Динамический компенсатор искажений напряжения

ДИНАМИЧЕСКИЙ КОМПЕНСАТОР НАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 2018 года по МПК H02J3/12

Заявляемое изобретение относится к электротехнике и может быть реализовано в виде устройства, устанавливаемого на входе оборудования, нуждающегося в нейтрализации влияния просадок и скачков напряжения питающей сети посредством точной и плавной регулировки переменного напряжения.

В связи с повышением требований к качеству электроэнергии в современных автоматизированных системах управления производственными и технологическими процессами и их повсеместным применением возникла необходимость использования динамических компенсаторов искажений напряжения (ДКИН).

Известные ДКИН представляют собой устройства, содержащие выпрямитель и инвертор с пофазным управлением на базе полностью управляемых источников напряжения, который включен в питающую сеть потребителя и через вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) создает добавку напряжения ΔU на вторичной обмотке, компенсирующую провалы напряжения.

Из патента на изобретение RU 2393611 от 27.06.2010, МПК H02J 9/06, патентообладателем которого является Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ), известно устройство динамического восстановления провалов напряжения, которое с целью обеспечения защиты электроприемника от провалов напряжения при кратковременных перерывах электроснабжения подводит компенсированное напряжение, формируемое преобразователем, питаемым от зарядного устройства в контуре постоянного тока, в который включен поглощающий компенсатор, образующий энергетический демпфер для регулирования потоков мощности, служащего для стабилизации компенсационного напряжения, для подведения в режиме провала к зажимам электроприемника через ВДТ на время ликвидации кратковременного нарушения электроснабжения.

К недостаткам указанного технического решения можно отнести отсутствие возможности перехода на резервную линию питания нагрузки, сниженную скорость реакции на ухудшение качества сети, а также точность компенсации провалов и бросков напряжения в пределах 10% процентов от номинального напряжения, что может повлиять на работу оборудования, чувствительного к таким показателям качества напряжения питающей сети.

Также из патента № US 5905367 A от 18.05.1999; МПК H02J 3/12, патентообладателем которого является Сименс Вестингхаус (США), известно устройство, содержащее систему управления, вольтодобавочный трансформатор, одна из обмоток или групп обмоток которого подключена к сети электропитания, а другая обмотка или группа обмоток подключена к источнику напряжения вольтодобавки.

Один из вариантов осуществления изобретения предусматривает наличие двух трансформаторов, при этом один из них связан по меньшей мере с одним инвертором, выполнен с возможностью вольтодобавки и включен в сеть между источником напряжения и нагрузкой. При этом упомянутый однофазный инвертор также подключен к общему источнику накопления и передачи энергии и соединен со вторым вольтодобавочным трансформатором, выполненным с возможностью питания нагрузки от указанного источника накопления и передачи энергии.

К недостаткам указанного технического решения можно отнести наличие по сути двух вольтодобавочных трансформаторов, один из которых включен в сеть между источником питания и нагрузкой, а второй — между источником накопления энергии и нагрузкой, что может повлечь за собой увеличение потребления электроэнергии, а также увеличение стоимости устройства.

Принимаем указанное техническое решение за ближайший аналог.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание компенсатора напряжений, обеспечивающего напряжение питающей электрической сети потребителя в пределах ±1% от номинального напряжения Uном, в условиях значительных (до 30% и более) отклонений напряжения питания от номинального Uном, а также обеспечение возможности работы оборудования при отсутствии питания до момента перехода на линию резервного питания.

Технический результат, достигнутый от реализации заявляемого изобретения, заключается в упрощении конструкции устройства, улучшении качества электропитания потребителя за счет исключения существенных для него просадок и скачков питающего напряжения длительностью более 2 мс, а также сокращении финансовых и технологических потерь, которые могут возникнуть из-за невысокой надежности энергообеспечения, за счет поддержания напряжения на нагрузке в течение не менее 1 секунды при отсутствии входного напряжения, что позволяет гарантированно перевести потребителей на резервную линию питания.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что вольтодобавочный трансформатор динамического компенсатора напряжений выполнен с возможностью работы по меньшей мере в двух рабочих режимах «Компенсации напряжений» и «Бесперебойного питания UPS». В одном из которых по меньшей мере одна обмотка высокого напряжения подключена к управляемому инвертору, а другая обмотка или группа обмоток включена последовательно в сеть между источником тока и потребителем, низкого напряжения, с возможностью обеспечения вольтодобавки. При этом во втором из возможных режимов работы низковольтные обмотки вольтодобавочного трансформатора, перекоммутируемые посредством по меньшей мере одного управляемого коммутационного устройства, соединены в электрическую схему с возможностью обеспечения работы трансформатора без подключения к питающей сети, при этом инвертор соединен со звеном накопления и передачи энергии с возможностью питания вольтодобавочного трансформатора. Динамический компенсатор напряжения также выполнен с возможностью перехода между рабочими режимами и режимами работы вольтодобавочного трансформатора посредством системы управления, которая включает по меньшей мере один блок управления, функционально связанными с ним управляемыми устройствами, сконфигурированный с возможностью контроля рабочих параметров сети и формирования управляющих сигналов в зависимости от рабочего режима. Динамический компенсатор напряжения выполнен с возможностью работы по меньшей мере в двух рабочих режимах, в одном из которых рабочий контур включает по меньшей мере один управляемый инвертор, функционально связанный с вольтодобавочным трансформатором, и выполнен с возможностью байпасирования и перехода в режим, исключающий из рабочего контура указанный управляемый инвертор и вольтодобавочный трансформатор. Динамический компенсатор напряжения выполнен с возможностью байпасирования посредством управляемых быстродействующих коммутационных элементов и автоматического механического выключателя, включенных параллельно.

