В данной статье блога мы подробно рассмотрим варианты того, как может быть выстроена архитектура систем управления ЗПУ в СОПТ. Подробности далее!
На данный момент наиболее распространёнными устройствами управления зарядом батарей, в системах оперативного постоянного тока 6-110кВ (далее – СОПТ), являются высокочастотные зарядно-подзарядные устройства (далее – ЗПУ) на MOSFET транзисторах.
Такие ЗПУ имеют небольшие номинальные токи, обычно до 20 А, но при этом позволяют объединить в одну систему большое количество устройств, обеспечивая при этом различные способы резервирования.
ЗПУ на MOSFET транзисторах имеют низкие пульсации выходного напряжения и высокую точность стабилизации тока и напряжения – это важно для сохранности аккумуляторной батареи.
Структурная схема системы ЗПУ из нескольких модулей
Система состоит из следующих элементов:
- Силовые модули – ЗПУ, осуществляющие преобразование переменного тока в постоянный
- Центральный контроллер управляющий всей системой
- Дополнительное оборудование – это могут быть устройства ввода/вывода, устройства контроля аккумуляторной батареи, устройства контроля изоляции и другие
- Система связи, обеспечивающая обмен информацией между всеми устройствами. Строится либо на основе цифрового интерфейса управления (Ethernet, RS-485, CAN).
Управление такой системой осуществляет центральный контроллер. Он принимает информацию от всех устройств и формирует управляющие воздействия, задает уставки по напряжению и току силовым модулям, осуществляет обмен информацией с автоматизированной системой управления верхнего уровня. Такая архитектура системы называется централизованной.
В централизованной системе есть два критически уязвимых узла:
центральный контроллер и система связи.
Потеря управления силовыми модулями или нарушение связи между модулями приведет к нарушению работе СОПТ подстанции, что грозит крупными технологическими нарушениями электроснабжения потребителей.
Отказы в централизованной системе управления СОПТ могут быть вызваны:
— «зависание» управляющей программы;
— отказ или повреждение центрального контроллера управления;
— нарушения питания центрального контроллера (от одного блока питания зависит жизнь всей подстанции);
— помехи в системе связи, повреждение кабелей связи и т.д.
Причин может быть очень много. При потере управления силовые модули обычно переходят на автономную работу и работают как источники напряжения с токоограничением, поэтому питание потребителей не прекращается. Однако, нарушается работа следующим очень важных функций:
- термокомпенсация – температуру АБ измеряет центральный контроллер и изменяет уставку напряжения. Потеря этой функции приведет к быстрой потере емкости АБ при холоде или повышенному износу при высокой температуре. Отсутствие термокомпенсации заряда – резко сокращает срок службы АБ;
- ограничение тока заряда АБ – силовые модули не контролируют ток АБ, поэтому не знают, что его нужно ограничить. Поэтому через разряженную АБ может протекать ток больше максимально допустимого, что приведет к перегреву и повреждению АБ;
- равномерное распределение мощности между силовыми модулями – без реализации определенных аппаратных или программных средств силовые модули в системе будут нагружены по-разному. Это приводит к перегрузкам и перегреву силовых модулей в системе.
По указанным выше причинам центральные контроллеры и система связи должны иметь высокую надежность.
Самым простым способом повысить надежность является обязательная установка резервного контроллера управления в шкафы оперативного тока (ШОТ).
Теперь рассмотрим децентрализованные системы. В таких системах центральный управляющий контроллер отсутствует. ЗПУ LAUREL позволяет организовывать децентрализованные системы.
Цифровая шина НЕРВ позволяет организовать параллельную работу LAUREL или работу LAUREL в 2-х группах
В децентрализованной системе каждый ЗПУ имеет внутри контроллер, который управляет силовой частью и участвует в параллельной работе «соседей».
В системе присутствует ведущее устройство, при использовании LAUREL оно определяется автоматически. Ведущее устройство – Лидер – задает всем остальным уставки по току и напряжению в режиме реального времени.
Децентрализованная система надежнее и устойчивее к описанным выше отказам централизованных систем:
- отказ или неисправность ведущего устройства не приводит к отказу системы, автоматически ведущим становится другое устройство
- повреждение или отказ цифровой шины обмена данными приведет лишь к неравномерному распределению мощности между устройствами исключая перегревы устройств. Все важные функции такие как ограничение начального тока заряда, термокомпенсация заряда АБ сохраняются, ведь каждый LAUREL «умеет» измерять как температуру, так и ток АБ;
- цифровая шина НЕРВ частично резервируется через обмен дискретными сигналами между LAUREL, что делает сегодня этот продукт единственным в части резервирования цифрового канала управления модулями на рынке;
Минусом децентрализованной системы может являться избыточное дублирование управления (как в военной авиатехнике), однако, это полностью компенсируется душевным спокойствием при стабильном электроснабжении ответственных потребителей.