Способ бесперебойного электроснабжения Советский патент 1986 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам бесперебойного электроснабжения особо ответственных потребителей. Цель изобретения - обеспечение электроснабжения нйгрузки при аварийном снижении напряжения в сети переменного тока и снижение установленной мощности оборудования, На фиг. 1 представлена схема, peaлизующая предлагаемый способ; на фиг. 2 зависимости мощности от нав емкостном накопителе, попряженияясняющие работу устройства. К сети 1 переменного тока через первый коммутационный аппарат (КА) 2 подключен сетевой преобразователь 3. И его выходом через второй 4 и третий 5 КА соединен нагрузочный преобразователь 6j подсоединенный к нагруз ке 7 с синхронными машинами 8. К раз нополярным концам преобразователей 3 и 6 подключены четвертый 9 и пятый 10 КА. Шестой КА 11 включен в перемычку между сетью 1 и нагрузкой 7. Параллельно преобразователю 6 включен емкостный накопитель 12. На стороне переменного тока преобразователей 3 и 6 могут быть установлены реакторы 13, а на стороне постоянного тока - реакторы 14. В цепь .постоянно го тока включены датчики тока 15 и 16. Параллельно емкостному накопителю 12 включен датчик 17 напряжения , Датчик 18 напряжения подключен к сети 1. Преобразователи 3 и 6 снаб жены блоками 19 и 20 управления и автоматики, являющимися стандартными блоками ГУРЗА преобразователей. Первый - шестой КА снабжены исполнительными органами 21-26 включения. Блоки 19 и 20 имеют входы управления по току 27 и 28 и по напряжению 29-30,соответственно соединенные с датчиками 15-17. КА 2,4,5,9,10,11 снабжены также исполнительными органами 31-36. Блок 19 имеет запирающий вход 37, вход 38 уменьшения уставки по мощности вдвое с изменением знака и вход 39 перевода управления по мощ ности на управление по току. Блок 20 имеет вход 40 уменьшения уставки по мощности вдвое и запирающий вход 41. Блок 19 и 20 синхронизированы с сеть через входы 42 и 43 и подключены к вентилям 44 преобразователей 3 и 6 через выходы 45 и 46. Устройство содержит блок 47 логики. Блок логики 47 имеет первый третий входы 48 - 50 и первый - двенадцатый выходы 51 - 62, примем первьй вход 48, задающий величину напряжения в сети 1 переменного тока, подключен к датчику 18 напряжения сети, второй вход 49, задающий величину напряжения на емкостном накопителе 12,- к датчику 17 напряжения на емкостном накопителе, третий вход 50, задающий максимально допустимый ток. через преобразователи 3 и 6, - к датчику 16 тока через преобразователи, первый выход 51, определяющий снижение напряжения в фазах сети 1 переменного тока ниже номинальной уставки при одновременном превышении напряжением на емкостном накопите|ле 12 величины, определяемой допустимым превышением полной мощностью преобразователя 6 активной, - к запирающему входу 37 блока 19 управления и автоматики преобразователя 3, второй выход 52, определяющий снижение напряжения в фазах сети 1 переменного тока ниже номинальной уставки, - к исполнительным органам 22, 25, 26, 31, 33 и 34, третий выход 53, определякшщй снижение напряжения на емкостном накопителе 12 ниже величины, определяемой допустимым превышением полной мощностью через преобразователь 6 активной, при одновременном снижении напряжения в фазах сёти 1 переменного тока ниже номинальной уставки, - к выходу 38 блока 19 управления и автоматики преобразователя 3, четвертый выход 54, определяющий снижение напряжения на емкостном накопителе независимо от величины напряжения в сети 1 переменного тока, - к входу 40 блока 20 управления и автоматики преобразователя 6, пятый 55 и шестой 56 выходы, определяющие превышение током через iipeобразователи 3 и 6 максимально допустимой величины, - к запирающим входам 37 и 41 обоих блоков 19 и 20 управления и автоматики, седьмой выход 57, определяющий наличие номинального напряжения в сети, - к исполнительному органу 21 включения первого коммутационного аппарата 2, восьмой выход 58, определяющий наличие номинального напряжения в сети при одновременном снижении напряжения на накопителе 12 ниже номинальной величины, - к запирающему входу 3 41 блока 20 управления и автоматики преобразователя 6, девятый выход 59, определянщий, кроме того, включенное состояние четвертого 9 и пятого 10 коммутационных аппаратов, - к запирающему входу 37 блока 19 управления и автоматики преобразователя 3, деся тый выход 60, определяющий наличие .