Выпрямители: один – хорошо, а два – надежней

Выпрямители зарядно-подзарядные серии «С» при работе в составе систем оперативного постоянного тока позволяют обеспечить питание отходящих присоединений и одной аккумуляторной батареи, используемой в буферном режиме, от двух зарядных устройств – как поочередно, в режиме переключения, так и параллельно, с равномерным распределением выходных токов, тем самым существенно повышая надежность всей системы в целом.

ЗАО «Электротехнический завод «Электра», г. Дубна

Сложно переоценить значимость повышения надежности систем оперативного постоянного тока (СОПТ) для обеспечения гарантированным электропитанием потребителей постоянного тока на объектах электрохозяйства.

Действующие сегодня регламентирующие документы ФСК ЕЭС (СТО 56947007-29.120.40.041-2010, СТО 56947007-29.120.40.093-2011) предписывают применять для каждой аккумуляторной батареи (АБ), используемой в СОПТ, два зарядных устройства (ЗУ), что значительно повышает надежность системы.

ЗУ типа ВЗПС (рис. 1) отвечают указанным требованиям, благодаря специально реализованным мероприятиям по модернизации программного обеспечения (ПО) и аппаратной части преобразователей.

Рис. 1. Выпрямитель зарядно-подзарядный серии «С» (ВЗПС)

При работе на одну аккумуляторную батарею два выпрямителя ВЗПС соединяются между собой по интерфейсу RS‑485, который позволяет обеспечить надежную связь между системами управления выпрямителей.

Режим работы выпрямителей (поочередная или параллельная работа) задается через интерфейс пользователя в меню «Режим параллельной работы». Также в данном меню можно задать статус выпрямителя в системе из двух выпрямителей («ведущий» или «ведомый») и параметры режима переключения (цикл и время переключения).

В режиме переключения питание всех подключенных к комплекту СОПТ электроприемников, а также заряд/подзаряд аккумуляторных батарей осуществляется одним из выпрямителей. При этом второй выпрямитель находится в «горячем» резерве. В случае возникновения аварийной ситуации на работающем выпрямителе второй выпрямитель запускается автоматически. Таким образом, питание всех потребителей оперативного тока продолжает осуществляться от второго выпрямителя, а не от аккумуляторных батарей, что повышает надежность системы оперативного постоянного тока в целом.

Кроме того, если разрешен режим переключения, работа выпрямителей происходит по задаваемому оператором циклу, то есть питание всех подключенных к комплекту СОПТ электроприемников и заряд/подзаряд аккумуляторных батарей осуществляются выпрямителями поочередно (рис. 2а). В результате этого срок службы выпрямителей увеличивается благодаря поочередной наработке выпрямителями равного ресурса.

В режиме параллельной работы (рис. 2б) питание всех подключенных к комплекту СОПТ электроприемников и заряд/подзаряд батарей осуществляется двумя зарядными устройствами одновременно. В результате обеспечивается ток потребления, равный удвоенному номинальному току каждого зарядного устройства.

Для того чтобы два зарядных устройства, имеющих «нулевые» выходные сопротивления (источники напряжения), при работе в параллельном режиме на одну аккумуляторную батарею выдавали практически одинаковые токи, применяются специальные решения. При этом надо учесть, что применяемые аккумуляторные батареи имеют малое внутреннее сопротивление, которое находится в функциональной зависимости от ряда параметров, в том числе от степени их заряда (сопротивление уменьшается при заряде). В качестве примера приведем стационарный свинцово‑кислотный герметичный аккумулятор А412 производства Sonnenschein, номинальной емкостью 65 А/ч. Его внутреннее сопротивление в полностью заряженном состоянии равно 9 мОм. В СОПТ с выходным напряжением 220 В, как правило, используется 17 таких аккумуляторов. Следовательно, общее внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи равно:

Добавим активное сопротивление силового кабеля и контакт­ных соединений цепи АБ (около 50 мОм). В итоге получаем примерно 200 мОм. Исходя из этого, нетрудно подсчитать, что при разнице выходных напряжений зарядных устройств в 1 В неравномерность в распределении тока между ними будет достигать 5 А. Следовательно, для того чтобы получить равномерное распределение токов между зарядными устройствами, обеспечив при этом их функционирование в качестве источников напряжения, в режиме параллельной работы необходимо добиться максимально возможной точности поддержания выходного напряжения каждого ЗУ.

В выпрямителях ВЗПС данная задача решена путем постоянного контроля выходного тока и управления выходным напряжением «ведомого» выпрямителя со стороны «ведущего». Точность измерения выходного напряжения составляет ±0,3 В, а равномерность распределения выходного тока между выпрямителями составляет соответственно ±1,5 А. На рис. 3 приведена осциллограмма распределения выходного тока двух выпрямителей ВЗПС, работающих в параллельном режиме на одну аккумуляторную батарею и активную нагрузку 2,5 Ом. АБ заряжена до напряжения 234 В (полный заряд).

Как можно видеть, максимальные «биения» в распределении выходного тока в установившемся режиме работы выпрямителей не превышают ±1,5 А при суммарном выходном токе 94 А.

На рис. 4 приведена осциллограмма распределения выходного тока двух выпрямителей ВЗПС при «скачкообразном» изменении суммарного выходного тока выпрямителей с 3 А до 150 А, то есть при включении нагрузки большой мощности.

Из осциллограммы видно, что даже при резком изменении суммарного выходного тока от минимума до максимума равномерность распределения выходного тока между выпрямителями не нарушается.

В настоящее время заканчивается разработка новой системы управления для выпрямителей ВЗПС, которая сможет существенно (в 4 раза) улучшить точность измерения и поддержания напряжения и тока на выходе выпрямителя. Соответственно это решение позволит пропорционально снизить отклонения при распределении выходных токов между параллельно подключенными выпрямителями.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 5(47)_2013

А. В. Сергеев, начальник группы системных программистов,

ЗАО «Электротехнический завод «Электра», г. Дубна Московской области,

тел.: (496) 217-1379,

e‑mail: sales@electra.com.ru,

www.etz-electra.ru