В продолжение нашей предыдущей статьи, в которой был дан краткий обзор работы рекуперативного привода, здесь мы рассмотрим некоторые особые факторы, которые необходимо учитывать при работе с рекуперативным приводом.
Это правила, установленные энергетическими компаниями для обеспечения того, чтобы встроенная генерация не нарушала безопасность или надежность электроснабжения. Остальная часть этого раздела охватывает наиболее важные темы, контролируемые нормативными актами. Если система regen будет использоваться в качестве автономного генератора, то она должна соответствовать правилам, действующим на месте использования. Если нет, то рассмотренные темы все равно следует рассматривать всякий раз, когда текущий рейтинг системы regen составляет значительную часть рейтинга местной энергосистемы, чтобы гарантировать, что в случае неисправности не будет причинен ущерб другому подключенному оборудованию.
Местный генератор вносит свой вклад в ток, приводящий к электрической неисправности (короткому замыканию), и может повлиять на безопасность или требуемую мощность электрического распределительного устройства. В любой предлагаемой установке генератора необходимо рассчитать добавленный ток повреждения. Однако инвертор Regen оказывает незначительное влияние, поскольку электронная защита от перегрузки по току прерывает чрезмерный ток гораздо быстрее, чем может действовать автоматический выключатель или плавкий предохранитель. Пиковый ток короткого замыкания для инверторов CT нынешнего поколения составляет 260% от номинального тока, и как только инвертор отключается, ток падает до нуля менее чем за 4 мс (в зависимости от значения дросселя переменного тока). Пиковый ток для номинальной защиты принимается в течение, по крайней мере, одного полупериода частоты питания. Эти факторы в совокупности делают вклад тока повреждения незначительным.
Если электросеть отключается от установки, на которой работает генератор, то существует вероятность возникновения энергетического “острова”, когда локальная генерация непреднамеренно поддерживает локальные нагрузки под напряжением. Это маловероятно, потому что без специально разработанного регулятора для регулирования частоты нет ничего, что могло бы обеспечить сбалансированность спроса и предложения. Обычно частота быстро выходит за пределы рабочего диапазона, и система отключается. Кроме того, отсутствует контроль напряжения или реактивной мощности. Однако, если остров действительно возникнет, то возникнет угроза безопасности для энергетиков и риск повреждения местного оборудования на острове, если напряжение или частота выйдут за пределы их безопасного диапазона.
Если система регенерации имеет источник энергии (например, двигатель, аккумулятор или другой накопитель энергии), обеспечивающий возможность автономной работы, то следует обеспечить защиту от возникновения повреждающего островка. Диапазон частот привода regen должен быть ограничен в настройках параметров безопасным диапазоном, и должно быть включено реле перенапряжения для отключения инвертора, если напряжение становится чрезмерным.
Для преднамеренных генераторов существуют стандарты защиты от изоляции (иногда называемые защитой от “потери электросети” (LOM). Некоторые из них требуют, чтобы инвертор управлял специальным алгоритмом для определения состояния островка, который доступен в качестве стандартного средства в приводе Unidrive M. Для некоторых из них требуется независимое одобренное защитное реле.
Преднамеренный остров, генерация резервной копии
Пожалуйста, обратите внимание, что инвертор regen нельзя использовать в качестве автономного генератора, например, в качестве резервного источника питания в случае отключения питания от сети. Его можно использовать только в сочетании с существующим источником питания, с которым он синхронизируется сам.
Преднамеренные генераторы могут потребоваться для продолжения работы во время сбоя в электросети. Наиболее распространенная ситуация заключается в том, что где-то в электрической сети возникает неисправность (короткое замыкание), которая приводит к внезапному падению напряжения на клеммах генератора. Это может быть сбалансировано или несбалансировано между тремя фазами. Во время пробега может оказаться невозможным продолжать генерировать номинальную мощность, если напряжение слишком низкое, но реактивный ток необходим для поддержания напряжения и оказания помощи сети в восстановлении контроля после отключения неисправной цепи с помощью устройств автоматической защиты.
