Drážní napájecí zdroje staničních zabezpečovacích zařízení

Stejnosměrné regulované zdroje

• Měniče napětí, kmitočtu
• Jednofázové nebo třífázové výstupní napětí
• Sinusové stabilizované výstupní napětí
• Vhodné pro změnu kmitočtu napájecí sítě 50 Hz/60 Hz a naopak
• Měniče velkých rozsahů výstupních kmitočtů – až 400 Hz
• Stejnosměrné regulované zdroje nabíječky baterií

Napájecí zdroje se stejnosměrným výstupním napětím se vyrábějí o výkonech jednotek až desítek kW.

Mají široké využití, např. pro napájení galvanizačních zařízení, pro výrobu tantalových kondenzátorů, testery motorů, stykačů a mnohé další aplikace.

Charakteristika

• Výstupní napětí je stabilizováno pomocí zpětnovazebního regulátoru
• Proudové omezení – v případě nárůstu proudu se sníží výstupní napětí
• Výstupní ochrana proti zkratu
• 150% krátkodobé přetížení (na 1 min.)
• Sledování provozní doby pomocí čítače
• Displej slouží také k chybovému hlášení zdroje
• Automatický restart pro zotavení po poruše
• Blokování nechtěné změny parametrů pomocí uživatelského hesla
• Ovládací panel umožňuje zapínání/vypínání výstupu, volbu výstupního napětí a kompletní nastavení parametrů
• Diagnostika zdroje pomocí čtyřřádkového displeje (zobrazení např.: výstupního napětí, proudu, výkonu, provozních hodin atd.)
• Diagnostika a nastavení přes PC

Záložní napájecí zdroj typu EZZT je napájecí systém dodávající nepřerušované napájecí napětí s vysokým stupněm spolehlivosti. Zdroj dodává napětí 230 V AC, buď přímo ze vstupního střídavého napětí pomocí elektronického bypassu, nebo je napětí generováno statickým střídačem napájeným z baterií o jmenovitém napětí 110 nebo 220 V.

Z důvodu spolehlivosti mohou být použity dva identické statické střídače, z nichž jeden pracuje a druhý tvoří tzv. „teplou zálohu“. Přepínání mezi chodem ze střídače a ze střídavé sítě je okamžité, stejně jako přepínání z jednoho střídače na druhý. Pomocí volby preference lze určit přednost napájení přes bypass nebo přes měniče.

Veškerá činnost zdroje je řízena automaticky, uživatel má možnost provádět sledování měřených veličin a konfiguraci zařízení pomocí ovládacího panelu s displejem a klávesnicí.

Výstupní výkon zdrojů EZZT se pohybuje v rozsahu od 2,5 kVA až do několika desítek kVA.

Zdroje EZZT představují plnohodnotnou náhradu jak rotačních, tak statických střídačů starší výroby. Jejich technické parametry splňují i ty nejnáročnější požadavky na kvalitu zálohované sítě, stabilitu frekvence, napětí i dalších technických parametrů.

Řídicí jednotka umožňuje pružné přizpůsobení řídicích a regulačních parametrů dané aplikaci. Univerzální stavebnice měničů kmitočtu ELCOM a jejich řízení umožňuje sestavovat nejenom přesné náhrady libovolných statických napájecích zdrojů, ale i vytvořit zcela novou koncepci napájecích systémů, vyhovující nejpřísnějším požadavkům.

Výkonové regulované zdroje – zdroje pro zkušebny

Napájecí zdroje jsou účelově navrhovány pro aplikace, kde se provádí kusové, typové i laboratorní zkoušky v oboru silnoproudé elektrotechniky v širokém frekvenčním spektru, v rozsahu NN a VN hladin napětí a rozsahu proudů jednotek A až řádů kA.

