Система электропитания постоянного тока с возможностью защиты системы

Авторы патента:


Система электропитания постоянного тока с возможностью защиты системы
Система электропитания постоянного тока с возможностью защиты системы
Система электропитания постоянного тока с возможностью защиты системы
Система электропитания постоянного тока с возможностью защиты системы
Система электропитания постоянного тока с возможностью защиты системы

 


Владельцы патента RU 2592066:

АББ ТЕКНОЛОДЖИ ЛТД (CH)

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение надежной системы защиты при уменьшении массогабаритных характеристик. Система (1) электропитания постоянного тока содержит основную шину (3) постоянного тока, блок (P1, P2, P3, P4) генерирования мощности, выполненный с возможностью обеспечить питанием основную шину (3) постоянного тока, выключатель-разъединитель (7), расположенный между основной шиной (3) постоянного тока и блоком (P1, P2, P3, P4) генерирования мощности для изоляции его от основной шины (3) постоянного тока в случае неисправности основной шины постоянного тока, блок (D1, D2) возбуждения, выполненный с возможностью получения питания от основной шины постоянного тока, причем блок (D1, D2) возбуждения включает в себя систему шины (DB) блока возбуждения, блоки (I1, I2, I3) преобразователя, подключенные к системе (DB) шины блока возбуждения, и предохранители (F), расположенные между системой (DB) шины блока возбуждения и блоками (I1, I2, I3) преобразователя для защиты блоков (I1, I2, I3) преобразователя в случае неисправности блока возбуждения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение, в целом, относится к системам электропитания и, в частности, к системе электропитания постоянного тока с возможностью защиты.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Системы электропитания, как правило, содержат множество компонентов, таких как один или более источников выработки электроэнергии, приводы и модули аккумулирования энергии. Эти компоненты обычно соединены между собой посредством системы сборных шин, в которой могут протекать токи для подачи питания на одну или несколько нагрузок, подключенных к системе электропитания.

В какой-то момент неизбежно происходит сбой, например короткое замыкание, в системе электропитания или в системе сборных шин, в одном из компонентов системы или на нагрузке. В случае неисправности, важно изолировать неисправность от работоспособной части системы таким образом, чтобы могла быть продолжена нормальная подача питания с помощью работоспособной части, а также для защиты исправной части от повреждений. Для этого в систему электропитания, как правило, включается система защиты.

Система защиты, выполненная с возможностью управления неисправностями в системе электропитания, обычно содержит оборудование для мониторинга, выполненное с возможностью контролировать электрические параметры, как, например, токи в системе электропитания и автоматические выключатели, управляемые с помощью оборудования контроля. Автоматические выключатели расположены в системе электропитания таким образом, чтобы в случае неисправности можно было добиться селективной локализации неисправности.

Заявка US 2003/0071633 раскрывает сеть электроснабжения переменным током (так в оригинале), содержащую систему шин и фидеры для распределения мощности в удаленные пункты. Между каждой линией и шиной предусмотрен выключатель.

Заявка EP1843443 раскрывает электрическую шину постоянного тока, связанную с цепями электрических нагрузок и устройств, которая также, как источники, нуждается в защите. В целях обеспечения подобной защиты используются законы Кирхгофа таким образом, что значения электрического тока, по сути, одновременно взяты и просуммированы с целью выявления отклонений от ожидаемых разностных пороговых значений. При обнаружении таких отклонений, и, в целом, в результате ряда последовательных отклонений используется электрическое изоляционное устройство для изоляции электрического тока в направлении к электрической шине. Набор данных значений электрического тока может быть использован для обеспечения системы резервной защиты и для отдельных устройств электрической нагрузки и цепей, путем подобного сравнения с ожидаемыми значениями для этих приборов и схем.

Заявка GB 1151457 раскрывает защитное устройство преобразователей, снабжающих электроэнергией асинхронные двигатели. В разделе о предпосылках этого раскрытия, упоминается, что "в случае неисправности в инверторном оборудовании, представляющим короткое замыкание в схеме постоянного тока, сглаживающий конденсатор разряжается через короткое замыкание. Поскольку сглаживающий конденсатор имеет высокую емкость, ток разряда может достигать очень высоких значений. Это вызывает срабатывание предохранителей, включенных перед преобразователями тока в известных цепях. В результате, преобразователи отключаются от неисправности".

Заявка WO 2011/141052 раскрывает установку по передаче электроэнергии, которая включает в себя высоковольтную линию постоянного тока, прерыватель постоянного тока, соединенный последовательно с линией постоянного тока и выполненный с возможностью прерывания тока короткого замыкания при наступлении неисправности в линии постоянного тока, средства, выполненные с возможностью обнаружения тока короткого замыкания, управляющий модуль, выполненный с возможностью управления прерывателем постоянного тока для защиты оборудования, подключенного к линии постоянного тока при появлении тока короткого замыкания и средства, выполненные с возможностью рассеивания энергии, аккумулированной по пути тока короткого замыкания, линии постоянного тока между местом и этими средствами при возникновении короткого замыкания в момент управления прерывателем постоянного тока. Средства рассеивания энергии содержат последовательно соединенный энергоемкий тормозящий резистор и шунтирующий выпрямительный элемент, подключенный между заземлением и линией постоянного тока для отведения тока при формировании шунтирующего пути через него, при управлении прерывателем постоянного тока при наступлении короткого замыкания.

