AMY-MS-0.4低壓快速切換裝置
在電力系統(tǒng)中根據(jù)負(fù)載類型分為“有源負(fù)載”和“無源負(fù)載”；有源負(fù)載：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，可以向短路點(diǎn)提供短路電流，成為“有源負(fù)載”,如電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等。無源負(fù)載：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)不向系統(tǒng)提供短路電流的負(fù)載，成為“無源負(fù)載”,如鹵素?zé)?、電弧爐等。
無論是開路還是短路故障，對(duì)變頻器來說，都是致命的，其前端整流部分失壓或低壓，都不能給儲(chǔ)能電容器繼續(xù)充電，后端的逆變部分只能依賴電容器在電源故障前儲(chǔ)存的能噩繼續(xù)工作，事實(shí)證明，當(dāng)變頻器前端電壓低于70%時(shí)，電容器儲(chǔ)能僅能維持變頻器滿負(fù)荷工18ms,之后就保護(hù)停機(jī)，因此，變頻器要求低于70%電壓的工況不得超過18ms。
開路故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)衰減緩慢，機(jī)端電壓可以維持幾百毫秒以上；可在短路故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)衰減時(shí)間常數(shù)只有30ms左右，90ms后恢復(fù)供電時(shí)，相當(dāng)千電機(jī)群直接起動(dòng)，二次沖擊電流接近最大值，因此，電動(dòng)機(jī)要求供電故障時(shí)間越短越好。
開路故障時(shí)，有電動(dòng)機(jī)剩余電壓支撐，—般可堅(jiān)持幾百毫秒不跳；可短路故障時(shí)，線包維持的時(shí)間不大千20ms, 因此，要求供電故障時(shí)間不得超過20ms。
AMY-MS-0.4有源快速投切裝置采用超級(jí)電容或碳基電容電池作為儲(chǔ)能介質(zhì)，通過DC/AC逆變器輸出與電網(wǎng)同步的AC380V或其它電 壓等級(jí)的交流電源，作為電網(wǎng)的短時(shí)備用電源。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)“晃電”或短時(shí)停電時(shí)，通過渦流驅(qū)動(dòng)真空 快速切換開關(guān)（切換時(shí)間<20ms) , 將用電敏感設(shè)備快速的切換至儲(chǔ)能單元供電，待電網(wǎng)恢復(fù)正常后，再切回電網(wǎng)供電，保證用電敏感設(shè)備在電網(wǎng)發(fā)生波動(dòng)期間能夠正常工作，以避免造成重大經(jīng)濟(jì)損失。
本裝置采用分布式、多點(diǎn)治理即就地治理，每臺(tái)裝置最大可帶敏感負(fù)荷 200kW/2 (5) s, 是目前治理電壓陡降的最有效、最經(jīng)濟(jì)，且完全滿足I 、II類敏感負(fù)荷對(duì)供電電能質(zhì)量持續(xù)性的要求的治理方式，適用千精密制造、半導(dǎo)體制造、汽車制造、鋼鐵石化及大型公共場(chǎng)所照明 等場(chǎng)所敏感負(fù)荷對(duì)供電電能質(zhì)量持續(xù)性的要求。
400V高速斷路器及切換控制器裝置 (AMY-MS-0.4) , 如上圖所示，它由切換裝置、逆變裝置、儲(chǔ)能裝置三個(gè)單元組成。
切換裝置由快速切換開關(guān)及切換控制器組成，工作邏輯快速切換開關(guān)閉合時(shí)流過正常工作電流，當(dāng)出現(xiàn)晃電時(shí)在20ms內(nèi)將敏感負(fù)載的電源從工作電源切除，切換控制器對(duì)逆變裝置發(fā)出供電命令，由逆變裝置對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電。
儲(chǔ)能單元儲(chǔ)存的能量通過DC/AC逆變器逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同步的三相交流AC380V或其它電壓等級(jí)的電源，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生“晃電”或短時(shí)故障時(shí)，短時(shí)給用電敏感負(fù)載供電。