сигнала на девятом выходе 59, - к ис полнительным органам 23, 24, 35 и 36, одиннадцатый выход 61, опре:деляЮ1ций, кроме наличия факторов восьмого выхода 58, наличие сигна па. на десятом выходе 59, - к выходу 39 блока 19 управления и автоматики преобразователя 3, двенадцатьй выход 62, определяющий равенство напряжения на емкостном накопителе 12 номинальному значению, - к испол нительному органу 32 отключения шес того КА 11. Первый вход 48 блока 47 логики соединен через элемент 63 сравнения на второй вход 64 которого подается уставка номинального напряжения сети 1 , а выход соединен с входами триггера 65, с одним непосредственно, а с другим через элемент НЕ 66. Один из выходов триггера 65 соединен через элемент 67 задержки с вторым выходом 52 и одним из входов элемента И-НЕ 68. Другой выход триггера 65 соединен с седьмым выходом 57 и через элемент 69 задержки с десятым выходом 60, а также с входами элемен тов И-НЕ 70 и 71, Выход элемента И-НЕ.68 соединен с одним из входов триггера 72, другой вход которого соединен с входом элемента И-НЕ и вы ходом 74 элемента 73 сравнения с уставкой по напряжению, определяемому допустимым превышением полной мощностью через инвертор 6, вход которо го подключен ко второму входу 49 бло ка логики 47, активной. К входу 49 подключен вход 76 элемента 75 сравнения с уставкой номинального напряжения на емкостном накопителе 12, выход которого подключен к двенадцатому выходу 62 и входу элемента И-НЕ 71. Один выход триггера 72 подключен к первому выходу 51, а другой - к четвертому выходу 54 и входу элемента И-НЕ 70, выход которого под ключен к третьему выходу 53 блока 47 логики. Выход элемента И-НЕ 71 подключен к восьмому выходу 58, а также к входу элемента И-НЕ 77 и через 265 элемент-78 задержки к входу триггера 79, другой вход которого подключен к выходу элемента И-НЕ 77. Другой вход элемента И-НЕ 77 подключен к элементу 78 задержки. Выходы триггера 79 подключены к девятому 59 и один;ддцатому 61 выходам. Пятый 55 и шестой 56 выходы соединены через элементы 80 и 81 развйзки, например диоды, с выходом 83 элемента 82 сравнения с уставкой максимального тока через преобразователь 6, вход которого соединен с третьим входом 50. На фиг. 2 представлена зависимость изменения полной мощности 5 от напряжения Е на емкостном накопителе 12 при его разрядке на нагруз-. ку 7 через преобразователи 3 и 6 по закону постоянства активной мощности P const. Кривые 84 и 85 соответствуют величинам ,3 и Р 0,15. Точки 8690 служат для обозначения режима. Устройство бесперебойного электроснабжения работает следующим образом. В нормальном режиме КА 2, 4 и 5 замкнуты, КА 9-11 разомкнуты. Мощность из сети 1 через преобразователи 3 и 6 передается в нагрузку 7. Емкостной накопитель 12 заряжен до :номинального напряжения. Синхронная машина 8, синхронный компенсатор, обесточивает преобразователь 6 и нагрузку 7 реактивной мощностью. При снижении напряжения в сети 1 ниже уставки на входе 64 пропадает сигнал на выходе элемента 63 сравнения, в результате чего из-за наличия элемента НЕ 66 через триггеры 65 и 72 и элемент И-НЕ 68 появляется сигнал на выходе 51 блока 47 логики, который запирает вентили 44 преобразователя 3. Кроме того, через время, достаточное для запирания тиристоров 44, что обеспечивается элементом 67 задержки, появляется сигнал на выходе 52, что ведет к отключению КА 2, 4 и 5 и включению КА 9-11. В результате этих операций емкостной накопитель 12 начинает разряжаться на инвертор 6 в режиме Р const (точки 86-87 кривой 84, фиг. 2), а преобразователь 3, оставаясь запертым, меняет свою полярность подключения к емкостному накопителю 12 и может работать как инвертор. Положение точки 86 на кривой 84 определяется допустимым превьшением полной мощностью 3 активной Р (на фиг, 2 эта величина принята равной 1,5), Этому положению соответствует напряжение уставки на выходе 74. При снижении напряжения на емкостном накопителе 12 ниже этой уставки .