Существующие системы защиты, однако, могут в некоторых случаях быть очень дорогими и занимающими много места.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Автоматические выключатели постоянного тока (DC) особенно велики, потому что в отличие от автоматических выключателей переменного тока (AC), они не рассчитаны на пересечение нуля. Поэтому, для автоматических выключателей постоянного тока необходимы большие воздушные зазоры для обеспечения надлежащей защиты. В результате автоматические выключатели постоянного тока обычно используют много места и дороги в производстве.

С учетом изложенных выше соображений, основной задачей настоящего изобретения является предоставление системы электропитания постоянного тока с возможностью защиты, которая требует меньше места, чем в известном уровне техники. Другой задачей является создание доступной системы электропитания постоянного тока.

Таким образом, предлагается система электропитания постоянного тока, содержащая: основную шину постоянного тока, блок генерирования мощности, выполненный с возможностью подавать питание на основную шину постоянного тока, выключатель-разъединитель, расположенный между основной шиной постоянного тока и блоком генерирования мощности для изоляции блока генерирования мощности от основной шины постоянного тока в случае неисправности основной шины постоянного тока, и блок возбуждения, выполненный с возможностью получения питания от основной шины постоянного тока, причем блок возбуждения содержит систему шины блока возбуждения, блоки преобразователя, подключенные к системе шины блока возбуждения, и предохранители, расположенные между системой шины блока возбуждения и блоками преобразователя, для защиты блоков преобразователя в случае неисправности блока возбуждения.

Таким образом, различные блоки системы электропитания постоянного тока могут быть выборочно защищены в случае неисправности в любом из блоков или в основной шине постоянного тока, без использования больших, крупногабаритных и дорогих автоматических выключателей.

Согласно одному из вариантов осуществления, блок возбуждения содержит первый тип входного блока, расположенный между основной шиной постоянного тока и системой шины блока возбуждения, и при этом первый тип входного блока включает в себя выключатель-разъединитель для отключения блока возбуждения от основной шины постоянного тока в случае неисправности устройства возбуждения. Таким образом, блок возбуждения может быть отсоединен от остальной системы электропитания постоянного тока в случае неисправности в блоке возбуждения без использования автоматических выключателей.

Согласно одному из вариантов осуществления, первый тип входного блока содержит устройство блокировки тока, выполненное с возможностью блокировки токов в направлении от системы шины блока возбуждения к основной шине постоянного тока и обеспечения тока от основной шины постоянного тока на блок возбуждения. Таким образом, токи короткого замыкания, которые могли бы быть обусловлены коротким замыканием в основной шине постоянного тока или в другом устройстве, подключенном к основной шине постоянного тока от батареи конденсатора блоков преобразователя в блоке возбуждения, могут быть уменьшены или устранены, поскольку устройство блокировки выступает в роли разомкнутой цепи в направлении от системы шины блока возбуждения к основной шине постоянного тока.

Один из вариантов осуществления включает в себя блок накопления энергии, выполненный с возможностью запитывания основной шины постоянного тока, причем блок накопления энергии включает систему шин блока накопления энергии, блоки обеспечения питания и предохранители, расположенные между системой шин блока накопления энергии и блоками обеспечения питания для защиты блоков обеспечения питания в случае неисправности в блоке накопления энергии. Таким образом, если элемент резервного питания добавлен к системе, например, с целью избыточности, этот компонент также может быть защищен от внутренних коротких замыканий без использования автоматических выключателей.

Согласно одному из вариантов осуществления, блок накопления энергии содержит второй тип входного блока, расположенный между системой шин блока накопления энергии и основной шиной постоянного тока, причем входной блок второго типа включает в себя выключатель-разъединитель для отключения блока накопления энергии от основной шины постоянного тока в случае неисправности в блоке накопления энергии. Таким образом, блок накопления энергии может быть отключен от основной шины постоянного тока без использования автоматических выключателей.

Согласно одному из вариантов осуществления, второй тип входного блока включает в себя устройство блокировки тока, выполненное с возможностью блокировать токи в направлении от магистральной шины блока накопления энергии к основной шине постоянного тока и обеспечения тока от основной шины постоянного тока на блок накопления энергии и полупроводниковый коммутационный блок для избирательного обеспечения тока для шунтирования устройства блокировки тока и направления на основную шину постоянного тока. Таким образом, току может быть дана возможность протекать к основной шине постоянного тока в случае потребности в дополнительной мощности от блока накопления энергии, путем установки полупроводникового коммутационного блока в разомкнутое состояние.

С другой стороны, могут быть минимизированы токи короткого замыкания от блока накопления энергии в направлении неисправности на основной шине постоянного тока или другой части системы электропитания постоянного тока в случае, если полупроводниковый коммутационный блок установлен в состояние “выключено”.

Согласно одному из вариантов осуществления, устройство блокировки тока и полупроводниковый коммутационный блок подключены встречно-параллельно.

Согласно одному из вариантов осуществления, блок генерирования мощности содержит генератор и выпрямитель, причем выпрямитель включает в себя множество предохранителей, выполненных с возможностью защиты выпрямителя в случае неисправности выпрямителя. Таким образом, короткие замыкания внутреннего выпрямителя могут быть обработаны с помощью предохранителей без использования местных автоматических выключателей в блоке генерирования мощности.