Сущность заявляемого изобретения поясняется, но не ограничивается следующими изображениями:

фиг. 1 — структурная схема компенсатора напряжений;

фиг. 2 — функциональная блок-схема системы управления компенсатора напряжений;

фиг. 3 — структурная схема в режиме «Компенсатора напряжений»;

фиг. 4 — структурная схема в режиме «Бесперебойного питания UPS»;

фиг. 5 — структурная схема в режиме «Байпас».

Заявляемое техническое решение предусматривает различные варианты и альтернативные формы реализации. Конкретный вариант осуществления показан посредством схем на чертежах и в описании изобретения. Описанное техническое решение не ограничивается конкретной раскрытой формой и может охватывать все возможные варианты исполнения, эквиваленты и альтернативы в рамках существенных признаков, раскрытых в формуле изобретения.

Динамический компенсатор напряжения является программно-аппаратным комплексом, обеспечивающим нейтрализацию влияния просадок и скачков напряжения питающей сети на электрооборудование потребителей.

Динамический компенсатор напряжения (фиг. 1) содержит вольтодобавочный трансформатор 1, одна из обмоток или групп обмоток которого подключена в сеть электропитания между источником тока 2 и нагрузкой 3, а другая обмотка или группа обмоток подключена к управляемому источнику напряжения вольтодобавки, представленному в виде по меньшей мере одного управляемого инвертора 4, выполненного с возможностью изменения напряжения на одной или группе обмоток вольтодобавочного трансформатора, а также рекуперации электрической энергии в сеть электропитания.

Компенсатор напряжения выполнен с возможностью работы по меньшей мере в двух рабочих режимах. В одном из рабочих режимов, таком как режим «Компенсации напряжений» (КН), рабочий контур включает по меньшей мере один управляемый инвертор 4, функционально связанный с вольтодобавочным трансформатором 1. При этом упомянутый инвертор функционально связан с управляемым устройством 5 накопления и передачи энергии, а также звеном постоянного тока, включающим по меньшей мере один управляемый активный выпрямитель 6 и управляемое зарядное устройство 7. Указанный рабочий контур выполнен с возможностью байпасирования посредством управляемых быстродействующего коммутационного устройства 8 и механического автоматического выключателя 9, включенных параллельно, и перехода в режим, исключающий из рабочего контура указанный инвертор и вольтодобавочный трансформатор, режим «Байпас». Наряду с этим управляемые коммутирующие устройства 10, 11 служат для переключения между режимами работы вольтодобавочного трансформатора.

Как вариант реализации изобретения, при использовании однолинейной схемы вольтодобавочный трансформатор может быть выполнен трехобмоточным. Указанный вольтодобавочный трансформатор выполнен с возможностью работы по меньшей мере в двух рабочих режимах, таких как «Компенсатор напряжений» (КН) и «Бесперебойного питания» (UPS). Указанные режимы работы ВДТ могут быть реализованы при работе динамического компенсатора напряжений в режиме «Компенсации напряжений»

В режиме КН по меньшей мере одна обмотка высокого напряжения 12 вольтодобавочного трансформатора подключена к управляемому инвертору и соединена выходом с нулевой точкой 13 посредством управляемого коммутирующего устройства 10, а другая обмотка или группа обмоток 14 выполнена низковольтной и включена последовательно в сеть между источником тока и потребителем низкого напряжения через управляемое коммутационное устройство 11 с возможностью обеспечения вольтодобавки.

Во втором из возможных режимов работы, режиме UPS, низковольтная обмотка или группа обмоток вольтодобавочного трансформатора, перекоммутируемые посредством по меньшей мере одного управляемого коммутационного устройства 11, соединены в электрическую схему, например звезду, с возможностью обеспечения работы ВДТ без подключения к питающей сети, при этом высоковольтная обмотка замкнута на нулевую точку 13 посредством управляемого коммутационного устройства 10, а инвертор соединен со звеном накопления и передачи энергии с возможностью питания вольтодобавочного трансформатора до момента перехода на резервную линию питания.

