Патент на изобретение №2321936

(54) УСТРОЙСТВО БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ ОТВЕТСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электроэнергетики. Устройство бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей, подключенное к трехфазной сети, содержит генератор, трехфазный выпрямитель, инвертор, шины постоянного и переменного тока. Выпрямитель и инвертор последовательно соединены через шины постоянного тока и образуют блок развязки с энергосистемой, который своим выходом параллельно с генератором подключен к шине переменного тока, от которой запитаны через средства автоматического отключения неответственные и напрямую ответственные потребители электроснабжения. Мощность ответственных потребителей не должна превышать мощность генератора, суммарная мощность всех потребителей не должна превышать мощность генератора на величину более 50%, а мощности выпрямителя и инвертора должны быть не ниже мощности ответственных потребителей, при этом средства автоматического отключения неответственных потребителей образуют несколько ступеней частотной разгрузки. Технический результат – упрощение схемы бесперебойного питания и удешевление устройства при сохранении его надежности и стабильности. 1 ил.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей.

Известна система бесперебойного электроснабжения (Зиберман В.А. «Релейная защита сети собственных нужд атомных электростанций», М.; Энергоатомиздат, 1992, с.10, рис.2), содержащая шины постоянного тока, к которым попеременно подключены трехфазная сеть и дизель-генераторный агрегат через трехфазный выпрямитель, аккумуляторная батарея и два инвертора, к выходам которых через тиристорные ключи подсоединены шины переменного тока. Данная система отличается высоким быстродействием (все ключи выполнены электронными) и бесперебойностью электроснабжения потребителей постоянного и переменного тока. Однако описываемая система имеет сравнительно низкую надежность, так как при двух источниках переменного напряжения установлен один трехфазный выпрямитель. Кроме того, наличие тиристорных ключей требует усложнения схемы системы, а отсутствие стабилизаторов приводит к нестабильности напряжения на шинах.

Этих недостатков лишена система бесперебойного электроснабжения, защищенная патентом РФ №2225668, кл. H02J 9/06, пр. 08.07.2002 г., опубл. 10.03.2004. г., которая является наиболее близкой по своему назначению и технической сущности к заявляемому изобретению.

Известная система бесперебойного электроснабжения, подключенная к трехфазной сети, содержит трехфазный выпрямитель, генератор (дизель-генераторный агрегат), шины постоянного и переменного тока, а также переключатель входа, аккумуляторную батарею с первым и вторым выводами, первый и второй инверторы, стабилизатор постоянного напряжения и дополнительный трехфазный выпрямитель. Первый вывод аккумуляторной батареи соединен с плюсовым зажимом трехфазного выпрямителя через первый и второй электронные ключи, второй вывод соединен с плюсовой шиной постоянного тока через третий электронный ключ, выход которого соединен с плюсовой шиной постоянного тока и плюсовым выходом стабилизатора постоянного напряжения, выход первого инвертора соединен с обоими входами второго инвертора с помощью трансформатора тока, выпрямителя, Г-образного фильтра (состоящего из дросселя и конденсатора), при этом к выходам обоих инверторов подключены шины постоянного тока через четвертый электронный ключ, а к минусовой шине – непосредственно, а указанные электронные ключи выполнены диодными.

Известная система бесперебойного электроснабжения достаточно сложна, содержит много сложных дорогостоящих элементов – два выпрямителя, два инвертора, аккумулятор, несколько ключей, реле и пр. При аварийной ситуации сеть переключается на аккумулятор, затем запускается резервный дизель-генератор, который работает периодически (только при аварии в сети). Таким образом, мощность дизель-генератора длительный период не используется, тем самым снижаются экономические показатели системы.

Технической задачей изобретения является упрощение схемы устройства бесперебойного электроснабжения, что удешевляет устройство, при сохранении надежности и стабильности.

Поставленная техническая задача решается тем, что в устройстве бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей, подключенном к трехфазной сети, содержащем генератор, трехфазный выпрямитель, инвертор, шины постоянного и переменного тока, согласно изобретению выход выпрямителя, соединенного последовательно через шины постоянного тока с инвертором, подключен ко входу инвертора, и они образуют блок развязки с энергосистемой, который своим выходом параллельно с генератором подключен к шине переменного тока, от которой запитаны через средства автоматического отключения неответственные и напрямую ответственные потребители электроснабжения, при этом мощность ответственных (неотключаемых) потребителей не должна превышать мощность генератора, суммарная мощность всех потребителей не должна превышать мощность генератора на величину более 50%, а мощности выпрямителя и инвертора должны быть не ниже мощности ответственных потребителей, при этом средства автоматического отключения неответственных потребителей состоят из нескольких ступеней частотной разгрузки.

Новым в предлагаемом техническом решении является подключение выхода выпрямителя, соединенного последовательно через шины постоянного тока с инвертором, ко входу инвертора, с образованием при этом блока развязки с энергосистемой, который своим выходом параллельно с генератором подключен к шине переменного тока, от которой запитаны через средства автоматического отключения неответственные и напрямую ответственные потребители электроснабжения, при этом мощность ответственных (неотключаемых) потребителей не должна превышать мощность генератора, а суммарная мощность всех потребителей не должна превышать мощность генератора на величину более 50%, мощности выпрямителя и инвертора должны быть не ниже мощности ответственных потребителей, при этом средства автоматического отключения неответственных потребителей состоят из нескольких ступеней частотной разгрузки.