Согласно одному из вариантов осуществления, некоторое количество предохранителей, включенных в выпрямитель, имеют такой номинал, что они не срабатывают при прохождении тока неисправности в результате коротких замыканий на выходе выпрямителя. Следовательно, предохранители могут сработать только от токов, вызванных внутренними короткими замыканиями в самом выпрямителе. Токи короткого замыкания, вызванные короткими замыканиями вне блока генерирования мощности не должны, таким образом, вызвать срабатывания предохранителей. Номинальная величина тока предохранителя в выпрямителе должна, следовательно, быть выбрана на уровне порогового значения тока, которое только достигается или превышает значения токов короткого замыкания, порожденных короткими замыканиями выпрямителя в этом конкретном блоке генерирования мощности.

Согласно одному из вариантов осуществления, клеммы каждого преобразователя связаны с шиной блока возбуждения, причем каждая клемма преобразователя соединена с предохранителем.

Согласно одному из вариантов осуществления, устройство блокировки тока представляет собой диод. Согласно одному из вариантов осуществления, первый входной блок содержит полупроводниковый коммутационный блок, включенный встречно-параллельно с устройством блокировки тока, для избирательного обеспечения тока для шунтирования устройства блокировки тока и направления на основную шину постоянного тока.

Объединяя предохранители и выключатели-разъединители, согласно описанию, получаем гибридную систему защиты, где местные короткие замыкания, то есть короткие замыкания в определенном блоке, обрабатываются предохранителями, и, где общие короткие замыкания, то есть короткие замыкания на основной шине постоянного тока, обрабатываются путем прерывания тока в источнике так, что соответствующие выключатели-разъединители могут изолировать поврежденную часть системы электропитания постоянного тока. Таким образом, размеры предохранителей могут быть меньше, гарантируя, что местные токи короткого замыкания могут вызывать срабатывание предохранителя в случае локального короткого замыкания, что обеспечивает как локально, так и глобально надежную защиты систему электропитания постоянного тока. При необходимости, могут быть установлены дополнительные конденсаторные батареи для обеспечения дополнительного тока короткого замыкания с тем, чтобы гарантировать, что через предохранители проходит достаточный ток короткого замыкания для устранения неисправности.

Как правило, все термины, используемые в формуле изобретения следует интерпретировать в соответствии с их обычным значением в данной области техники, если явно не определено иначе. Все ссылки на элемент, устройство, компонент, средства, и т.д. должны быть интерпретированы общеизвестно со ссылкой на, по меньшей мере, один образец элемента, устройства, компонента, средства, и т.д., если явно не указано иное.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Конкретные варианты осуществления концепции изобретения теперь будут описаны с помощью примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой блок-схему системы электропитания постоянного тока;

Фиг. 2 представляет собой блок-схему блока генерирования мощности системы электропитания постоянного тока на Фиг. 1;

Фиг. 3a изображает пример неисправности в системе электропитания постоянного тока на Фиг. 1; и

Фиг. 3b изображает еще один пример неисправности в системе электропитания постоянного тока на Фиг. 1.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Идея изобретения теперь будет описана более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны иллюстративные варианты осуществления. Идея изобретения может, однако, быть воплощена в множестве различных форм и не должна быть истолкована как ограниченная вариантами осуществления, изложенными в данном документе; скорее, эти варианты осуществления предоставляются в качестве примера так, чтобы это раскрытие было полным и завершенным и полностью передавало объем данной идеи изобретения специалистам в данной области. Одинаковые номера относятся к одинаковым элементам по всему описанию.

Фиг. 1 изображает блок-схему одного примера системы 1 электропитания постоянного тока. Система 1 электропитания постоянного тока содержит основную шину 3 постоянного тока, имеющую первую шину 3-1 и вторую шину 3-2, разделяемые секционным выключателем 5, первый блок Р1 генерирования мощности, второй блок Р2 генерирования мощности, третий блок P3 генерирования мощности, четвертый блок P4 генерирования мощности, блок Е накопления энергии, блок D1 возбуждения и второй блок D2 возбуждения.

Первый блок D1 возбуждения и второй блок D2 возбуждения выполнены с возможностью приводить в действие электродвигатели или аналогичное оборудование. Примерами таких управляющих устройств являются одиночные приводы, мультиприводы и статические преобразователи частоты для питания нормальных потребителей переменным током с частотой 50 Гц или 60 Гц.

Система 1 электропитания постоянного тока дополнительно содержит выключатели-разъединители 7, т.e. разъединители, связанные с соответствующим блоком P1, P2, P3, P4 генерирования мощности для возможности разъединения блоков P1, P2, P3, P4 генерирования мощности с основной шиной 3 постоянного тока. Таким образом, каждый блок генерирования мощности может быть изолирован от неисправности на, например, основной шине 3 постоянного тока, или они могут быть изолированы для технического обслуживания. Первый блок P1 генерирования мощности выполнен с возможностью запитывания основной шины 3 постоянного тока и с возможностью подключения к основной шине 3 постоянного тока через выключатель-разъединитель 7. В соответствии с примером на Фиг. 1, первый блок P1 генерирования мощности может быть соединен с первой шиной 3-1.

Второй блок Р2 генерирования мощности выполнен с возможностью запитывания основной шины 3 постоянного тока, и может быть соединен с основной шиной 3 постоянного тока через выключатель-разъединитель 7. Согласно примеру на Фиг. 1, второй блок P2 генерирования мощности может быть соединен с первой шиной 3-1.

