Zasilacz pomocniczy w aplikacjach energoelektronicznych

Rys. 1. Generator SVG w sieci energetycznej 110/35 kV

Systemy, w których stosuje się urządzenia energoelektroniczne służące do poprawy jakości energii, nazywane są elastycznymi systemami przesyłu prądu przemiennego FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems).

Do tej grupy zaliczają się cztery podstawowe grupy urządzeń:

• bocznikowe (Static Shunt Controllers),
• szeregowe (Static Series Controllers),
• szeregowo-bocznikowe (Combined Shunt and Series Controllers),
• układy przesyłowe prądu stałego (High-Voltage Direct-Current).

Urządzenia bocznikowe są urządzeniami podłączonymi bocznikowo do określonego węzła systemu. Zadaniem większości z nich jest dostarczanie lub pobieranie określonej mocy w punkcie przyłączenia powiązane z regulacją napięcia w tym punkcie. Jest to realizowane poprzez załączanie tyrystorem dławika lub kondensatora, ogranicznika napięcia lub za pomocą statycznego kompensatora oraz generatora mocy biernej SVG (Static Var Generator).

Rys. 2. Przykładowy generator SVG

Układy te nazywane są również systemowymi regulatorami energoelektronicznymi, gdyż ze względu na szybkie działanie mogą spełniać wiele korzystnych funkcji w regulacji pracy systemu elektroenergetycznego w czasie trwania w nim stanów nieustalonych. Do regulacji wykorzystują tyrystory i tranzystory dużej mocy.

Szczególnie obiecujące są parametry generatorów SVG, gdyż pozwalają one na dynamiczną kompensację parametrów sieci w czasie rzeczywistym, co zapewnia wykorzystanie jako elementu aktywnego mostkowego inwertera z tranzystorami IGBT. SVG są instalowane w farmach fotowoltaicznych, generatorach wiatrowych, systemach zasilania trakcji kolejowej, platformach wiertniczych i innych obszarach, gdzie warunki zasilania z sieci podlegają dużym wahaniom. Przykładowe systemy zasilające z wykorzystaniem SVG pokazane zostały na rysunku 1.

Konstrukcja systemu SVG

Rys. 3. Struktura wewnętrzna SVG z zaznaczeniem bloku zasilania dla układów sterujących

Typowy system SVG składa się z trzech części: sterującej, reaktancyjnej i przełączników mocy. Obwody elektroniczne wszystkich części muszą być zasilane, a całkowita liczba wymaganych jednostek zasilających jest duża, bo z uwagi na to, że urządzenie jest zasilane wysokim napięciem, wymagane jest użycie wielu gałęzi przełączników półprzewodnikowych połączonych szeregowo.

Całkowita liczba jest uzależniona od napięcia zasilającego, niemniej każda taka gałąź (w praktyce układ mostkowy z IGBT) wymaga oddzielnego zasilacza małej mocy dla drivera.

Stabilność pracy takiej gałęzi przełącznika wysokonapięciowego jest wprost powiązana z jakością zasilacza, tak samo jak niezawodność całości systemu jest pochodną jakości takich zasilaczy.

Biorąc pod uwagę, że pojedynczy mostkowy układ przełączający z IGBT może pracować przy napięciu 500-1000 V w zależności od wykonania, dla SVG, pracującego przy napięciu zasilającym 35 kV i sieci trójfazowej, potrzeba przeszło 100 jednostek zasilających dla obwodów sterujących i driverów.

W praktyce wykorzystując zasilacze o dwóch napięciach wyjściowych, liczbę tę można ograniczyć o połowę, ale nadal z punktu widzenia jakości i niezawodności jest to bardzo skomplikowany i wymagający układ.

Konwerter zasilający do aplikacji energoelektronicznych

Rys. 4. Aplikacja zasilacza PV45-29D1515-15 w SVG

Do aplikacji energoelektronicznych przeznaczone są konwertery PV45-29D1515-15 firmy Mornsun. Ich cechą charakterystyczną jest możliwość zasilania napięciem wejściowym zmieniającym się w bardzo szerokim zakresie (10:1) od 150 do 1500 V_DC, a także duża wartość napięcia probierczego izolacji wynosząca 4000 V_AC.

Zasilacze te mają dwa obwody wyjściowe dostarczające dokładnie stabilizowanego napięcia o wartości 15 V i pracują w przemysłowym zakresie temperatur od -40 do +85°C. Oczywiście cała konstrukcja jest w pełni zabezpieczona przed przeciążeniem, zwarciem, zbyt dużym i za małym napięciem wejściowym, przepięciami (±2/4 kV), odwrotną polaryzacją, dzięki czemu zapewniają one wysoki poziom niezawodności.

Zasilacze takie mogą być używane także w innych obszarach energoelektroniki, gdzie zachodzi konieczność przełączania lub regulowania sygnałów o dużych mocach i napięciu przekraczającym 1500 V.

Micros sp. j. W. Kędra i J. Lic
www.mornsun-power.com