Во втором из возможных режимов работы динамического компенсатора напряжения, режиме «Байпас», может обеспечиваться как минимальное энергопотребление с непрерывным контролем входного напряжения посредством сравнения с заданным значением, так и полное отключение элементов системы управления и управляемых устройств от сети, сохраняя при этом питание потребителя. В режиме «Байпас» в случае, если напряжение сети находится в пределах заданных пользователем значений, то питание нагрузки осуществляется минуя вольтодобавочный трансформатор. Критерием перехода из режима «Байпас» в режим «КН» является выход напряжения за пределы заданного значения либо задание режима «КН» пользователем вручную.

При этом компенсатор напряжения выполнен с возможностью перехода между рабочими режимами и режимами работы вольтодобавочного трансформатора посредством системы управления (фиг. 2), которая включает по меньшей мере один блок управления 15, функционально связанными с ним управляемыми устройствами, сконфигурированный с возможностью контроля рабочих параметров сети и формирования управляющих сигналов в зависимости от рабочего режима. Упомянутый блок управления 15 осуществляет общее управление режимами работы компенсатора напряжений, контролирует входные напряжения, выходные напряжения и токи, формирует сигналы задания и организует обмен информацией с управляемыми устройствами посредством системы контроллеров.

Система контроллеров включает: контроллер 16 управляемого инвертора, контроллер 17 управляемого активного выпрямителя, контроллер 18 управляемого зарядного устройства, контроллеры 19, 20 управляемого устройства накопления и передачи энергии, контроллер 21 управляемых коммутационных устройств.

Для согласования работы контроллеров отдельных управляемых устройств, выполняющих одинаковые функции, могут применяться промежуточные контроллеры (на схеме не показаны), связанные с блоком управления.

Описывая заявляемое техническое решение, следует указать на особенности работы его управляемых устройств и связей между ними в основных рабочих режимах.

Основными рабочими режимами заявляемого технического решения являются: режим «Компенсации напряжений» и «Байпас».

В режиме «Компенсации напряжений» (фиг. 3) рабочая цепь включает вольтодобавочный трансформатор 1, управляемый инвертор 4, связанные с ним звено постоянного тока с устройством накопления и передачи энергии 5, коммутирующее устройство 11 открыто для прохождения питающего напряжения (жирная пунктирная линия) к нагрузке. При этом посредством блока управления 15 осуществляется непрерывный контроль входного напряжения и его сравнение с заданным значением, а также формирование и передача управляющих сигналов управляемым устройствам посредством соответствующих контроллеров.

В случае отклонения напряжения от заданного значения управляемый посредством контроллера 16 инвертор динамически формирует напряжения, которые передаются на обмотку или группу низковольтных обмоток вольтодобавочного трансформатора 1 (тонкие пунктирные линии), включенную в сеть между источником питания 2 и нагрузкой 3. Таким образом, в питающую сеть добавляется недостающее напряжение либо изымается излишнее с последующим возвращением в виде рекуперации. При этом управляемый контроллером 17 активный выпрямитель 6, связанный с управляемым контроллером 18, зарядным устройством 7, поддерживает напряжение звена постоянного тока на заданном уровне за счет питания энергией от сети или возвращения излишков энергии, накапливаемых звеном постоянного тока в сеть, чем обеспечивает нормальное функционирование управляемого инвертора, в частности, и изделия в целом. В этом режиме формируется заданное напряжение на стороне нагрузки с погрешностью не более 1% от номинального значения напряжения сети Uном.

В случае существенных провалов питающего напряжения более 30% от номинального либо его полного отсутствия вольтодобавочный трансформатор переходит в режим UPS (фиг. 4) посредством перекоммутации обмоток вольтодобавочного трансформатора, а именно замыкания высоковольтной обмотки 12 на нулевую точку 13 управляемым коммутирующим устройством 10 и отключения внешнего питающего напряжения путем выключения коммутационного устройства 11. При этом в работу включается управляемое контроллерами 19, 20 устройство накопления и передачи энергии 5, которое может быть выполнено, например, в виде блока конденсаторов, обеспечивающее питание нагрузки 3 на уровне номинального напряжения в течение времени, достаточного для перехода потребителей на резервную линию питания. После перехода на резервную линию питания осуществляется перекоммутация упомянутых коммутирующих устройств 10, 11 и соответствующих обмоток вольтодобавочного трансформатора для работы в режиме КН.

Также одной из особенностей заявляемого технического решения является реализация плановых и аварийных переходов в режим «Байпас» (фиг. 5).