Третий блок Р3 генерирования мощности выполнен с возможностью запитывания основной шины 3 постоянного тока и может быть соединен с основной шиной 3 постоянного тока через выключатель-разъединитель 7. В соответствии с примером на Фиг. 1, третий блок P3 генерирования мощности может быть соединен со второй шиной 3-2.

Четвертый блок Р4 генерирования мощности выполнен с возможностью запитывания основной шины 3 постоянного тока, и может быть соединен с основной шиной 3 постоянного тока через выключатель-разъединитель 7. В соответствии с примером на Фиг. 1, четвертый блок P1 генерирования мощности может быть соединен со второй шиной 3-2.

Первый блок P1 генерирования мощности содержит генератор G1, например генератор с приводом от дизельного двигателя, с возможностью генерирования переменного тока, а также выпрямитель R1, выполненный с возможностью преобразования переменного тока в постоянный ток, подаваемый на основную шину 3 постоянного тока. Выпрямитель R1 может быть снабжен предохранителями номиналом, необходимым для срабатывания в случае неисправности в выпрямителе R1.

Второй блок P2 генерирования мощности, третий блок P3 генерирования мощности, и четвертый блок P4 генерирования мощности могут иметь конструкцию, подобную первому блоку P1 генерирования мощности. С этой целью каждый из второго блока P2 генерирования мощности, третьего блока P3 генерирования мощности и четвертого блока P4 генерирования мощности могут содержать соответствующий генератор G2, G3, G4 и соответствующий выпрямитель R2, R3, R4 для обеспечения сигналов постоянного тока на основную шину 3 постоянного тока. Следует, однако, отметить, что в одной и той же системе возможно сочетание различных типов генераторов.

Каждый из первого блока D1 возбуждения и второго блока D2 возбуждения имеют систему шины DB блока возбуждения, включающую в себя первую шину DB1 и вторую шину DB2. Дополнительно, каждый из первого блока D1 возбуждения и второго блока D2 возбуждения имеет ряд преобразователей, в дальнейшем представленных преобразователями I1, I2, I3, присоединенных к соответствующей системе DB шины блока возбуждения, и предохранители F, расположенные между клеммами преобразователей I1, I2, I3 и системой DB шины блока возбуждения. Примером соответствующего преобразователя является инвертор ACS800 компании ABB.

Каждый из первого блока D1 возбуждения и второго блока D2 возбуждения дополнительно имеет первый тип входного блока, который с одной стороны выполнен с возможностью соединения с основной шиной 3 постоянного тока. С другой стороны, первый тип 17 входного блока связан с системой DB шины блока возбуждения. Первый тип 17 входного блока содержит выключатель-разъединитель, выполненный с возможностью отключения блока D1, D2 возбуждения от основной шины 3 постоянного тока и устройство 11 блокировки тока, с возможностью блокировки прохождения тока в направлении от системы DB шины блока возбуждения к основной шине 3 постоянного тока и пропускания тока в направлении от основной шины 3 постоянного тока к системе DB шины блока возбуждения. Такое устройство блокировки тока может быть полупроводниковым прибором, например диодом или несколькими диодами, или биполярным транзистором с изолированным затвором (IGBT), тиристором или аналогичным устройством.

Следует отметить, что, в зависимости от применения, управляющие устройства могут быть спроектированы с различным количеством преобразователей, от одного преобразователя до нескольких преобразователей. Более того, блок возбуждения первого типа может в одном из вариантов осуществления включать в себя полупроводниковый коммутационный блок, включенный встречно-параллельно с устройством блокировки тока, что позволяет подавать обратную мощность при нормальной работе системы электропитания постоянного тока. Таким полупроводниковым коммутационным блоком может быть, например, биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT).

Блок Е накопления энергии имеет магистральную систему EB блока накопления энергии с первой шиной EB1 и второй шиной EB2. Блок Е накопления энергии дополнительно содержит блоки обеспечения питания, как например, блок B батарей и конденсаторную батарею С, подключенную к системе EB шины блока накопления энергии, преобразователь 15 постоянного тока, подключенный к системе EB шины блока накопления энергии, и предохранители F. Предохранители F расположены между клеммами преобразователя 15 напряжения постоянного тока в напряжение постоянного тока и системой EB шины блока накопления энергии, между конденсатором С и системой EB шины блока накопления энергии, а также между блоком B батареи и системой EB шины блока накопления энергии.

С помощью преобразователя 15 напряжения постоянного тока в напряжение постоянного тока можно управлять уровнем выходного напряжения блока B батарей, при условии, что питание подается на основную шину 3 постоянного тока из блока Е накопления энергии.

Следует отметить, что блок Е накопления энергии является одним примером из множества возможных конфигураций касательно количества блоков обеспечения питания и преобразователей. Например, некоторые разновидности накопителей Е энергии не имеют конденсаторных батарей. Общим назначением конденсаторной батареи в накопителе энергии является содействие в срабатывании предохранителей в случае внутреннего короткого замыкания.

