电网晃电现象因为种种原因,在现代工业生产中时有发生。变频器应对晃电能力较差,发生晃电现象时会启动低压保护从而导致设备的停止运行。通过在变频器直流母线侧增加DC-BANK直流支撑系统,当电网出现波动时,系统在DC-BANK的检测单元和执行单元协同作用下,DC-BANK自动切入到变频器的直流母线,从而保证电机在直流电源的支撑下不间断运行,能达到很好抗晃电效果。
变频器以其高效率,高功率因数,以及优异的调速和启制动性,在工业生产中的应用越来越普及。因为各种各样的因素,晃电现象时有发生,而变频器应对晃电能力较差。当发生晃电时,变频器将启动保护功能,停止运行,造成非计划停车。通过对变频器增加直流支撑系统DC-BANK进行改造,增加其抗晃电能力,能很好抑制因电网晃电而导致系统非计划停车带来的损失。
1 晃电现象对变频器的影响
晃电是指电网电压暂时跌落或者消失,而在很短时间内(一般为几秒之内),电源电压又恢复正常的现象。其产生的原因可分为内因及外因。
(1)内因：系统本身接有大功率电动机、整流器、电弧炉之类单相负荷等干扰性负荷,对电网产出负面影响,如：无功冲击、谐波、负序等。这些影响可能会通过公共连接点涉及到其他终端用户。
(2)外因：外力破坏、雷电、树枝影响以及配电设备故障、线路切换、电容器投切等均由可能干扰系统,造成电压波动甚至断电,严重时会影响相邻线路,造成有害影响的蔓延。对于10 kV线路,其特点是面广,用户分布点多,易产生过电流或短路故障,发生故障后,在线路继电保护作用下,发生故障的回路被切除。在故障发生到故障切除期间,其他回路电压会暂降,导致晃电现象的发生。
大部分变频器都具有失压、过压和瞬间断电的保护功能。在变频器断电或失压后,一般的变频器仍会工作一段时间,若断电或失压的时间大于此工作时间,变频器将启动保护功能,停止运行,造成非计划停车。
2 DC-BANK系统
长期以来,在连续性较强的工艺生产中,当电网发生晃电(甚至毫秒级的断电)等供电故障时,均有可能使电机驱动的动力设备受到较大的扰动甚至停机。造成连续性生产中断,设备损坏,产生大量的次品、废品,造成严重的经济损失。
为解决电动机因电网晃电引发的工艺、设备问题,就出现了用于电动机负载的、输出电压和输出频率可变的交流不间断电源DC-BANK。DC-BANK即直流不间断电源,是在交流电网晃电或断电时静态开关开通及时为变频器提供稳定、持续、不间断的直流电源设备,在交直流电源之间达到无扰动切换,保证了变频器继续运行并驱动电动机。DC-BANK是低压电机群专用不间断电源系统,特别适用于多负载连续生产的化纤钢铁、石油化工、玻璃等行业。DC-BANK可有效解决电网晃电对变频器带来的影响,同时还具备可靠性高,利用效率高等优点。DC-BANK相对于同样应用广泛的UPS,具备以下优点。
(1)UPS因系统复杂,可靠性差,没有标准化等问题,导致维护难度较大;DC-BANK与变频器通常采用的是并联连接形式,系统采用框架式结构,可靠性高,维护起来相对方便。
(2)UPS可靠性不高,需要设计复杂的配置方式提高其可靠性;得益于 DC-BANK与变频器的并联连接形式,使得每个负载的电源保护都相对独立,通过DC-BANK对直流母线供电,就使得变频器在原有的基础上增加了一路直流备用供电,因而具有更高的可靠性。
(3)UPS在带电机类感性负载时,需要5～7倍电机额定容量,且治理谐波电流需要增加有源或无源滤波器;DC-BANK则需要相对较小的电机额定容量(通常为1.1倍)。
(4)DC-BANK系统较UPS具备更高的外壳防护等级,能适应更加恶劣的工业现场环境。
3 DC-BANK系统工作原理
DC-BANK系统主要由充电器、储能单元、检测单元和执行单元等组成。DC-BANK系统工作原理简图1和图2所示。DC-BANK系统基于变频器的系统组织架构。主回路供电在市电正常情况下,经交流配电系统、变频器、电动机受电端,使得电机带动各种电气设备运行。此时DC-BANK系统仅作为变频器的在线备用电源。当电网出现波动时,系统在检测单元和执行单元协同作用下,DC-BANK自动切入变频器的直流母线,保证电机在直流电源的支撑下不间断运行。当市电恢复正常供电,系统在检测单元和执行单元协同作用下,迅速切断DC-BANK,变频器此后恢复为市电供电,蓄电池转为自动维护状态。
郑州泰普科技有限公司生产的DC-BANK系统目前已在石化、化纤和煤化行业的部分大中型传动系统中成功应用。采用DC-BANK不间断电源系统是不间断供电的一种新的解决方案。在开关类稳压电源,变频器电动机驱动系统,电子镇流器照明系统有很好的技术经济表现。在实际生产过程中,晃电现象是很难避免的,采用直流支撑方法为一次性投资,在晃电现象比较频繁的用电场合,可有效弥补晃电给生产带来的损失,有效稳定系统的正常运行,系统长期运行会产生明显的经济效益。
