Шарипов А.А. Система электроснабжения повышенной надежности для медицинских учреждений (Система электроснабжения повышенной надежности для медицинских учреждений), страница 9

Дляисключения этого, питание вышеуказанного оборудования также, восновном, осуществляется через отдельные on-line ИБП.Количество модулей в массиве ДГУ определяется мощностьюпотребляемой электрической энергии всеми приемниками 1-ой особойгруппы, надежностью безотказной работы каждого ДГУ и требуемымуровнем вероятности безотказной работы системы электроснабжения.Количество модулей в основном массиве ИБП определяетсямощностью потребляемой электрической энергии приемниками класса  0.5из 1-ой особой группы, надежностью безотказной работы каждого ИБП, атакже уровнем вероятности безоказной работы системы электроснабжениядля класса  0.5 электроприемников.Таким образом, система электроснабжения Перинатального центраобеспечивает при отказе одного основного источника питаниянепрерывность всех медико-технологических процессов объекта.

При отказедвух основных источников питания обеспечивается непрерыность медикотехнологических процессов электроагрегатов класса  0.5 и кратковременноенарушение электроснабжения (до 15-60 секунд) других электроагрегатов 1ой особой группы. Другие электроприемники объекта 1-ой категориинадежности могут быть отключены от подачи электрической энергии домомента восстановления питания от одного из основных источниковпитания.Для компенсации последствий возникновения КЗ в цепяхэлектроагрегатов 1-ой категории надежности, которые запроектированы всистеме TN-C-S, предусматривается использование УЗО с датчиками60контроля срабатывания, позволяющие формироватьсоответствующийинформационный сигнал для АСУЭ.На рисунке 4.4.2 приведена структурная разработанной схемыэлектроснабжения Перинатального центра.Рис.

4.4.25 Отказоустойчивые алгоритмы управления массивами автономныхисточников электропитания и методы моделирования распределеннойсистемы электроснабженияОрганизация параллельной работы автономных источниковэлектропитания требует специальных технических средств их синхронизациис целью исключения искажений напряжения, подаваемого на нагрузку. Вразделе 2.3 уже рассматривалось решение задачи синхронизации работы ДГУс внешним источником питания, позволяющее избежать провалов иперенапряжений.61В разделах 5.1 и 5.2 рассматривается решение задач синхронизации иперераспределения нагрузки, как для массива ДГУ, так и для массива ИБП.Определяется состав основных средств автоматики и алгоритмов управлениявводом и отключением отдельных устройств.Определение последствий возникновения различных отказов винженерном и медицинском оборудовании, а также в технических ипрограммных средствах автоматизации электрической сети, является весьманепростой задачей, так как требует исследования не только локальныхявлений в отдельных электроагрегатах, а всей распределенной сетиэлектроснабжения.

Основным средством анализа аварийных ситуаций иразработки соответствующих компенсирующих (управляющих) мероприятийявляется имитационное моделирование. В разделе 5.3 приводитсяматематическая модель, позволяющая описать структуру возникающихаварийных ситуаций, а также краткое описание программных средств длямоделирования распределенной сети.5.1 Алгоритмы автономной параллельной работы массива ДГУПроцесс, включения генераторов на параллельную работу называетсясинхронизацией.

Другими словами, синхронизация – это процессуравнивания частоты вращения и напряжения включаемого генератора счастотой вращения работающих генераторов и напряжением наэлектростанции, а также выбор соответствующего момента времени дляподачи импульса на включение выключателя генератора. Различают два типасинхронизации: точная синхронизация и самосинхронизация.Точная синхронизация подразумевает применение электронногоуправления подачей топлива в первичном двигателе (управление частотойвращения первичным двигателем и как следствие — управление по активноймощности при параллельной работе, по углу фазового сдвига присинхронизации) и электронного управления током возбуждения синхронного62генератора (управление напряжением и как следствие — управление пореактивной мощности при параллельной работе, выравнивание напряженияпри синхронизации). Такое решение связано с тем, что классическиемеханические однорежимные регуляторы частоты вращения дизеляреагируют только на внешнее возбуждающее воздействие и не даютвозможности оперативно изменять подачу топлива.

Аналогично решаетсявопрос с регулированием напряжения синхронного генератора. Регулятордолжен иметь возможность внешнего автоматического управления внезависимости от электрической нагрузки. Поэтому обычно каждый дизельгенератор оборудуют контроллером с соответствующим функционалом дляпараллельной работы. Несколько контроллеров объединяют в сеть сприменением аналогового или цифрового интерфейса.