Блок Е накопления энергии дополнительно содержит второй тип 9 входного блока, который с одной стороны выполнен с возможностью соединения с основной шиной 3 постоянного тока. Другой конец второго типа 9 входного блока подключен к системе EB шины блока накопления энергии. Второй тип 9 входного блока содержит выключатель-разъединитель для отсоединения блока E накопления энергии от основной шины 3 постоянного тока, полупроводниковым коммутационным блоком 13 и устройством 11 блокировки тока с возможностью блокировки протекания тока в направлении от системы EB шины блока накопления энергии к основной шине 3 постоянного тока и пропускания тока в направлении от основной шины 3 постоянного тока к системе EB шины блока накопления энергии. Такое устройство блокировки тока может быть полупроводниковым прибором, таким как диод или несколько диодов, или IGBT, тиристором или подобным устройством. Полупроводниковый коммутационный блок 13 может быть, например IGBT. Полупроводниковый коммутационный блок 13 и устройство 11 блокировки тока могут быть расположены встречно-параллельно, что позволяет току протекать в направлении от системы EB шины блока накопления энергии к основной шине 3 постоянного тока, если полупроводниковое устройство 13 переключения приведено в состояние насыщения или в открытое состояние с помощью соответствующих сигналов управления. Таким образом, с помощью устройства 11 блокировки тока и полупроводникового коммутационного блока 13 ток может выборочно направлен для шунтирования устройства блокировки тока и протекать к основной шине 3 постоянного тока.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему блока P1 генерирования мощности. Показаны внутренние элементы выпрямителя R1. Для каждой электрической фазы сигнал переменного тока, сформированный генератором G1, подводится к соответствующему плечу выпрямителя R1. Переключающие устройства T предусмотрены на каждом плече, переключающими устройствами T можно управлять таким образом, что сигнал постоянного тока может быть выведен на выпрямитель R1. В примере на Фиг. 2 переключающие устройства представлены тиристорами, хотя также возможны и другие переключатели, например, IGBT. Кроме того, выпрямитель R1 содержит предохранители F для защиты выпрямителя R1 в случае неисправности, то есть неисправности в выпрямителе R1. В этом случае один или несколько из предохранителей будут срабатывать на токи неисправности, протекающие при коротком замыкании через предохранители F. В примере на Фиг. 2, каждое коммутационное устройство Т связано с предохранителем F. Таким образом, каждое плечо, то есть каждая фаза, связано с двумя предохранителями F. Другие возможные варианты реализации блока P1 генерирования мощности включают в себя схему шунтирующего вентиля с диодом на диоде на положительных клеммах выпрямителя постоянного тока. Общая идея состоит в том, что при внутреннем коротком замыкании выпрямитель с генератором будет изолировать себя от системы электропитания постоянного тока с целью минимизации последствий для всей системы.

Предохранители F в выпрямителе имеют преимущественно такие номиналы, при которых они не срабатывают при воздействии токов короткого замыкания в результате короткого замыкания за выпрямителем. Термин “за” должен пониматься по отношению к направлению протекания тока в системе электропитания постоянного тока 1.

На Фиг. 3a показан пример ситуации, когда произошло короткое замыкание 19 в системе 1 электропитания постоянного тока. В примере на Фиг. 3а, неисправность 19 является коротким замыканием, произошедшим на основной шине 3 постоянного тока. Короткое замыкание 19, следовательно, является общим коротким замыканием. В этом случае возможны несколько различных стратегий обработки неисправности.

В любом случае, из-за неисправности 19, токи короткого замыкания 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 протекают к месту нахождения короткого замыкания 19, которое в этом примере находится на первой шине 3-1. Как правило, короткое замыкание 19 обнаруживается, по меньшей мере, одним из множества датчиков, контролирующих систему электропитания постоянного тока, например токоизмерительными датчиками.

Согласно одной из стратегий обработки неисправности, на секционный выключатель 5 подается команда размыкания при обнаружении неисправности. Неповрежденная часть, то есть вторая шина 3-2, перезапускается автоматически после разъединения. Таким образом, после разъединения системы электропитания постоянного тока неповрежденная сторона возобновляет работу. Неисправная часть, то есть первая шина 3-1, не будет перезапускаться, если место неисправности известно. Если же, в связи с отсутствием информации, о месте неисправности неизвестно, то поврежденная часть попытается перезапуститься для обнаружения неисправности.

В другом варианте стратегии, выпрямители R1, R2, R3, R4 блоки P1-P4 генерирования мощности управляются таким образом, что их выходной ток стремится к нулю, и любой другой источник энергии будет также ограничивать ток в системе электропитания постоянного тока во время подачи команды открывания на секционный выключатель 5. После того как система разделена, неповрежденная сторона обнаруживает, что короткое замыкание устранено, в то время как поврежденная сторона видит, что короткое замыкание сохраняется. Это приведет к тому, что источники энергии, например блоки генерирования мощности, на поврежденной стороне блокируют ток в направлении неисправности.

В еще одном варианте стратегии источники энергии могут ограничить свое выходное напряжение и токи до уровня, который позволил бы выключателям-разъединителям действовать в рамках своих номиналов, при которых выключатели-разъединители 7 могут отключить блоки генерирования мощности от основной шины 3 постоянного тока.

Первый блок D1 возбуждения и второй блок D2 возбуждения не способствуют, или по меньшей мере, вносят минимальный вклад в ток короткого замыкания по причине блокирующих свойств устройства 11 блокировки тока. Кроме того, из-за выключателей-разъединителей первого типа входных блоков 17, первый блок D1 возбуждения и второй блок D2 возбуждения могут быть отключены от основной шины 3 постоянного тока. Тем самым каждый из первого блока D1 возбуждения и второго блока D2 возбуждения могут быть защищены в случае неисправности на основной шине 3 постоянного тока.