на выходе элемента 73 сравнения появляется сигнал, который ведет к пропаданию сигнала на выходе элемента И-НЕ 68 и соответствующем входе триг гера 72 и появлению сигнала на другом его выходе. В результате этого снимается .сигнал с запирающего входа блока 19 и появляются сигналы на выходе 54 и через элемент И-НЕ 70 на выходе 53, которые проходят на входы 38 и 40, Блоки 19 и 20 начинают управлять преобразователями 3 и 6 таким образом, что они оба становятся инверторами, причем значение мощности через каждый уменьшается вдвое от номинальной мощности нагрузки (переход с кривой 84 на кривую 85, с точки 87 на точку 88), В результате параллельного вклю,чения двух преобразователей 3 и 6 активная мощность в нагрузке не мен ется, а полная мощность через них не превосходит номинальной величины Дальнейший процесс идет для каждого преобразователя по кривой 85 до точ ки 89, После этого, если напряжение в сети 1 за время разряда емкостного накопителя 12 не восстановилось, ток через преобразователи превысит уставку 83 и на выходах 55 и 56 появятся сигналы, запирающие преобразователи 3 и 6. (устройство свой ресуре исчерпает). По этой же причине произойдет запирание преобразователей 3 и 6 при коротком замыкании в нагрузке 7. ... - . S Если в любой момент между точками 86 и 89 напряжение в сети 1 восстановится, то на выходе элемента 63 сравнения появится сигнал, перебрасывающий триггер 65 и обусловливак)щий появление сигнала на выходе 57 (включается КА 2), В результате этого нагрузка 7 начинает питаться непосредственно от сети 1 через КА 11, После срабатывания КА через элемент 69 задержки проходит сигнал на вход элемента М-НЕ 70и пропадает сигнал на выходе 53, Кроме того, через элемент И-НЕ 71 проходит сигнал, обусловливающий появление сигнала на выходе 58, и через элемент И-НЕ 77 и триггер 79 на выход 59, что ведет к запиранию обоих преобразователей, после чего в результате появления сигнала на выходе 60 выключаются КА 9 и 10 и включаются КА 4 и 5, Через время, определяемое элементом 78 задержки и необходимое для завершения перечисленных вьше операций появляется сигнал, перебрасывающий триггер 79 и запирающий элемент И-НЕ 77. Это ведет к появлению сигнала на выходе 61 и : отпиранию преобразователя 3, работающего в режиме вьшрямителя. Происходит заряд емкостного накопителя 12 через преобразователь 3 при запертом преобразователе 6. При этом, поскольку закон потребления мощности преобразователем 3 при заряде емкостного накопителя 12 не влияет на работу нагрузки 7, целесообразно производить этот заряд постоянным по величине током, что увеличивает КПД процесса. При достижении напряжением на емкостном накопителе 12 номинальной величины, задаваемой уставкой 76, появляется напряжение на выходе элемента 75 сравнения, запирающее элемент И-НЕ 71 и снимающее запирающие импульсы с блока 20 преобразо-. вателя 6 и напряжение с выхода 39 блока 19 преобразователя 3. При этом схема возвращается в исходное состояние, в результате появления сигнала на выходе 62 отключается КА 11 и возобновляется питание нагрузки 7 через преобразователи 3 и 6. Саморазряд емкостного накопителя 12 компенсируется за счет его постоянного подключения параллельно преобразователям 3 и 6, Аварийные ситуации в цепи преобразователей 3 и 6 и емкостного накопителя 12 локализуются за счет включения на период таких аварий КА 11. Бесперебойность электроснабжения нагрузки 7 обеспечивает емкостной накопитель 12. Однако в случае его подключения через некоммутируемые преобразователи эффективность его использования была бы мала. Как следует из фиг. 2 при заданном превьшении полной мощностью активной процесс разряда оканчивался бы в точке 87. При этом напряжение на емкост ном накопителе менялось бы от t,5 до 1,11, что соответствует использованию только 45% запасенной в накопителе энергии 12. Предлагаемое подключение преобразователей 3 и 6 параллельно друг дру гу позволяет емкостному накопителю 2 разряжаться до напряжения 0,59, что соответствует использованию 92% запасенной энергии. С другой стороны если задатьсявеличиной использованной энергии, то разряд по кривой 84 должен был происходить до точки 90, т.