DCBANK系统几种技术线路比较.doc

DC-BANK系统几种技术线路的比较 随着变频技术的逐渐成熟和广泛的应用，变频器由于电网电压骤降而引起的变频器低电压保护跳闸问题越来越突出，连续生产型企业中该问题尤为突出，这就急需一种可靠的备用电源来保证一些重要负荷的变频器在电网瞬时或短时波动时不跳闸停机。DC-BANK系统就是在充分考虑了变频器自身特点后设计的一种后备式直流不间断电源系统。DC-BANK技术发展到今天，主切换回路上RTM（电力衔接模块）可分为3种不同的技术线路，分别为晶闸管、BOOST和GCplus技术。下面就DC-BANK这几种技术线路做一些比较，具体如下：技术规范晶闸管技术BOOST技术GCPULS技术系统组成系统由储能单元、充电器、RTC-101压差控制电子开关、DGPS母线接地保护器、监控单元、执行单元和监测软件等组成。系统由储能电源、充电器、直流升压模块、监控单元等组成。系统由储能电源、充电器、GCPULS隔离稳压模块、执行单元、监控单元等组成。核心技术直流压差控制开关模块 单向晶闸管在直流电源中的应用已经很广泛，它的驱动电路已经为大家所熟知。有很多单向晶闸管驱动电路都是通过对负载侧的直流电压进行A/D采样后，经PLC的CPU比较处理，当负载侧电压达到设定值时，再输出一个控制信号电压，加在晶闸管的门极G和阴极K之间，通过这个电压来达到触发晶闸管导通的目的。这种电路复杂，元件繁多，在控制晶闸管导通过程中增加了延时（2ms以上），因为A/D转换和CPU处理,都需要时间，而且因为电路复杂，增加了故障率，这种控制电路不但需要提供外部电源供电，而且在对晶闸管的门极加控制电压时还要进行隔离，否则因为晶闸管的回路电压过高，会损坏控制电路。 故在这种应用中急需要一种可靠、快速的直流压差控制电子开关。RTC-101压差控制电子开关额定电流：DC25A-1200A额定电压：DC10V-1000V峰值因素：5开关压降：0.7V导通时间：2M。 绝缘强度：交流部分与直流部分和机壳间，直流部分与机壳间施加50HZ的2KV 的交流电压，一分钟无击穿，无闪络。4 控制功能 遥控：开/关机 遥调：输出电压、输出限流均连续可调 遥测：输出电压、输出电流 遥信：开/关机状态、故障类型5 结构外型 电源模块尺寸（高X宽）：201.8210(面板尺寸)，201.5203332（箱体尺寸） 电源模块重量：14.5Kg原理图见附件图1见附件图2见附件图3优点 通过RTC101直流压差控制电子开关控制晶闸管投切，具有切换速度快，无需外部供电、线路简单，故障率低等特点。价格实惠，后备式支撑方式安全性高。100%确保变频器在电压骤降时能安全平稳工作。每一个回路由单独的控制及执行单元组成，相互独立，互不干扰。 输出电压稳定，可根据负载需要调节。动态响应，转换时间短。支持带电热插拔技术，方便维修 N+1冗余技术，单个模块故障时自动退出，减少故障损失；母线式模组技术，方便扩容；主动均流，平均分配电流值，减少模块故障； 隔离稳压技术，停机后无低压直流输出，保护电池组和变频器过流及短路保护，防止母线接地及短路时故障扩大； 高低压进线均可稳压输出，适应大幅度母线电压变化； 快速动态响应时间短，可进行变频器直流母线纹波系数补偿。缺点 负载为小功率变频时只能设计成共用电池组的方式才能降低成本。放电时容易形成变频器之间的环流，直流纹波增大，相互之间会有干扰，需增加直流有源滤波器才能去除纹波。 放电时容易形成变频器之间的环流，直流纹波增大，相互之间会有干扰。储能单元与负载之间不能隔离，停机后有低压直流输出，电池组和变频器容易过流及短路保护，母线接地及短路时故障扩大。投资成本较大。一体化设计，维修不方便。虽然是最完美的解决方案，但投资成本高。