На данный момент наиболее распространёнными устройствами управления зарядом батарей в системах оперативного постоянного тока 6-110 кВ (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.
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,
- контроля аккумуляторной батареи,
- 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 следующими причинами:
- «зависание» управляющей программы;
- отказ или повреждение центрального контроллера управления;
- нарушение питания центрального контроллера (от одного блока питания зависит жизнь всей подстанции);
- помехи в системе связи, повреждение кабелей связи и т. д.
Таких причин может быть очень много. При потере управления силовые модули обычно переходят на автономную работу и функционируют 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.
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.