е. полная мощность через оборудова ние превысила бы номинальную в 6 раз Формула изобретения Способ бесперебойного электроснабжения нагрузки с синхронными электрическими машинами, соединенной с шинами сети переменного тока через два управляемых вентильных преобразо вателя, заключаюпщйся в том, что измеряют напряжение сети переменного тока, при питании от сети переменного тока сетевой преобразователь, под ключенный к сети, переводят в режим выпрямления, а нагрузочный преобразователь, подключенный к нагрузке, в режим инвертирования, регулируя их в соответствии с основной уставкой по мощности, отличающийся .Тгем, что, с целью обеспечения элек троснабжения нагрузки при аварийном снижении напряжения в сети перемен ного тока и снижении у становленной мощности оборудования/ дополнительно запасают энергию на стороне постоянного тока преобразователей и при снижении напряжения в сети переменного тока ниже величины, допустимой по условиям работы нагрузки, запирают сетевой преобразователь, отключают его от сети и подключают к нагрузке, изменяют полярность подключения сетевого преобразователя к нагрузочному на обратную, сравнивают напряжение на стороне постоянного тока преобразователей с уставкой по напряжению, определяемой допустимым превьввением полной мощности над активной, и при снижении этого напряжения ниже уставки переводят сетевой преобразователь в режим инвертирования, причем уставку по мощности обоих преобразователей снижают вдвое, а при восстановлении напряжения в сети переменного тока подключают сетевой преобразователь к сети переменного тока, запирают оба преобразователи, изменяют полярность подключения сетевого преобразоват€ ля на первоначальную и переводят его в режим выпрямления и при достижении напряжением на стороне постоянного тока номинальной величины отпирают нагрузочный преобразователь, после чего отключают сетевой преобразователь от нагрузки, причем одновременно с регулированием преобразователей при работе их в режиме инвертирования увеличивают ток возбуждения синхронных машин.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам бесперебойного электро.снабжения особо ответственных потребителей. Дель изобретения - обеспечение электроснабжения нагрузки (Н) при аварийном снижении напряжения в сети переменного тока и снижение установленной мощности оборудования. Н с синхронными эл. машинами соединена с сетью переменного тока через два управляемых вентильных преобразователя (П). Сетевой П переводят в режим выпрямления, а нагрузочный П . в режим инвертирования. На стороне постоянного тока П запасают энергию. Сетевой П запирают, отключают от сети и подключают к Н при снижении напряжения сети переменного тока ниже величины, допустимой по условиям работы Н. Полярность подключения с сетевого П к нагрузочному П изменяСП ют на обратную. При снижении напряжения на стороне постоянного тока ниже величины, определяемой допустимым превышением полной мощности над активной, переводят сетевой П в режим инвертирования. Уставку по мощности обоих П снижают вдвое, а при восстановлении напряжения в сети переменного тока подключают сетевой П к сети переменного тока. Запирают оба П. Изменяют полярность сетевого П на первоначальную и отпирают нагрузочный П. Сетевой П отключают от Н. Ток возбуждения синхронных машин увеличивают одновременно с регулированием П при работе их в режиме инвертирования. 2 ил