Zdroje lze využít pro napájení a zkoušení těchto strojů a zařízení:

• Asynchronní stroje
• Synchronní stroje
• Stejnosměrné stroje
• Transformátory
• Tlumivky

A také zařízení, která obsahují elektrické stroje, např.:

• Vysokotlaké i nízkotlaké kompresory
• Rootsova dmychadla

Zdroje jsou navrhovány zejména pro následující zkoušky elektrických strojů a přístrojů:

• Zkoušky naprázdno, zkoušky zvýšeným napětím, měření charakteristik naprázdno
• Zkoušky nakrátko, zkoušky proudovým přetížením, charakteristiky nakrátko
• Zkoušky výkonových charakteristik a momentových charakteristik (u točivých
  strojů ve spojení s dynamometrem nebo zatěžovatelem)
• Měření oteplovacích charakteristik při různých režimech zatěžování
• A zkoušky s různým tokem energií:
  • V motorickém (spotřebičovém) režimu
  • V generátorickém (rekuperačním) režimu
  • V kompenzačním L nebo C režimu

Výkonové zdroje jsou často vybaveny sekundárními, nezávisle řízenými napájecími výstupy, určenými pro napájení pomocných zařízení zkoušených strojů. Jedná se především o:

• Napájení brzd, napájení buzení (přes kroužky), buzení pomocných budičů
• Napájení nezávislých ventilátorů
• Vstupní napětí zvyšovacího VN zdroje
• Buzení magnetického pole (proudový režim)
• Napájení mazacích agregátů

Řízení

Zdroj je řízen buď ručně, pomocí ovládacího panelu, nebo pomocí řídícího PC prostřednictvím sériové linky. Řízení pomocí parametrů prostřednictvím ModBUS, vyčítání stavových hlášení, vnitřně měřených a vyhodnocovaných veličin, reprezentace stavů a chyb.

Měření elektrických veličin (napětí, proud, výkony, …) je přenášeno sériovou komunikací do řídicího počítače.

Další vlastnosti

• Výstupní napětí je stabilizováno pomocí zpětnovazebního regulátoru
• Zdroj má funkci proudové regulace, což znamená, že při překročení nastavené hodnoty proudu dojde ke snížení výstupního napětí
• Výstup zdroje je zkratuvzdorný
• Při spuštění zdroje jsou výstupní napětí a frekvence plynule zvyšovány pomocí nastavitelné rozběhové rampy
• Možnost aktivního brždění rotačních strojů
• Při brždění si lze vybrat ze dvou variant, kam se odvede přebytečná energie: a) do brzdných rezistorů, b) rekuperací zpět do sítě
• Možnost ovládání a diagnostiky zdroje pomocí Ovládacího a diagnostického panelu

Způsoby ovládání zdroje

• Prostřednictvím komunikace
• Dotykovým panelem se SW aplikací připravenou pro konkrétní řešení
• Rozhraní podpůrných AIO a DIO

Měnič nouzového napájení ventilace metra

Statický měnič, napájený z baterií o napětí 110 V, je používaný pro havarijní napájení ventilace s asynchronními motory u vozů metra.

Charakteristika

• Sinusová PWM technologie
• Plynulý rozběh motoru, realizovaný zvyšováním napětí po rampě
• Zpětnovazební řízení výstupního napětí
• Proudové omezení – v případě nárůstu proudu se sníží výstupní napětí
• Výstupní ochrana proti zkratu
• Automatický restart pro zotavení po poruše
• 150% krátkodobé přetížení (na 1 min.)
• Sledování provozní doby pomocí čítače
• Indikace provozního stavu přes plovoucí kontakty
• Bez izolace mezi vstupem a výstupem
• Diagnostika a nastavení přes PC

Řízení měniče

Náběh měniče je automatický, buď s definovaným zpožděním po zapnutí, nebo je zpoždění dáno vstupem externího signálu.

Externím vstupem digitálního signálu si lze vybrat z několika přednastavených pracovních bodů. Pracovní body jsou definovány výstupním napětím a frekvencí.

Provedení

• Otevíratelná lakovaná nerezová skříň
• Připojení konektory (ILME nebo Harting)
• Diagnostika je připojena pomocí konektoru D-SUB9M
• Přesné specifikace budou dohodnuty v průběhu realizace zakázky

Přístroje splňují tyto normy:

• ČSN EN 50155
• ČSN EN 50121
• ČSN EN 61373

Předností těchto zdrojů je integrace všech možných vyskytujících se druhů napájecích trakčních napětí, které se používají na kolejových vozidlech v celém světě, do jednoho zařízení.

Zkušební multinapěťové zdroje EVMZ–2

Zdroj generuje na svém výstupu napětí: 25 kV/50 Hz, 15 kV/16,66 Hz, 3 kV DC. Výkonové zatěžování je omezeno nominálním výkonem a dovolenou přetížitelností.