Блок Е накопления энергии также защищен во время неисправности 19 на основной шине 3 постоянного тока. Если блок Е накопления энергии находился в процессе подачи электроэнергии на основную шину 3 постоянного тока до возникновения неисправности 19, выходным током преобразователя 15 напряжения постоянного тока в напряжение постоянного тока можно управлять, например установить в ноль. Таким образом, блок Е накопления энергии может быть отделен от основной шины 3 постоянного тока с помощью выключателя-разъединителя второго типа 9 входного блока. Кроме того, перед тем как изолировать блок E накопления энергии от основной шины 3 постоянного тока, второй тип 9 входного блока может блокировать протекание тока через короткое замыкание 19. Это происходит с помощью устройства 11 блокировки тока второго типа 9 входного блока и путем установки полупроводникового коммутационного блока 13 в выключенное состояние.

С помощью блокирующих ток свойств первого типа 17 устройства ввода и второго типа 9 устройства ввода могут быть уменьшены токи короткого замыкания в направлении короткого замыкания.

Со ссылкой на Фиг. 3b, будет теперь описана ситуация, когда короткое замыкание 22 произошло в первом блоке D1 возбуждения. Данное короткое замыкание, следовательно, является локальным коротким замыканием в первом блоке D1 возбуждения.

В соответствии с примером на Фиг. 3b, короткое замыкание произошло в системе DB шины блока возбуждения. Например, могут замкнуть первая шина DB-1 со второй шиной DB-2. Когда происходит короткое замыкание 22, токи 23-1, 23-2, 23-3, 23-4 и 23-5 текут в направлении короткого замыкания 22. Токи 23-3, 23-4, 23-5 образованы конденсаторными батареями в преобразователях I1, I2, I3. Когда токи 23-3, 23-4, 23-5, образованные конденсаторными батареями, протекают через предохранители F, расположенные в первом блоке D1 возбуждения, предохранители F, скорее всего, сработают, тем самым отключив преобразователи I1, I2, 13 от неисправности 22. Нагрузка, подключенная к преобразователям I1, I2, 13, таким образом, отключена от системы DB шины блока возбуждения. Поскольку ток от блоков P1, P2, P3, P4 генерирования мощности снижается, например, путем надлежащего управления выпрямителями R1, R2, R3, R4, выключатель-разъединитель первого типа 17 входного блока первого блока D1 возбуждения может отключить первый блок D1 возбуждения от основной шины 3 постоянного тока и, следовательно, полностью изолировать неисправность 22. Когда неисправность 22 была изолирована, то остальные части системы 1 электропитания постоянного тока могут возобновить нормальную работу.

По существу, отсутствуют токи в направлении неисправности 22, порожденные конденсаторными батареями этого второго блока D2 возбуждения из-за устройства 11 блокировки тока в первом типе 17 входного блока второго блока D2 возбуждения.

Кроме того, второй тип 9 входного блока блока Е накопления энергии может блокировать протекание тока в направлении неисправности 22. Это получается при помощи устройства 11 блокировки тока второго типа 9 входного блока и путем установки полупроводникового коммутационного блока 13 в отключенное состояние.

Таким образом, с помощью блокирующих ток свойств первого типа 17 устройства ввода и второго типа 9 устройства ввода, могут быть уменьшены токи короткого замыкания в направлении короткого замыкания 22.

В ситуациях, когда короткое замыкание происходит ниже преобразователя I1, I2, I3, такой тип неисправности обычно обрабатывается предохранителями F этого преобразователя. Как правило, короткие замыкания в блоке за предохранителями, например блоке генерирования мощности, накопителе энергии или блоке возбуждения, обрабатываются предохранителями этого блока.

Система электропитания постоянного тока, описанная здесь, может быть с успехом использована в качестве бортовой системы электропитания для обеспечения электроэнергией судна или как система электропитания в других замкнутых пространствах, где большие автоматические выключатели постоянного тока являются нежелательными. Настоящая система электропитания постоянного тока обычно используется в среде с низким напряжением, хотя также предусмотрено применение для систем более высокого напряжения, например среднего напряжения.

Идея изобретения была описана выше, в основном, со ссылкой на несколько примеров. Однако, как легко оценить специалисту в данной области техники, в равной степени возможны и другие варианты осуществления, кроме описанных выше, в пределах объема этой идеи изобретения, как определено прилагаемой формулой изобретения. Например, система электропитания постоянного тока в соответствии с настоящим изобретением может включать в себя меньше или больше блоков генерирования мощности, чем в описанном примере на Фиг. 1. Кроме того, система электропитания постоянного тока не должна включать в себя блок накопления энергии или она может включать в себя дополнительные накопители энергии, и/или меньшее или большее количество управляющих устройств.