Переход производится одновременной подачей сигналов блока управления 15 на управляемое контроллером 21 быстродействующее коммутационное устройство 8 и подачей команды включения автоматического механического выключателя 9. Управляемое коммутационное устройство 8 включается первым, после чего срабатывает автоматический механический выключатель 9. После отсчета выдержки времени управление коммутационным устройством 8 отключается и в работе остается только автоматический механический выключатель. В результате включения перехода в режим «Байпас» рабочая цепь исключаются из схемы электропитания потребителя и ток протекает к нагрузке (жирная пунктирная линия) минуя вольтодобавочный трансформатор, при этом инвертор формирует на ВДТ напряжение (тонкая пунктирная линия), обеспечивающее его безударное включение в сеть при выключении режима «Байпас» с переходом в режим «КН».

Реализация заявляемого технического решения способствует достижению указанного технического результата, обеспечивая улучшение качества электропитания на нагрузке за счет исключения существенных для нее просадок и скачков питающего напряжения длительностью более 2 мс, а также реализуя возможность перехода на резервную линию питания с обеспечением бесперебойной работы электрооборудования, используя при этом один вольтодобавочный трансформатор, выполненный с возможностью работы как от сети, так и от источника накопления и передачи энергии посредством перекоммутации соответствующих обмоток ВДТ.

Иллюстрации к изобретению RU 2 656 372 C1

Реферат патента 2018 года ДИНАМИЧЕСКИЙ КОМПЕНСАТОР НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к электротехнике и может быть реализовано в виде устройства, устанавливаемого на входе оборудования, нуждающегося в нейтрализации влияния просадок и скачков напряжения питающей сети посредством точной и плавной регулировки переменного напряжения. Сущность изобретения заключается в том, что вольтодобавочный трансформатор динамического компенсатора напряжений выполнен с возможностью работы по меньшей мере в двух рабочих режимах. В одном из которых по меньшей мере одна обмотка высокого напряжения подключена к управляемому инвертору, а другая обмотка или группа обмоток включена последовательно в сеть между источником тока и потребителем. При этом во втором из возможных режимов работы низковольтные обмотки вольтодобавочного трансформатора, перекоммутируемые посредством по меньшей мере одного управляемого коммутационного устройства, соединены в электрическую схему с возможностью обеспечения работы вольтодобавочного трансформатора без подключения к питающей сети, при этом инвертор соединен со звеном накопления и передачи энергии с возможностью питания вольтодобавочного трансформатора. Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства, улучшении качества электропитания потребителя, а также сокращении финансовых и технологических потерь за счет поддержания напряжения на нагрузке в течение не менее 1 секунды при отсутствии входного напряжения, что позволяет гарантированно перевести потребителей на резервную линию питания. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула изобретения RU 2 656 372 C1

1. Динамический компенсатор напряжения, включающий систему управления, вольтодобавочный трансформатор, одна из обмоток или групп обмоток которого подключена к сети электропитания, а другая обмотка или группа обмоток подключена к источнику напряжения вольтодобавки, отличающийся тем, что вольтодобавочный трансформатор выполнен с возможностью работы по меньшей мере в двух рабочих режимах, в одном из которых по меньшей мере одна обмотка высокого напряжения подключена к управляемому инвертору, а другая обмотка или группа обмоток выполнена низковольтной и включена последовательно в сеть между источником тока и потребителем, низкого напряжения, с возможностью обеспечения вольтодобавки, при этом во втором из возможных режимов работы низковольтная обмотка или группа обмоток вольтодобавочного трансформатора, перекоммутируемые посредством по меньшей мере одного управляемого коммутационного устройства, соединены в электрическую схему с возможностью обеспечения работы трансформатора без подключения к питающей сети, при этом инвертор соединен со звеном накопления и передачи энергии с возможностью питания вольтодобавочного трансформатора.

2. Динамический компенсатор напряжения по п. 1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью работы по меньшей мере в двух рабочих режимах, в одном из которых рабочий контур включает по меньшей мере один управляемый инвертор, функционально связанный с вольтодобавочным трансформатором, и выполнен с возможностью байпасирования и перехода в режим, исключающий из рабочего контура указанный управляемый инвертор и вольтодобавочный трансформатор.

3. Динамический компенсатор напряжения по п. 1 отличающийся тем, что выполнен с возможностью байпасирования посредством управляемого коммутационного устройства и автоматического механического выключателя, включенных параллельно.