安全性 采用直流接地保护技术，晶闸管与直流隔离单元冗余隔离，确保蓄电池与变频器直流母线完全隔离，系统预留变频器运行状态干节点、接触器连锁干节点、FMCS跳车连锁干节点等，大大提高了系统安全性。必须是一组电池对应一台变频器才是最安全的方式。 必须是一组电池对应一台变频器才是最安全的方式。一组电池可对应多台变频器，相互不干扰N+1冗余设计，任何一个模块故障不影响系统正常工作。停机后无低压直流输出，保护电池组和变频器过流及短路保护，防止母线接地及短路时故障扩大。系统预留变频器运行状态干节点、接触器连锁干节点、FMCS跳车连锁干节点等，进一步提高系统安全性。图1图2图3注：目前国内晶闸技术线路DC-BANK分两种，一种是通过PLC控制技术控制晶闸管触发电路的导通，另一种是功率扩展型直流压差控制技术。主要区别在于控制晶闸管的导通速度不一样，通过PLC控制必然是毫秒级别的技术，而功率扩展型直流压差控制技术是微秒级控制技术。目前功率扩展型直流压差控制技术DC-BANK系统在晶圆代工厂有较为广泛的应用。以某煤化工企业进料泵DC-BANK系统设计为例，两种技术线路的DC-BANK系统均衡比较如下表：规范要求标书技术方案GC系列DCBANK规范一系统说明1.1一般说明DC-BANK共有四个系统组成，1）蓄电池组系统的储能元件。2）自动化智能充电及电池组管理系统。3）系统测控。4）系统配电。系统由储能单元、充电器、RTC-101压差控制电子开关、Gcplus15 RTM切换控制单元（稳压选件）、DGPS母线接地保护器、监控单元、执行单元和监测软件等组成。增加的DGPS母线接地保护器可在电缆接地故障或漏电流产生时有效保护变频器持续运行，增加系统安全性1.2储能单元系统储能元件选用国内合资企业性价比较高的品牌，理论使用寿命10年，质保2年。以确保系统使用年费的低支出。满足要求，系统储能元件选用国内合资企业性价比较高的品牌双登蓄电池，理论使用寿命15年，厂家质保3年。 1.3充电系统设计选用高频充电模块，N+1冗余设计，保证在有个别充电器损坏情况下不会影响系统正常性能。当电池组放电后，在恢复交流供电时，系统自动转入充电模式。浮充均充电压在HMI上可选。充电机：选用知名公司产品（必须甲方确认）。输入电压为380VAC15%，输出(浮充电压):544V，480V-560V可调，输出电流17A,四组冗余并联。满足要求，选用DC600V高频充电模块，N+1冗余设计，保证在有个别充电器损坏情况下不会影响系统正常性能。当电池组放电后，在恢复交流供电时，系统自动转入充电模式。浮充均充电压在触摸屏上可选。充电机输入电压为380VAC15%，输出(浮充电压):500V-600V可调，输出电流5A,多组冗余并联。1.4系统可靠度及维护性本系统有完善的测量和控制设计，测量项目有市电电压，直流母线电压，充电电流，放电电流，生产线精确到秒的闪落和停电记录（50条滚动查询）电力恢复记录（50条滚动查询）。SW开关内的被保护VVVF电压检测，当超过设定的保护阈值时SW即时导通。高速光电电压监测继电器监测市电电压，一旦出现低于设定阈值电压，即时发出SW导通指令。人机界面采用液晶触摸屏（HMI）全中文显示。系统留有通讯接口供上位电脑数据采集。满足要求，本系统有完善的测量和控制设计，测量项目有市电电压，直流母线电压，充电电流，放电电流，生产线精确到秒的闪落和停电记录（50条滚动查询）电力恢复记录（50条滚动查询）。 系统通过RTC101直流压差控制电子开关控制晶闸管投切，具有切换速度快，无需外部供电、线路简单，故障率低等特点，人机界面采用液晶触摸屏（HMI）全中文显示。系统留有通讯接口供上位电脑数据采集。