儲(chǔ)能單元SU由碳基電容電池組組成，單節(jié)電池容量為1. 3AH,采用多節(jié)串并聯(lián)組成，單體電池間無需均衡，循環(huán)壽命達(dá)萬次以上且免維護(hù)，輸出可直接短路，溫度特性好，壽命長，可以滿足系統(tǒng)200kW/2(5)s 短時(shí)間、高倍率供電時(shí)間要求。
電網(wǎng)正常清況下，用電敏感設(shè)備由電網(wǎng)供電，本裝置通過電網(wǎng)給碳基電容電池充電并保持，同時(shí)逆變輸出與電網(wǎng)同步的交流AC380V或其它電壓等級(jí)的電源。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生”晃電”或短時(shí)故障時(shí)，快速切換開關(guān)控制器通過對(duì)故障進(jìn)行快速診斷，判斷故障是區(qū)內(nèi)或區(qū)外故障。若故障為區(qū)外故障引起電壓陡降，控制器在1 ms內(nèi)立即發(fā)出切換指令，快速切換開關(guān)在4 ms以內(nèi)將用電敏感設(shè)備從電網(wǎng)斷開，切換控制器對(duì)逆變裝置發(fā)出供電命令，由逆變裝置對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電約2s或5s, 確保用電設(shè)備停電時(shí)間不超過20ms。若電網(wǎng)停電時(shí)間超過2s或5s, 則停機(jī)，待電網(wǎng)恢復(fù)正常后，用電敏感設(shè)備再切回電網(wǎng)供電；若故障為區(qū)內(nèi)故障，則快速開關(guān)直接快速切斷故障支路，不切換不能把故障引入本設(shè)備中。
本裝置有2面或3 面屏組成，即1 面DC/AC逆變器屏、1面或2面儲(chǔ)能及快速切換屏，平面布置見下圖。
按照前文關(guān)于VSC“渦流驅(qū)動(dòng)”快速斷路器的內(nèi)容。
切換控制器可在工作電源系統(tǒng)發(fā)生短路故障或失電的1ms之內(nèi)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，實(shí)現(xiàn)兩路電源的自動(dòng)切換。
當(dāng)本支路以外或外網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，對(duì)電動(dòng)機(jī)來說，本支路的電動(dòng)機(jī)向短路點(diǎn)反饋電流較小，電壓大幅下降，以此來判定為區(qū)外短路，.可以進(jìn)行切換。對(duì)變頻器的支路來說，電壓大幅下降，變頻器交流側(cè)電壓低千直流側(cè)母線電壓，該支路輸入電流為零，立即進(jìn)行切換。
當(dāng)本支路內(nèi)部發(fā)生近區(qū)短路時(shí)，短路電流較大，電壓大幅下降，為區(qū)內(nèi)短路。此時(shí)只能切斷支路，不能把發(fā)生短路的支路切換到備用電源上去。
通過對(duì)系統(tǒng)電流、電壓變化特征的分析，可以判斷系統(tǒng)故障類型，從而采取相應(yīng)的投切策略。本公司研發(fā)的快速算法，能在短路電流上升1ms內(nèi)完成對(duì)短路電流、母線電壓的計(jì)算，判斷內(nèi)外網(wǎng)短路及電壓凹陷，并發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。對(duì)于有電動(dòng)機(jī)的支路，控制器立即發(fā)出分
閘信號(hào)和切換信號(hào)，在第一個(gè)周波的過零點(diǎn)切斷短路電流，在20ms內(nèi)完成將敏感負(fù)載從短路系統(tǒng)中切開、并切換到備用電源的操作。
對(duì)千有變頻器的支路，由千系統(tǒng)電壓下降到低千變頻器電容電壓，輸入電流為零，開關(guān)可在20ms內(nèi)完成將變頻器從短路系統(tǒng)切開、并切換到備用電源上的操作。
正常運(yùn)行時(shí)控制器檢測(cè)工作電源各相電壓，面板上顯示工作電源母線各相電壓和所控支路的負(fù)荷電流。若發(fā)現(xiàn)備用電源異常則閉鎖備用電源切換回路并報(bào)警，面板顯示故障狀態(tài)，輸出無源狀態(tài)，輸出無源開關(guān)量接點(diǎn)信號(hào)，并通過微機(jī)通訊系統(tǒng)向控制中心報(bào)告故障信息。