4. Динамический компенсатор напряжения по п. 1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью перехода между рабочими режимами и режимами работы трансформатора посредством системы управления, которая включает по меньшей мере один блок управления, функционально связанными с ним управляемыми устройствами, сконфигурированный с возможностью контроля рабочих параметров сети и формирования управляющих сигналов в зависимости от рабочего режима.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2656372C1

Шпиганович Александр Николаевич
Шпиганович Алла Александровна
Захаров Кирилл Дмитриевич
Зацепина Виолетта Иосифовна
Зацепин Евгений Петрович
Шилов Илья Геннадиевич

Шпиганович Александр Николаевич
Шляхов Николай Александрович
Захаров Кирилл Дмитриевич
Зацепин Евгений Петрович
Бош Виолетта Иосифовна

ДКИН типа SET DVR

ДИНАМИЧЕСКИЙ КОМПЕНСАТОР ИСКАЖЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ 380 В (ДКИН типа SET DVR)

Подключение устройства ДКИН напряжением 380 В зависит от типа системы заземления. ДКИН типа SET DVR представляет собой электронный блок, назначением которого является устранение влияния искажений напряжения на вводе защищаемой нагрузки на важные технологические процессы в промышленности.

Устройство SET DVR может поставляться без накопителя энергии (батареи, конденсаторы или любой другой элемент, способный накапливать энергию), с возможностью компенсации 50 % падения напряжения в течение 30 секунд. Компенсатор устраняет и другие проблемы качества электроэнергии: колебания напряжения, медленные и быстрые изменения напряжения, искажения напряжения и перенапряжения. ДКИН SET DVR был разработан в соответствии с требованиями перерабатывающей промышленности, центров обработки данных и в целом для заказчиков, предъявляющих повышенные требования к стабильности напряжения на зажимах электропотребителей, систем управления шин.

Устройство SET DVR состоит из трансформатора, обратимого выпрямителя и инвертора. Устройство SET DVR представляет собой вольтодобавочный компенсатор, способный корректировать отклонения напряжения независимо в каждой фазе для того, чтобы с высоким быстродействием обеспечить стабильное выходное напряжение (±0,5 % Uном).

Схема включения ДКИН напряжением 380 В

Ответ на кратковременное нарушение нормального электроснабжения (обнаружение перекоса напряжения/провала до преобразователя и повторная стабилизация напряжения нагрузки) формируется за время не более 3мс. Преобразователь ДКИН, используя высокую частоту переключения (типа PWM), способен быстро срабатывать при искажении напряжения. Чтобы защитить ДКИН (преобразователь источника напряжения) в случае КЗ со стороны нагрузки используются быстро реагирующие тиристоры.

Динамический компенсатор искажений напряжения обеспечивает:
• длительно номинальное напряжение на защищаемой нагрузке при провале
напряжения глубиной до 30 %;
• номинальное напряжение на защищаемой нагрузке при провалах глубиной от 30 до
40 % длительностью 30 с;
• удержание на защищаемой нагрузке напряжения 0,9Uном в течение 30 с при провалах
напряжения глубиной от 40 до 50 %;
• защиту от перенапряжений величиной до 130 %;
• исправление несимметрии напряжения со стороны сети (от трансформатора);
• ослабление дозы фликера в напряжении;
• автоматическую компенсацию линейных падений напряжения до нагрузки.

Таким образом, ДКИН обеспечивает потребителю высокое качество напряжения, защищает нагрузку от большинства обычных искажений напряжения. ДКИН типа SET DVR – инновационная система компании ZIGOR, разработанная для уменьшения и ликвидации последствий искажений в электрической сети (провалы и временные перенапряжения) для важных производственных процессов. ДКИН типа SET DVR гарантирует качество электрической энергии, удерживая стабильное выходное напряжение независимо от изменений входного напряжения.

ДКИН типа SET DVR – компенсатор напряжения, необходимый для корректировки его при искажениях в электрической сети вплоть до 50%
от входного. Устройство поддерживает стабильное выходное напряжение (± 0.5 %) при снижении входного напряжения до 40 (50) % от номинального значения со временем реагирования на провалы напряжения не более 3 мс. ДКИН позволяет контролировать и записывать в журнал событий (с указанием даты и времени события) все нарушения. Защита от искажений напряжения обеспечивается как для несимметричных, так и для симметричных изменений напряжения.

Диаграмма работы устройства ДКИН представлена на рисунке [Dynamic Voltage Restore DVR SET. Operating manual. ZIGOR Corporation S.A., 2011. — P. 44], когда провал входного напряжения (выделен сине-красным цветом) скомпенсирован так, чтобы обеспечить стабильное выходное напряжение.

Диаграмма работы устройства ДКИН

• Регулирование напряжения
Устройство SET DVR позволяет компенсировать такие проблемы качества электроэнергии, как колебания напряжения, медленные и быстрые изменения напряжения в сети, искажения напряжения и перенапряжения. Множество установленных систем ДКИН SET DVR продемонстрировали свою эффективность для всех этих задач, высокую степень стабилизации напряжения и очень быструю реакцию, как правило, менее чем 3 мс. Габариты и основные характеристики устройства ДКИН напряжением 380В приведены в таблице ниже.
• Компенсация несимметрии напряжения
Благодаря, независимому пофазному регулированию, а также возможности протекания энергии в обоих направлениях, устройство SET DVR может устранять несимметрию по фазам.
• Колебание напряжения и фликер
Благодаря, непрерывной работе, точности измерений и быстрому регулированию, устройство SET DVR также решает проблему колебаний напряжения и компенсирует фликер.
• Перенапряжения
Благодаря высокому быстродействию, от 2 до 3 мс, устройство SET DVR обеспечивает высокий уровень защиты от перенапряжений. Устройство SET DVR также устраняет перенапряжения, вызываемыми работой конденсаторных установок.