Системанастраивается таким образом, чтобы обеспечить надежную синхронизацию иустойчивую параллельную работу исходя из единичной мощности ихарактеристик каждого агрегата и условий их совместной работы наконкретную нагрузку.Основными условиями точной синхронизации включаемого генератораи работающей системы (массива) генераторов являются:- равенство по модулю ЭДС генератора и ЭДС системы:| EG || ES |- равенство частот генератора и системы:fG  f SРезервный генератор включается путем подачи импульса нагенераторный выключатель в момент, когда фазовый угол  между кривыминапряжения генератора и системы близок к нулю.Для управления синхронизацией при параллельной работе требуетсявысокая точность и стабильность. При отказах работающего канала частотавыходного напряжения резервного канала увеличивается в сторону большойразности по отношению к частоте напряжения, имевшегося в системе до63появления отказа.

Например, если выходная частота работающего каналасоставляла 50.0Гц, то для сокращения времени вхождения в синхронизмчастота резервного канала перестраивается до 50.2Гц. При совпадении фазнапряжения системы и резервного канала включается коммутатор ипроисходит восстановление работы системы.На рисунке 5.1.1 приведена схема алгоритма автоматизации включениягенератора в работу системы с постоянным временем опережения [24].Автоматизация процесса включения генераторов на параллельную работу.Рис. 5.1.1На рисунке 5.1.1 приняты следующие обозначения: ВП – входныепреобразователи; УО – узел опережения; УКРЧ – узел контроля разностичастоты; УКРН – узел контроля разности напряжений; УВ – узел включения;УПЧ – узел подгонки частоты.Алгоритм включение генераторов на параллельную работу методомсамосинхронизации состоит из следующих шагов:- возбужденный генератор разгоняется до скорости, близкой к синхронной;- осуществляется выравнивание напряжений генератора и системы;- с генератора временно снимается возбуждение;- включается генераторный выключатель;- сразу после включения выключателя на генератор снова подаетсявозбуждение.Этот способ прост, быстр, исключает возможность ошибочноговключения генератора и также обеспечивает автоматизацию процесса64синхронизации, хотя чаще используется при вводе в работу резервногогенератора вручную.При внезапном отказе рабочего канала запуск резервного каналаосложняется возникшим дефицитом мощности для нагрузки, что можетпривести к асинхронному режиму работы запускаемого генератора и потереустойчивости его работы, которая сопровождается биениями и изменениямичастоты.

Чтобы этого избежать требуется быстрое отключениесоответствующей части нагрузки (обычно соответствующей номинальноймощности запускаемого генератора) по самому факту внезапногоотключения нагруженного генератора и, последующему ее включению послеввода в синхронизм резервного генератора [24].Поэтому суммарная мощность массива ДГУ набирается из несколькихагрегатов меньшей мощности, чем требуемая нагрузка, но в количествебольшем двух, поскольку наиболее вероятно отключение одного генератора,а один генератор может находиться на сервисном обслуживании.Будем предполагать, что все генераторы в количестве M штук имеютодинаковые мощности PG . В качестве исходного состояния примем, что прирасчетной загрузке Pc  kcc  Pmax в работе находится ( M  1) генератор скоэффициентом загрузки:k згр kсс  PmaxPG  ( M  1)При внезапном отключении одного генератора возникнет дефицитмощности:P  Pc  PG  (M  2)Обозначим через  долю нагрузки по суммарной потребляемой мощности,которую можно отключить.

Тогда работоспособность оставшегосявключенным оборудования будет поддерживаться, если выполняетсянеравенство:65P    PcОтсюда несложно найти искомое число генераторов в массиве:M2  k згр  (1   )1  k згр  (1   ),где M - целое число.Определим число генераторов для проектируемого объекта(Перинатального центра). Исходные данные для расчета примемследующими Pc  260 кВт, PG  70 кВт, k згр  0.8 , kcc  0.55 . Так какэлектроприемники 1-ой особой группы питаются через массив ИБП, то ихможно отключить на короткий период, определяемый емкостьюаккумуляторных батарей. Тогда коэффициент   60 / 260  0.23 .Следовательно, массив ДГУ должен состоять из 4 генераторов.5.2 Организация параллельной работы ИБП переменного токаДля того, чтобы несколько ИБП с двойным преобразованием энергии,включенные на общую нагрузку, были загружены в равной степени,необходимо синхронизировать их выходные напряжения по частоте,начальной фазе и амплитуде.

Поддержание амплитудного значениявыходного напряжения в современных ИБП обеспечивается с высокойточностью ( 1% ). Поэтому, в значительной степени, равномерноераспределение мощности зависит от фазовых углов выходных напряжений.Различие всего в 1 электрический градус между фазами на выходе ИБПможет привести к дисбалансу распределения потребляемой мощности до50%. Чтобы сбалансировать уровень энергии между двумя ИБП, необходимоуменьшить частоту выходного напряжения, опережающего по фазе ИБП.Обычно эта корректировка может осуществляться со скоростью 0.1-1.0 Гц/с.Наиболее часто для организации параллельной работы ИБПиспользуют децентрализованный (распределенный) принцип [25].