1. Система (1) электропитания постоянного тока для электропитания судна, содержащая:
основную шину (3) постоянного тока,
блок (P1, Р2, Р3, Р4) генерирования мощности, выполненный с возможностью обеспечения питанием основной шины (3) постоянного тока,
разъединитель (7), расположенный между основной шиной (3) постоянного тока и блоком (P1, Р2, Р3, Р4) генерирования мощности для изоляции блока (P1, Р2, Р3, Р4) генерирования мощности от основной шины (3) постоянного тока в случае неисправности основной шины постоянного тока, и
блок (D1, D2) возбуждения, выполненный с возможностью получения питания от основной шины (3) постоянного тока, причем блок (D1, D2) возбуждения содержит систему (DB) шины блока возбуждения, блоки (I1, I2, I3) преобразователя, подключенные к системе (DB) шины блока возбуждения, и предохранители (F), расположенные между системой (DB) шины блока возбуждения и блоками (I1, I2, I3) преобразователя для защиты блоков (I1, I2, I3) преобразователя в случае неисправности блока возбуждения, при этом
блок (D1, D2) возбуждения включает в себя первый тип (17) входного устройства, расположенный между основной шиной (3) постоянного тока и системой (DB) шины блока возбуждения, причем первый тип (17) входного устройства включает в себя разъединитель (17а) для отсоединения блока (D1, D2) возбуждения от основной шины постоянного тока (3) в случае неисправности блока возбуждения.

2. Система (1) электропитания постоянного тока по п. 1, в которой первый тип (17) входного устройства включает в себя устройство (11) блокировки тока, выполненное с возможностью блокировки токов в направлении от системы (DB) шины блока возбуждения к основной шине (3) постоянного тока и обеспечения протекания тока от основной шины (3) постоянного тока к блоку (D1, D2) возбуждения.

3. Система (1) электропитания постоянного тока по п. 1, содержащая блок (Е) накопления энергии, выполненный с возможностью обеспечить питанием основную шину (3) постоянного тока, причем блок (Е) накопления энергии включает в себя систему шины (ЕВ) блока накопления энергии, блоки (В, С) обеспечения питания, и предохранители (F), расположенные между системой (ЕВ) шины блока накопления энергии и блоками (В, С) обеспечения питания для защиты блоков (В, С) обеспечения питания в случае неисправности в накопителе энергии.

4. Система (1) электропитания постоянного тока по п. 3, в которой блок (Е) накопления энергии включает в себя второй тип (9) входного устройства, расположенный между системой (ЕВ) шины блока накопления энергии и основной шиной (3) постоянного тока, причем входное устройство (9) второго типа включает в себя разъединитель (9а) для отсоединения блока (Е) накопления энергии от основной шины (3) постоянного тока в случае неисправности в накопителе энергии.

5. Система электропитания постоянного тока (1) по п. 4, в которой второй тип (9) входного устройства включает в себя устройство (11) блокировки тока, выполненное с возможностью блокировки токов в направлении от системы (ЕВ) шины блока накопления энергии к основной шине (3) постоянного тока и с возможностью протекания тока от основной шины (3) постоянного тока к блоку (Е) накопления энергии, и полупроводниковый коммутационный блок (13) для избирательного обеспечения тока для шунтирования устройства (11) блокировки тока и протекания к основной шине (3) постоянного тока.

6. Система (1) электропитания постоянного тока по п. 5, в которой устройство (11) блокировки тока и полупроводниковый коммутационный блок (13) соединены встречно-параллельно.

7. Система (1) электропитания постоянного тока по п. 1, в которой блок (P1, Р2, Р3, Р4) генерирования мощности включает в себя генератор (G1, G2, G3, G4) и выпрямитель (R1, R2, R3, R4), причем выпрямитель (R1, R2, R3, R4) включает в себя множество предохранителей (F), выполненных с возможностью защиты выпрямителя (R1, R2, R3, R4) в случае неисправности выпрямителя.

8. Система (1) электропитания постоянного тока по п. 7, в которой множество предохранителей (F), включенных в выпрямитель (R1, R2, R3, R4), имеют такой номинал, что они не срабатывают под действием токов короткого замыкания в результате неисправности на выходе выпрямителя (R1, R2, R3, R4).

9. Система (1) электропитания постоянного тока по п. 1 или 7, в которой источники энергии могут ограничивать выходное напряжение и токи до уровня, который позволил бы разъединителям работать в рамках своих номиналов, причем разъединители (7) могут отсоединить блоки (Р1-Р4) генерирования мощности от основной шины (3) постоянного тока.

10. Система (1) электропитания постоянного тока по п. 1 или 7, в которой каждый блок (I1, I2, I3) преобразователя имеет клеммы, соединенные с шиной (БД) блока возбуждения, причем каждая клемма блока (I1, I2, I3) преобразователя подключена к предохранителю (F).

11. Система (1) электропитания постоянного тока по п. 3 или 5, в которой устройством (11) блокировки тока является диод.

12. Система (1) электропитания постоянного тока по любому из п. 3, 4, 5, в которой первый входной блок включает в себя полупроводниковый коммутационный блок, включенный встречно-параллельно с устройством блокировки тока для избирательного обеспечения тока для шунтирования устройства блокировки тока и протекания к основной шине постоянного тока.