Технические характеристики устройства SET DVR напряжением 380В

Особенности устройств типа SET DVR напряжением до 1 кВ:
– Длительное удержание номинального напряжения на защищаемой нагрузке при
провалах напряжения глубиной до 30%.
– Удержание номинального напряжения на защищаемой нагрузке при провалах
напряжения глубиной до 40% в течение 30 с.
– Удержание напряжения на уровне 0,9Uном на защищаемой нагрузке при провалах
напряжения глубиной до 50% в течение 30 с.
– Не требует батареи или какой$либо другой системы накопления энергии.
– Компенсация глубоких и длительных провалов (до 30 с) напряжения.
– Компенсация при симметричных и несимметричных провалах напряжения.
– Автоматический переход на байпас при достижении заданных параметров.
– Высокая эффективность – более 97,5% при номинальной нагрузке.
– Выдерживает 150% перенапряжение в течение 1 с.
– Включение в работу менее чем за 3 мс.
– Непрерывная работа устройства с целью стабилизации напряжения на уровне ±0,5 %.
– Схемное решение, при котором энергия может передаваться в обоих направлениях.
– Конструкция шкафа может быть изменена под заказ.
– Гарантия на срок службы ДКИН 1(2) года

Назначение выпрямителя – преобразование переменного напряжения в постоянное, необходимое для работы инвертора. Модуль устройства SET DVR содержит интегрированную систему управления на базе цифрового процессора (DSP), которая обеспечивает отличный уровень надежности устройства.
Выпрямитель на основе широтно-импульсной модуляции формирует выходное напряжение, которое с помощью системы управления обеспечивает качественное выходное напряжение. В случае включения обходного выключателя (байпаса), все управление выпрямительным модулем передается в систему DSP.
Модуль выпрямителя оснащен приточно-вытяжной вентиляцией, которая активируется одновременно с вводом модуля в работу. Датчик температуры отключает его в случае повышения температуры выше заданного значения.
Байпас отвечает за вывод устройства из работы в случае любой ошибки системы, ручного вывода из работы, из-за внутренней неисправности, короткого замыкания первичной обмотки трансформатора. Он состоит из сверхбыстрого электронного обходного выключателя и параллельно подключенного контактора, обеспечивающих развязку
цепей.

Микропроцессор (DSP) отвечает за управление устройством SET DVR. Он получает сигналы от различных модулей системы, а также измеряет входное напряжение, выходное напряжение и ток в линии. Микропроцессор посылает команды на модули управления выпрямителем и инвертором, опрашивает зарядное устройство, вводит режим байпаса и завершения работы. Микропроцессор также управляет сигнализацией. Микропроцессор DSP измеряет 3-х фазное напряжения на входе и выходе, а также, по требованию заказчика, текущие параметры. Он запрограммирован алгоритмами, которые позволяют системе принять решения относительно того, когда входное напряжение выходит за пределы номинальных параметров. Кроме того, он выполняет расчеты, необходимые для того, чтобы дать соответствующие команды выпрямителю и инвертору и команду на срабатывание устройства таким образом, чтобы фазы напряжений были идеально синхронизированы.

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ СХЕМА СОЕДИНЕНИЯ ДКИН ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ МОЩНОСТИ ЗАЩИЩАЕМОЙ НАГРУЗКИ

Архитектура устройства ДКИН основана на использовании одного ведущего (Master) и нескольких ведомых (SLAVE) силовых модулей мощностью 300 кВА, что позволяет при увеличении мощности защищаемой нагрузки наращивать мощность устройства ДКИН.

Шкафы ДКИН (ведущий М и ведомый S)

Один ведущий модуль способен управлять 12 ведомыми модулями посредством соединительного шкафа, т.е. мощность защищаемой нагрузки составляет от 0,6 МВА до 3,6 МВА. Схемы соединений ДКИН типа SET DVR мощностью 600, 900 и 1200 кВА приведены на рисунке ниже [Dynamic Voltage Restore DVR SET. Operating manual. ZIGOR Corporation S.A., 2011. — P. 44].

При использовании силового модуля на 500 кВА, мощность защищаемой нагрузки увеличивается до 6000 кВА. В целях обслуживания ДКИН служит обходной (байпасный) выключатель. Для обеспечения динамической устойчивости используются быстрореагирующие тиристоры, чтобы защитить преобразователь источника напряжения в случае КЗ со стороны нагрузки.