Простой AFE довольно чувствителен к нарушениям напряжения, поскольку его работа зависит от точного баланса между формой сигнала сетевого напряжения и тем, что генерируется внутри инвертора. Если он не обладает возможностью сквозного подключения, он более склонен вызывать неприятные отключения, чем простой выпрямитель. Unidrive M имеет возможность выбора скорости движения, которая соответствует основным требованиям национальных стандартов, таким как рекомендации BDEW для генераторов, подключенных к сетям MV.
Важно понимать, что при нормальной регенеративной работе преобразователь Regen регулирует свою выходную мощность в системе питания переменного тока таким образом, чтобы регулировать напряжение на шине постоянного тока до желаемого значения. Во время нарушения напряжения он больше не может генерировать свою полную номинальную мощность, поэтому он может быть не в состоянии продолжать регулировать напряжение постоянного тока. Затем источник питания должен взять на себя эту роль. Если он этого не сделает, то может произойти отключение от перенапряжения, если входящая мощность превышает исходящую. В качестве альтернативы можно подключить тормозной резистор для поглощения избыточной мощности.
Как обсуждалось в первом блоге regen, преобразователь regen генерирует незначительные уровни истинного гармонического тока, т.е. при целых кратных частоте питания переменного тока. Он взаимодействует с существующими гармониками в источнике питания, а также генерирует продукты ШИМ-модуляции. Это происходит на высоких частотах, которые в течение многих лет считались выходящими за пределы диапазона гармоник, которые, как правило, считались заканчивающимися на уровне порядка 40. Однако более поздние технические стандарты и приборы начали учитывать гармоники до порядка 100.
Например, возьмем систему, работающую на номинальной линейной частоте 60 Гц и частоте переключения 3 кГц. Основные присутствующие частоты, связанные с переключением, будут составлять 2880 Гц и 3120 Гц. Это в 48 и 52 раза превышает частоту подачи. Однако эти две частоты не являются соизмеримыми величинами, или, другими словами, они не синхронизированы по фазе. Если бы частота линии составляла 60,1 Гц, то эквивалентные частоты продукта составляли бы 2879,8 Гц и 3120,2 Гц. Когда прибор для анализа гармоник подключен к такой системе, он, вероятно, укажет их как 48-ю и 52-ю гармоники, если он имеет стандартную полосу пропускания 5 Гц, или это может указывать на невозможность синхронизации данных.
Если бы частота переключения составляла 4 кГц, то присутствующие основные частоты составляли бы 3880 Гц и 4120 Гц, которые не являются гармоническими частотами. Они будут обозначены как “интергармоники” анализатором с функцией интергармоники, или они могут быть проигнорированы базовым анализатором гармоник с нормальной полосой пропускания 5 Гц.
Гармоники и интергармоники, рассмотренные выше, все являются 3-фазными наборами с положительной или отрицательной последовательностью фаз. Это означает, что в отличие от высокочастотных синфазных “шумовых” напряжений они проходят через трансформаторы и могут вызывать помехи за пределами питающего трансформатора. Частотно-переключающий фильтр необходим для уменьшения их величин до приемлемых значений.
Когда система регенерации подключена к источнику постоянного тока или нагрузке, необходимо подумать о регулировании постоянного напряжения. В системе регенерирующего привода привод машины фактически становится источником постоянной мощности, а преобразователь regen регулирует свою мощность, чтобы сбалансировать поступающую мощность при желаемом напряжении постоянного тока. Другие системы могут иметь совершенно иные характеристики. Например, в фотоэлектрическом инверторе напряжение постоянного тока и ток регулируются кривой напряжения / тока фотоэлектрической матрицы для заданной инсоляции и температуры. Инвертор, естественно, не “знает”, какое напряжение выбрать, поэтому эталонное напряжение постоянного тока инвертора regen должно быть адаптировано с помощью алгоритма MPPT для нахождения оптимальной точки питания.