13. Способ управления неисправностью в системе (1) электропитания постоянного тока, содержащей основную шину (3) постоянного тока, блоки (P1, Р2, Р3, Р4) генерирования мощности, выполненные с возможностью обеспечения питания основной шины (3) постоянного тока, выключатель-разъединитель (7), расположенный между основной шиной (3) постоянного тока и каждым блоком (Р1, Р2, Р3, Р4) генерирования мощности для изоляции блока (P1, Р2, Р3, Р4) генерирования мощности от основной шины (3) постоянного тока, и блок (D1, D2) возбуждения, выполненный с возможностью получения питания от основной шины (3) постоянного тока, причем блок (Dl, D2) возбуждения содержит систему (DB) шин блока возбуждения, блоки (I1, I2, I3) преобразователя, подключенные к системе (DB) шины блока возбуждения и предохранители (F), расположенные между шиной (DB) сети блока возбуждения и блоками (I1, I2, I3) преобразователя для защиты блоков (I1, I2, I3) преобразователя в случае неисправности блока возбуждения, при этом блок (D1, D2) возбуждения включает в себя первый тип (17) входного устройства, расположенный между основной шиной (3) постоянного тока и системой (DB) шины блока возбуждения, причем первый тип (17) входного устройства включает в себя разъединитель (17а) для отсоединения блока (D1, D2) возбуждения от основной шины постоянного тока (3) в случае неисправности блока возбуждения, причем способ содержит этапы, на которых:
в ситуации, когда возникла неисправность в системе (1) электропитания постоянного тока, ограничивают выходное напряжение и токи источников энергии до уровня, который позволяет разъединителям (7) действовать в рамках своих номиналов, причем разъединители (7) выполнены с возможностью отсоединения блоков генерирования мощности от основной шины (3) постоянного тока.

14. Способ по п. 13, в котором блоки генерирования мощности содержат генераторы и выпрямители, причем ограничение включает управление выпрямителями с тем, чтобы их выходное напряжение и токи ограничивались до уровня, который позволяет разъединителям (7) действовать в пределах своих номиналов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях электрической энергии. Техническим результатом является обеспечение защиты от перегрузки электрических аппаратов, потребляющих мощность, превышающую номинальную мощность преобразователя электрической энергии.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях электрической энергии. Техническим результатом является обеспечение защиты от перегрузки электрических аппаратов, потребляющих мощность, превышающую номинальную мощность преобразователя электрической энергии.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в энергоустановках, содержащих обратимый преобразователь напряжения, включенный между источниками постоянного и переменного напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразователями. Технический результат - обеспечение компенсации нежелательного насыщения трансформатора преобразователя в течение короткого времени.

Настоящее изобретение относится к области электротехники, а именно к реверсивным инверторам напряжения для преобразования постоянного напряжения в переменное, допускающими неисправности в виде короткого замыкания или размыкания цепи, и к способам управления такими инверторами.

Изобретение относится к области электротехники. Для того чтобы предоставить субмодуль (7) для образования инвертора (1) для области высоких напряжений с первым субблоком (5), который содержит первый накопитель (18) энергии, включенное параллельно первому накопителю (18) энергии первое последовательное соединение (11) двух мощных полупроводниковых переключающих блоков (12, 13), которые содержат, соответственно, подключаемый и отключаемый мощный полупроводник (14, 15) с одинаковым направлением пропускания и, соответственно, являются проводящими обратно упомянутому направлению пропускания, и первую соединительную клемму (х2), которая соединена с точкой потенциала между мощными полупроводниковыми переключающими блоками (12, 13) первого последовательного соединения, и вторым субблоком, который содержит второй накопитель (26) энергии, включенное параллельно второму накопителю (26) энергии второе последовательное соединение (19) двух мощных полупроводниковых переключающих блоков (20, 21), которые содержат, соответственно, подключаемый и отключаемый мощный полупроводник (22, 23) с одинаковым направлением пропускания и, соответственно, являются проводящими обратно упомянутому направлению пропускания, и вторую соединительную клемму (х1), которая соединена с точкой потенциала между мощными полупроводниковыми переключающими блоками (20, 21) второго последовательного соединения (19), который быстро, надежно и эффективно ограничивает возникающие при неисправности токи короткого замыкания, предложено, что первый субблок и второй субблок (10) соединены между собой средствами (27) соединения, которые выполнены таким образом, что в выбранном состоянии переключения всех мощных полупроводниковых переключающих блоков (12, 13, 20, 21) протекание тока между первой соединительной клеммой (х2) и второй соединительной клеммой (х1) в обоих направлениях осуществляется только через первый накопитель (18) энергии и/или второй накопитель (26) энергии.

Настоящее изобретение относится к устройству (1) для обнаружения неисправного выпрямителя в трехфазном преобразователе переменного тока в постоянный ток, имеющем свою сторону переменного тока, соединенную с трехфазным источником (90) переменного тока, и свою сторону постоянного тока, соединенную с нагрузкой (50) постоянного тока, при этом преобразователь переменного тока в постоянный ток включает в себя выпрямительную схему (30), содержащую, по меньшей мере, три ветви (31, 31′, 31″), каждая из ветвей (31, 31′, 31″) соединена с соответствующей фазой (40) переменного тока и включает в себя, по меньшей мере, один выпрямитель (32, 34, 32′, 34′, 32″, 34″), при этом устройство (1) включает в себя измерительный блок (20) для измерения и выборки переменного тока каждой из фаз и вычислительный блок (10), выполненный с возможностью оценки мгновенного постоянного тока на основе измеренных мгновенных переменных токов в течение одного периода частоты источника питания.

Устройство относится к области систем управления силовыми преобразователями. Техническим результатом является повышение точности работы и расширение функциональных возможностей устройства.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в линиях постоянного тока высокого напряжения, к которой через автономный преобразователь подключена сеть переменного тока.

Предложение относится к области электротехники, в частности к электроприводам переменного тока с двухзвенными электрическими преобразователями частоты, к которым предъявляются высокие требования по обеспечению живучести.
Наверх