1.5系统运行技术条件及适用环境1甲方提供1路主电源回路380VAC/3P+N+PE 100A2柜体防护等级 IP203甲方提供被保护变频器运行状态干接点4电池组室环境 2025度5实际使用环境海拔1200米外壳防护等级 IP42系统预留变频器运行状态干节点、接触器连锁干节点、DCS或ESD跳车连锁干节点可操作环境：050，095%湿度，海拔1500公尺1.6运转噪音运行噪音，待机时小于65分贝，运转时小于75分贝规范二系统构成及系统运作2.1直流回路系统构成由于系统为直流电源，电池组的断路电流较大，为保证直流系统与VVVF DCBUS的准确快速投入切除，每个配电回路选有直流空气开关QF，静态电子开关SW，接触器MF。以空开QF做回路过流，短路保护、接触器MF做VVVF起动投用及停止切除操作、静态电子开关SW做闪落投切。当被保护的VVVF需修理维护时，只要切断空开QF、VVVF交流供电回路即可与系统脱离而可安全进行维护操作。满足要求，每个配电回路选有直流空气开关QF，直流压差控制电子开关，接触器MF，DGPS母线接地保护器和隔离刀闸。不仅有效投切，同时在母线接地或漏电流故障时，保护变频器安全，隔离DC-BANK和变频器，增加系统的安全性。2.2系统运作系统运行时数个高频充电器并行向电池组实现浮充维护，测控系统处以运行状态并在HMI上动态显示各参数和系统状态。当被保护的VVVF投用时应先手动合上直流空开QF，VVVF正常起动后向DC-BANK发出运行正常的回讯，系统测控接受后即时合上MF直流接触器，这时系统的SW，光电高速电压继电器同时运行，发生闪落、停电时SW导通，VVVF由市电转入DC-BANK供电。当市电恢复供电时，测控系统会及时接受到光电高速继电器来电信号，在延时数秒后撤去SW导通指令、SW亦会自动检测到VVVF上DC电压的恢复状态，当二者同时出现时，SW退出导通。单向晶闸管在直流电源中的应用已经很广泛，它的驱动电路已经为大家所熟知。有很多单向晶闸管驱动电路都是通过对负载侧的直流电压进行A/D采样后，经PLC的CPU比较处理，当负载侧电压达到设定值时，再输出一个控制信号电压，加在晶闸管的门极G和阴极K之间，通过这个电压来达到触发晶闸管导通的目的。这种电路复杂，元件繁多，在控制晶闸管导通过程中增加了延时（2ms以上），因为A/D转换和CPU处理,都需要时间，而且因为电路复杂，增加了故障率，这种控制电路不但需要提供外部电源供电，而且在对晶闸管的门极加控制电压时还要进行隔离，否则因为晶闸管的回路电压过高，会损坏控制电路。 故在这种应用中急需要一种可靠、快速的直流压差控制电子开关。RTC-101压差控制电子开关额定电流：DC25A-1200A额定电压：DC10V-1000V峰值因素：5开关压降：0.7V导通时间：85%)，直流支撑系统即自动投入，由蓄电池直接向变频器的直流母线供电。母线恢复正常值后，plc延时2s才撤出静态开关闭锁信号。(6)根据液氧泵以前晃电跳车情况，我们设定蓄电池在供电10秒钟后plc自行切断直流接触器。2.4 现有设备和改造条件改造前提供的设备和现场条件：(1)295kw、550a液氧泵1台;(2)变频器为abb acs800-07-0610-3+f253+f260+r712+p901。提供的现有条件：厂用电ac 380v/630a，3p+n+pe电源;被保护变频器的运行信号及故障信号引至dc-bank;被保护变频器电源状态取自abb变频器q10开关下口熔断器上端;被保护变频器二次接线图。改造后的接线图如图2所示。图2 改造后的接线图2.5 dc-bank系统的调试在电机规定的负荷下做2次断电试验，间隔24小时，支持时间均应为10s(暂定)。在变频器工作正常的情况下，切断三相交流输入电源，系统自动切换成直流供电，保证受保护的变频器及电机不间断运行。其中，变频器显示的频率保持恒定，没有任何变化。然后送上三相交流电源，受保护的变频器及电机继续运行于交流电源工作状态，充电器给蓄电池充电，完成一次电源失电切换过程。触摸屏显示并记录停电及恢复供电的时刻。3 结束语dc-bank系统投资成本相对较