Источник постоянного тока в системе regen имеет необычное синфазное напряжение, то есть среднее напряжение между его полюсами и землей. Полный анализ формы сигнала напряжения довольно сложен, но, обратившись к упрощенной схеме на рисунке 1 первого блога, вы можете сделать вывод, что, когда одна из пар входных транзисторов инвертора изменяет свое состояние, напряжение шины постоянного тока изменяется с шагом, равным V_DC, с уважение к земле. Фактически шаг ограничен разделением напряжения вокруг входного дросселя на 1/3 В постоянного тока. Этот шаг выполняется всякий раз, когда переключается фаза, то есть шесть раз в каждом цикле переключения ШИМ.
Это означает, что когда источником переменного тока является обычный сетевой источник низкого напряжения с нейтралью, подключенной к земле, шина постоянного тока передает высокое синфазное напряжение, которое представляет собой сложную схему ШИМ с быстрорастущими фронтами, содержащую широкий спектр частот. Некоторые из последствий этого приведены в следующем списке:
Для специальных применений, где эти эффекты неприемлемы, одним из решений является использование изолирующего трансформатора на входе, чтобы источник переменного тока был изолирован от земли. Тогда можно работать с одним полюсом шины постоянного тока, подключенным непосредственно к земле, поэтому синфазное напряжение отсутствует. Или же он может быть подключен через конденсаторы к земле или RFI-фильтру по мере необходимости, чтобы уменьшить высокочастотный синфазный шум, который с наибольшей вероятностью может вызвать помехи. Это используется, например, в фотоэлектрических инверторах и в системах, где мощность постоянного тока должна распределяться на несколько нагрузок.
Частотно–переключающий фильтр обсуждался выше в связи с тем, чтобы избежать помех для другого оборудования, подключенного к той же цепи питания. Фильтр также необходимо рассматривать с точки зрения его влияния на систему управления инвертором.
В инверторе 3 кГц частота смены фильтра составляет около 800 Гц, так что он обеспечивает полезное затухание при частоте 2900 Гц. На оборот в некоторой степени влияет сопротивление источника питания, которое неизвестно для этих необычных частот. Это означает, что коэффициент усиления контура тока в инверторе не должен быть установлен слишком высоким, в противном случае стабильность в диапазоне 800 Гц становится незначительной, а система становится чувствительной к помехам и может выйти из строя. Для большинства применений обычных приводов, то есть там, где система regen является одной из многих нагрузок в промышленной распределительной сети низкого напряжения, существует достаточное естественное демпфирование, так что особых требований не возникает. Обычно действуют значения по умолчанию.
Там, где одна или несколько систем регенерации питаются от выделенного источника питания, а больше подключено практически ничего, возможно недостаточное затухание контуров тока. Это можно легко определить с помощью осциллографа для просмотра сигналов линейного тока, поскольку всплески колебаний (“звон”) происходят с периодом около 800 Гц, часто в 6 точках в каждом сетевом цикле. В этой ситуации стабильность может быть восстановлена путем уменьшения члена P в текущих контурах управления. Также может потребоваться уменьшить коэффициент усиления контура напряжения, чтобы избежать недостаточного регулирования напряжения, вызванного более медленным контуром тока. Если приложение является высокодинамичным, так что эти более низкие коэффициенты усиления неприемлемы, то требуется альтернативный метод улучшения демпфирования. Есть два варианта:
Оба варианта были использованы эффективно. Недостатком варианта 1. является то, что может потребоваться несколько конденсаторов, занимающих много места, а также вызывающих высокий постоянный реактивный ток, который затем может потребоваться компенсировать функцией управления реактивным током инвертора. Недостатком варианта 2. является то, что резисторы вызывают некоторую постоянную потерю мощности, а также их необходимо защищать от перегрузки в случае аномальных гармоник в источнике питания, что делает вариант довольно сложным.