Таким образом, электроснабжение осуществляется все время, а ДКИН регулирует напряжение нагрузки к номинальному значению, устраняя кратковременные нарушения электроснабжения от энергосистемы. Динамический компенсатор искажений напряжения является альтернативой ИБП для применений в защите чувствительной к искажениям напряжения нагрузке. Для устройства ДКИН производитель использует современные полупроводники типа GTO или IGCT — тиристоры. Эти элементы представляют современные мощные полупроводники, которые объединяют преимущества обычного GTO и IGBT-транзистора, имеют низкие потери и управляемый переход, соответственно.

Схемы соединений ДКИН типа SET DVR

Особенности различных типов полупроводниковых решений

Преимущества двух вышеупомянутых технологий IGCT для ДКИН заключаются в следующем:
• низкой частоте переключений;
• возможности применения для среднего напряжения;
• низких потерях и электропроводимости;
• высокой частоте переключений;
• низких потерях при переключениях;
• не требуется демпфирования;
• имеет встроенный драйвер для шлюза.

Преобразователь ДКИН имеет воздушное охлаждение, требует минимального обслуживания, что оптимизирует стоимость устройства и эксплуатации. Интерфейс управления устройством ДКИН организован через оптоволоконные связи, устраняя любое влияние электромагнитных помех. Компактность выполнения устройства позволяет выполнить замену вышедших из строя компонент в пределах 2 ч. Динамический компенсатор искажений напряжения использует цифровой быстродействующий программируемый контроллер DSP. Программное обеспечение позволяет быстро получать всю входную и выходную информацию, требуемую согласно условиям работы.

Все защитные функции для ДКИН осуществлены в программном обеспечении контроллера. Система управления и защиты может переключать ДКИН в режим байпас, если это устройство стало недействующим, таким образом, гарантируя непрерывную подачу энергии потребителю. Программируемый контроллер DSP используется как регистратор событий, чтобы регистрировать и записывать журнал событий во время работы ДКИН.

Система управление ДКИН позволяет:
• преобразование электрического сигнала в оптический;
• поддержание выбора заданного времени ограничений, требуемого устройством ДКИН;
• наблюдение и фиксацию параметров работы устройства ДКИН.

Динамический компенсатор искажений напряжения оборудован системой контроля провалов напряжения. К монитору компьютера можно обращаться через Интернет. Система может быть приведена в готовность с помощью электронной почты или SMS в случае любых сбоев.

Устройства компенсации от провалов напряжения

Как компенсировать падение напряжения в сети? Как известно, кратковременные падения напряжения на 10-90% (или провалы до нуля) длительностью (от сотых долей до 1-5 секунд) — достаточно частые явления и могу случаться десятки раз за день.

Причины провалов напряжения

Причины могут быть самые разные: сбои в работе электросети; включение различных мощных устрйств — лифт, сварочный аппарта, станок, мощный электроинструмент и т.д.; неисправности или поломки источников питания / электрооборудования; одновременное включение большого числа электроустройств; повреждение / ремонт силовых линий; природные явления — сильный ветер / дождь, гром и молнии, пожары — все это вызывает падение напряжения в сети, и, как следствие, ухудшает работу электрооборудования и даже может вывести его из строя.

Кратковременное падение напряжения длительность до 1-5 секунд — достаточно серьезная проблема

Особенно для промышленных предприятий и производств с непрерывными / автоматизированными процессами. Данное явление вызывает сбои и может вызвать перезагрузку целого процесс (например конвейера), что веден к прямым и косвенным материальным потерям, а главное — может привести к выходу из строя электрооборудования, что уже влечет за собой крупные финансовые потери. Например, понижение напряжения (или провал до нуля) всего на полсекунды, может вызвать сбой и остановку производственного конвейера, что потребует его перезагрузку и переналадку длительностью до нескольких часов! Даже обычная офисная техника, в среднем, испытывает на себе более 100 раз провалов напряжения в месяц (исследования IBM).

Динамический компенсатор падения напряжения и источник бесперебойного питания

Есть два основных устройства, решающих проблему провалов напряжения:

Динамический компенсатор падения напряжения (Dynamic Voltage-Dip Compensator);
Источник бесперебойного питания — ИБП / UPS (Uninterruptible Power Supply);

Принципиальное различие между ними в том, что в случае падения напряжения UPS/ИБП восстанавливает и поддерживает питание в среднем на 5-30 минут (обеспечивает аккумуляторная батарея), а компенсатор восстанавливает провалы напряжения длительностью вплоть до 5 секунд за счет силового конденсатора.

