроля показателей качества электрической энергии и тиристорные коммутационные аппараты, а также ответственные потребители через последовательно включенный блок контроля показателей качества электрической энергии. Ко входам блока управления устройством автоматического включения резерва подключены три блока контроля показателей качества электрической энергии устройства автоматического включения резерва, а выходы блока управления устройством автоматического включения резерва подключены к двум тиристорным коммутационным аппаратам устройства автоматического включения резерва. К шинам ответственных потребителей подключен комбинированный активный фильтр, состоящий из емкостного накопителя энергии и накопителя энергии, каждый из которых подключен через коммутационные аппараты к управляемому трехфазному инвертору, соединенному с шинами ответственных потребителей через трансформатор, а накопитель энергии заряжается через зарядное устройство, подключенное к двум параллельно включенным трехфазным выпрямителям, первый из которых через коммутационный аппарат подключен к основному источнику электропитания переменного тока, а второй через коммутационный аппарат подключен к резервному источнику электропитания переменного тока. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство автоматического включения резерва, содержащее подключенные параллельно к шинам ответственных потребителей основной и резервный источник электропитания переменного тока через последовательно включенные к каждому источнику электропитания переменного тока блоки контроля показателей качества электрической энергии и тиристорные коммутационные аппараты, а также ответственные потребители через последовательно включенный блок контроля показателей качества электрической энергии, ко входам блока управления устройством автоматического включения резерва подключены три блока контроля показателей качества электрической энергии устройства автоматического включения резерва, а выходы блока управления устройством автоматического включения резерва подключены к двум тиристорным коммутационным аппаратам устройства автоматического включения резерва, отличающееся тем, что к шинам ответственных потребителей подключен комбинированный активный фильтр, состоящий из емкостного накопителя энергии и накопителя энергии, каждый из которых подключен через коммутационные аппараты к управляемому трехфазному инвертору, соединенному с шинами ответственных потребителей через трансформатор, а накопитель энергии заряжается через зарядное устройство, подключенное к двум параллельно включенным трехфазным выпрямителям, первый из которых через коммутационный аппарат подключен к основному источнику электропитания переменного тока, а второй через коммутационный аппарат подключен к резервному источнику электропитания переменного тока.

2. Устройство автоматического включения резерва по п. 1, отличающееся тем, что в состав блока управления устройством автоматического включения резерва дополнительно включены блок управления автоматическим включением резерва, блок контроля и переключения режимов работы устройством автоматического включения резерва, блок расчета моментов включения тиристорных коммутационных аппаратов, блок управления тиристорными коммутационными аппаратами, блок контроля и переключения режимов работы комбинированного активного фильтра, блок расчета моментов включения коммутационных аппаратов, блок управления электропитанием комбинированного активного фильтра, блок формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для коррекции высших гармоник и коэффициента мощности в режиме коррекции, блок формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для формирования эквивалентного напряжения на выходе управляемого трехфазного инвертора в режиме переключения, широтно-импульсный модулятор, причем ко входам блока управления автоматическим включением резерва подключены блок контроля линий связи с автоматизированной системой управления технологическим процессом, блок задания допустимых показателей качества электрической энергии и блоки контроля показателей качества электрической энергии устройства автоматического включения резерва, а к его выходу подключен блок контроля и переключения режимов работы устройством автоматического включения резерва, подающий сигнал на блок расчета моментов включения тиристорных коммутационных аппаратов и блок контроля и переключения режимов работы комбинированного активного фильтра, к выходу блока расчета моментов включения тиристорных коммутационных аппаратов подключен блок управления тиристорными коммутационными аппаратами, подающий сигнал на два тиристорных коммутационных аппарата устройства автоматического включения резерва, а к выходам блока контроля и переключения режимов работы комбинированного активного фильтра подключены блок расчета моментов включения коммутационных аппаратов и блок формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для коррекции высших гармоник и коэффициента мощности в режиме коррекции, блок расчета моментов включения коммутационных аппаратов подает сигнал на блок управления электропитанием комбинированного активного фильтра, который выходами соединен с четырьмя коммутационными аппаратам и зарядным устройством комбинированного активного фильтра, ко входам блока формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для коррекции высших гармоник и коэффициента мощности в режиме коррекции также подключены блоки контроля показателей качества электрической энергии устройства автоматического включения резерва, а к его выходу подключен широтно-импульсный модулятор, подающий сигнал со своего выхода на управляемый трехфазный инвертор и подключенный вторым входом к блоку формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для формирования эквивалентного напряжения на выходе управляемого трехфазного инвертора в режиме переключения, к которому подключены блоки контроля показателей качества электрической энергии устройства автоматического включения резерва.

3. Устройство автоматического включения резерва по п. 1, отличающееся тем, что в блоках расчета моментов включения тиристорных коммутационных аппаратов и расчета моментов включения коммутационных аппаратов определяются моменты включения тиристорных коммутационных аппаратов и коммутационных аппаратов, что позволяет формировать последовательность подачи сигналов на отключение и включение коммутационных аппаратов и закрытие и открытие тиристорных коммутационных аппаратов путем задания временных интервалов подачи сигналов за время протекания одного полупериода синусоиды напряжения и производить включение электропитания ответственных потребителей в сеть таким образом, что конец синусоиды напряжения отключаемого источника электропитания переменного тока совпадает с началом синусоиды напряжения подключаемого источника электропитания переменного тока.

5. Устройство автоматического включения резерва по п. 1, отличающееся тем, что в блоке формирования сигналов для широтно-импульсного модулятора для формирования эквивалентного напряжения на выходе управляемого трехфазного инвертора в режиме переключения дополнительно используется функция управления трехфазным инвертором, которая позволяет формировать на выходе управляемого трехфазного инвертора в режиме переключения при разности фаз между источниками электропитания напряжение такой формы, что начало синусоиды эквивалентного напряжения, формируемой управляемым трехфазным инвертором, совпадает с концом синусоиды напряжения основного источника электропитания переменного тока, и конец синусоиды эквивалентного напряжения с началом синусоиды напряжения резервного источника электропитания переменного тока и наоборот.