Как видно, в новом техническом решении не требуется применение второго выпрямителя, второго инвертора, аккумулятора, множества ключей, реле и пр. Генератор работает постоянно, а не включается в аварийной ситуации. Выполнение схемы устройства обеспечивает бесперебойное электроснабжение ответственных потребителей и имеет лучшие экономические показатели

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей, на котором

1 – трехфазная сеть,

2 – генератор,

3 – блок развязки с энергосистемой,

4 – выпрямитель,

5 – инвертор,

6 – шины постоянного тока,

7 – шины переменного тока,

8 – средства автоматического отключения неответственных потребителей,

9 – ответственные потребители (неотключаемые),

10 – частично отключаемые потребители (вторая ступень автоматической разгрузки),

11 – полностью отключаемые потребители (первая ступень автоматической разгрузки).

Устройство бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей, подключенное к трехфазной сети 1, содержит блок развязки с энергосистемой 3, состоящей из выпрямителя 4, соединенного последовательно через шины 6 постоянного тока с инвертором 5. Выход выпрямителя 4 соединен со входом инвертора 5. Блок развязки с энергосистемой 3 параллельно с генератором 2 подключен к шине 7 переменного тока, от которой запитаны через средства автоматического отключения 8 потребители энергоэлектроснабжения 10, 11 различной степени ответственности и напрямую ответственные потребители 9.

Предлагаемое устройство бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей работает следующим образом.

Устройство обеспечивает электроснабжением следующие виды потребителей: ответственные потребители 9 (гарантированного электроснабжения, не должны отключаться ни при каких обстоятельствах), потребители 10 частично гарантированного электроснабжения и потребители 11 отключаемые.

В штатной ситуации необходимая потребителям мощность обеспечивается генератором 2, возможный дефицит мощности компенсируется энергосистемой через выпрямитель 4 и инвертор 5 от трехфазной сети 1.

В случае аварийного отключения трехфазной сети 1 генератор 2 начинает работать в возможном режиме дефицита мощности до 50%, при этом происходит медленное снижение частоты вращения генератора 2 (скорость падения частоты вращения тем выше, чем больше дефицит мощности). Для восстановления номинальной частоты вращения и напряжения генератора срабатывает первая ступень частотной разгрузки средств автоматического отключения потребителей 8. При этом отключаются неответственные потребители (11) и дефицит мощности уменьшается. Если отключения данных потребителей окажется недостаточным и будет продолжаться снижение частоты, то отключается следующая ступень частотной разгрузки. Число ступеней частотной разгрузки определяется в каждом конкретном случае по необходимости.

Поскольку мощность генератора не ниже мощности ответственных потребителей, они при данном режиме получают гарантированное электроснабжение без больших провалов частоты и напряжения.

В случае аварийного отключения генератора 2:

а) мощность выпрямителя 4 и инвертора 5 соответствует мощности, питающей потребителей 9, 10, 11. В этом случае мощность потребителей полностью покрывается от трехфазной сети через выпрямитель и инвертор.

б) мощность выпрямителя 4 и инвертора 5 меньше общей мощности, питающей всех потребителей 9, 10 и 11, но не ниже мощности ответственных (неотключаемых) потребителей 9. В момент отключения генератора 2 инвертор начинает работать с дефицитом мощности. Сработает ступень автоматического отключения неответственных (отключаемых) потребителей 11 и далее 10. Большого провала напряжения не произойдет. Таким образом, при всех трех режимах ответственные потребители 9 получают электроснабжение без провалов напряжения и частоты. Выключатели 12 используются при периодическом обслуживании и ремонтах.

Известные и необходимые для подобных систем устройства такие, как защита от коротких замыканий, синхронизации, защита от повторного включения после сбоя в энергосистеме и т.п., используются традиционно по своему прямому назначению. Поэтому на схеме не указаны и в описании не рассматриваются.

Процент превышения мощности потребителей над мощностью генератора определяется характеристиками допустимых режимов самого генератора.

Таким образом, предлагаемое устройство бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей значительно проще известных и обеспечивает решение поставленной задачи.

Формула изобретения

Устройство бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей, подключенное к трехфазной сети, содержащее генератор, трехфазный выпрямитель, инвертор, шины постоянного и переменного тока, отличающееся тем, что выпрямитель и инвертор последовательно соединены через шины постоянного тока и образуют блок развязки с энергосистемой, который своим выходом параллельно с генератором подключен к шине переменного тока, от которой запитаны через средства автоматического отключения неответственные и напрямую ответственные потребители электроснабжения, при этом мощность ответственных потребителей не должна превышать мощность генератора, суммарная мощность всех потребителей не должна превышать мощность генератора на величину более 50%, а мощности выпрямителя и инвертора должны быть не ниже мощности ответственных потребителей, при этом средства автоматического отключения неответственных потребителей образуют несколько ступеней частотной разгрузки.

РИСУНКИ