采用Rogowski線圈測(cè)量系統(tǒng)電流，具有動(dòng)態(tài)范圍大，測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。且沒有電磁感應(yīng)式電流互感器因存在的磁飽和問題。采用霍爾傳感器測(cè)量電壓。
采用16位高速、高精度AD轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)高分辨數(shù)據(jù)采集。大容量FPGA和32為高速浮 DSP 構(gòu)成強(qiáng)大的運(yùn)算能力，確保1ms內(nèi)完成短路電流計(jì)算、電流過零點(diǎn)預(yù)測(cè)、電壓凹陷計(jì)算。
控制單元采用快速測(cè)控技術(shù)運(yùn)算速度快，精度高。電子器件經(jīng)過嚴(yán)格篩選，電子線路經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，抗干擾能力強(qiáng)，動(dòng)作可靠性高。
HN系列雙向變流器／逆變器是根據(jù)儲(chǔ)能電站的需要開發(fā)的新—代電源產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用高質(zhì)量元器件和先進(jìn)的DSP數(shù)字處理芯片，性能穩(wěn)定；總電流諧波畸變率＜±3%,整機(jī)效率高達(dá)97%。該電源具有過欠壓保護(hù)、過欠頻保護(hù)、過流保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)、過溫保護(hù)、防孤島保護(hù)、功率翻轉(zhuǎn)保護(hù)等完備的保護(hù)功能，確保系統(tǒng)、蓄電池和公共電網(wǎng)最大的運(yùn)行安全。
產(chǎn)品原理框圖如下圖所示：
1.具有并網(wǎng)運(yùn)行模式和離網(wǎng)運(yùn)行兩種模式，并可以在兩種模式之間進(jìn)行快速切換，滿足用戶在實(shí)際運(yùn)用中的不同需求。
具有各種完備的保護(hù)功能，如過欠壓保護(hù)、過欠頻保護(hù)、過流保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)、過溫保護(hù)、防孤島保護(hù)、功率翻轉(zhuǎn)保護(hù)等等，
2.確保系統(tǒng)、蓄電池和公共電網(wǎng)最大的運(yùn)行安全。
3.采用了—系列硬件和軟件優(yōu)化措施，使得設(shè)備本身的功耗很小，轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到97%以上（半載以上），節(jié)能性能優(yōu)異。
4.采用先進(jìn)優(yōu)異的軟件算法和硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因 此并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波污染很小，電流諧波畸變率＜±3%(半載以上）。
5并網(wǎng)運(yùn)行可根據(jù)遠(yuǎn)程指令或本地設(shè)定，向電網(wǎng)注入無功功率 ，使得并網(wǎng)功率因數(shù)可在-1-1之間可調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的無功補(bǔ)償。
6.輸入功率因數(shù)高，電磁兼容性能好。充電功率因數(shù)≥0.99(半載以上），放電輸出功率因數(shù)0.95-0.99。
7預(yù)留并聯(lián)接口，可以擴(kuò)容至MW級(jí)換流器。
8具有各種通訊接口，包括RS232/485/CAN/以太網(wǎng)接口等等，可以滿足不同監(jiān)控通訊方式的要求。
9. 離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，能夠產(chǎn)生高質(zhì)量的交流電能，滿足用電負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量的要求。