На первый взгляд кажется, что источник ИБП предпочтительнее компенсатора, ведь он держит питание гораздо дольше. Но это не совсем так. Дело в том, что ИБП предназначен в случае когда происходит полное отключение электроэнергии на какой-то длительный период (минуты, часы и т.д.), что бывает редко. Вспмните, как часто у вас происходит отключение электричества? Один раз в месяц, в квартал или в год? А вот кратковременные падения напряжения (от 1 мсек до 1-5 сек.) случаются постоянно — иногда десятки раз в день (см. выше — «Причины провалов напряжения»), и актуальность защиты от этого гораздо выше и чаще применима на практике. Именно для этого и предназначен компенсатор падения напряжения (принцип действия его отражен на графике).

В принципе, ИБП может защитить от кратковременных падений напряжений, но частое переключение аккумуляторной батареи очень плохо влияет на ее срок жизни, при этом батарея быстро выходит из строя и требуется ее замена, — а это до 80% стоимости ИБП. UPS просто не предназначен для такого режима работы, другими словами — ему надо редко и на долго.

К основным недостаткам ИБП (аккумуляторов / батареи) можно отнести:

время работы батареи очень сильно снижается при частых перезарядках;
частое включение/выключение батареи выводит ее из строя, снижается срок работы;
ежегодная потеря мощности аккумуляторой батареи (до 10% в год);
количество циклов перезаряда — 100-300 (не все батареи могут восстанавливаться после полного разряда);
необходима вентиляция и принудительно охлаждение батареи (вентиляторы тоже выходят из строя);
при сильном разряде — требуется время на перезарядку/готовность к работе;
требуется обслуживание аккумуляторой батареи («тренировка», тестирование, замена);
аккумуляторы громозкие, а отходы их токсичны;

Читайте также: Третий инвариант тензора напряжений имеет вид

Компенсатор падения напряжения (или динамический компенсатор искажений напряжения — ДКИН) по времени держит напряжение максимум до 5 секунд, но он может это делать по несколько раз в минуту (!), и это ему нисколько не вредит — это и есть его обычный режим работы.

Количество циклов заряд-разряд — десятки тысяч! При этом срок службы его более 10 лет, он абсолютно не требует обслуживания, не требуется принудительного охлаждения, у него не происходит потери мощности/емкости, время полного заряда/восстановления всего 1 мсек — он всегда «готов» к работе.

Этот промышленный прибор (ДКИН) необходим для устранения всех кратковременных (от 1 мсек до 5 сек) просадок питающего напряжения вплоть до полного «нуля», и позволяет избежать остановку любого технологического процесса, защитить дорогостоящее оборудование и избежать крупных финансовых потерь, связанных с вынужденным простоем производства в результате сбоев в питающей сети.

Сравнение компенсаторов и ИБП

В таблице показаны основные сравнительные характеристики и показатели компенсаторов и ИБП при одинаковой мощности в 1 кВт

не требуется — естественное

более 10 лет без потери мощности

Компенсатор падения напряжения Dip-Free (Gumsung, Корея)

Компания ООО МЕТРИНС является прямым поставщиком данного оборудования на территории России (производитель Gumsung / Корея), осуществляет гарантийное и после гарантийное обслуживание и предлагает компенсаторы падения напряжения (the compensators of the voltage drop) серии DVC-хххх-N2 (220 В) различной мощности*:

Напряжение питания: AC 200-230 В, 50/60 Hz;
Выходное напряжение (компенсации): AC 220 В (200/210/220/230 В) 50/60 Hz (±3%);
Время компенсации: номин. — 1 сек. (макс. до 5 сек. Диапазон от 0.1 до 5 сек., с шагом 0.1 сек.);
Время полного восстановления заряда: 1 мс;
Защита от перегрузки (кратковременного сверхтока): до 25 А (до 1кВт), до 50 А (более 1кВт);
Дисплей: двухразрядный красный, с 7 сегментами;
Счетчик компенсаций: 0-99;
Рабочая температура: 0-45 С (отн. вл. 30 — 90%);
Вес, кг: 3-5 кг (модели 350/600/850/1250); 14-18 кг (модели 1800/2000/3500); 25 кг (модель 5000);

Для того чтобы лучше подобрать необходимый вам компенсатор или шкаф-ДКИН на его основе, мы рекомендуем использовать тестовый прибор — Имитатор просадки / провалов напряжения. Данный прибор предназначен для создания падений / просадки напряжения (или даже кратковременных отключений с длительность до 10 сек.), и позволяет не только тестировать нагрузку, но и лучше определиться с выбором компенсаторов падения напряжения (динамических компенсаторов искажения напряжения — ДКИН).

Руководство по эксплуатации

(характеристики, монтаж и подключение, настройки)

источники:

https://patenton.ru/patent/RU2656372C1

https://mig-energo.ru/dkin/zigor/

https://plastep.ru/ustroystva-kompensatsii-ot-provalov-napryazheniya/