Zdroj je sestaven ze dvou hlavních částí: Filtrační vstupní rozvaděč a samotný multinapěťový zdroj. Multinapěťový zdroj je realizován v kontejnerové oceloplechové skříni, která je rozdělena na základní prostory: prostor nízkonapěťový (NN) a prostor vysokonapěťový (VN). Přístup do jednotlivých prostorů NN a VN je pro pouze oprávněnou a kvalifikovanou obsluhu zajištěn přes uzamykatelné dvoukřídlé dveře s klikou.

Vyrábí se na zakázku o výkonech:

• 120 kVA
• 200 kVA
• 500 kVA
• 1000 kVA
• 1500 kVA

Dynamická kompenzace účiníku umožňuje eliminovat mnohé nevýhody, které se ještě stále objevují u konvenčních elektromechanických kompenzačních zařízení.

Konvenční systémy pracují na bázi stykačů pro připojení kondenzátorů k síti. Spínací doba je ovlivněna vybíjecí dobou kondenzátorů, která je vyšší než 1 minuta.

Dynamické systémy kompenzace účiníku v podobě elektronických tyristorových modulů firmy ELCOM, a. s., nahrazují pomalejší elektromechanické spínače.

Výhody dynamické kompenzace účiníku

• Snížení jalového výkonu v energetických zařízeních (menší účet za elektřinu i při rychle se měnící zátěži)
• Spínací doby kratší než 7 ms
• Úspora nákladů při investování do nových elektrických zařízení (nízkonapěťový hlavní rozvod, energetická rozvodná zařízení, průřezy kabelů, aj.)
• Stabilizace síťového napětí (např. téměř nulový úbytek napětí při svařování)
• Snížení míhání, blikání
• Spínání bez přechodových jevů
• Prodloužení životnosti kompenzačního zařízení
• Prodloužení životnosti koncových spotřebičů

Charakteristické použití

• Svařovací zařízení
• Průmyslové lisy
• Průmyslové jeřáby
• Výtahy ve výškových budovách

Dynamická kompenzační zařízení se uplatní tam, kde je požadováno rychlé, bezporuchové spínání a kde původní zařízení těmto novým požadavkům již nevyhovují. Zařízení dynamické kompenzace s moderními tyristorovými moduly a inteligentními regulátory umožňují kompenzaci jalového výkonu v aplikacích s rychlými změnami zátěže.

Využití technologie kondicionérů pro energetiku

Existuje řada lokalit sítí NN, kde není dodávána elektřina v jakosti dle předepsaných norem. Dochází zde k přerušení, poklesům a kolísání napětí, které koncového spotřebitele značně omezují. Stav infrastruktury omezuje drobné výrobce v dodávce, protože řízení těchto roptýlených zdrojů výrobu omezí nebo přeruší, pokud hrozí nepříznivé vlivy na síť. V těchto lokalitách je poté nutné pro zabezpečení kvality elektřiny zajistit posílení nebo dokonce rekonstrukci celé sítě. Mnohem méně časově a finančně náročným řešením je použití linkového kondicionéru. Vřazením kondicionéru je také drobná výroba odstíněna od vlivu infrastruktury a je tak umožněno její plné využití v případě dostatku vody/slunce/větru.

Linkový kondicionér je zařízení pracující na principu sériové kompenzace změn síťového napětí pomocí sériově zapojených transformátorů napájených zdrojem napětí realizovaným měničem s pulsně šířkovou modulací. Zařízení pracuje jako výkonový stabilizátor napětí pro rozvod elektřiny v širokém rozpětí vstupního napětí s nezávislým stabilizačním efektem jednotlivých fází výstupu, rychlým účinkem a vyrovnáním krátkodobých poklesů. Kondicionér zpracovává jen část výkonu nezbytně nutného k doplnění deficitu vzniklého úbytky na vedení ke zklidnění odběru. Linkový kondicionér reguluje efektivní hodnotu napětí v periodě, tím stabilizuje napětí sítě v místě odběru a redukuje efekt blikání. V provedení se speciálním řídícím systémem a FW s velice rychlou regulací (aktivní sériový filtr), pak umožňuje potlačit deformační výkon (vyhladit křivku napětí) resp. redukovat určité harmonické. V případě poruchy zařízení dojde k bezpečnému přemostění obvodu a tím k zaručené dodávce elektřiny v původním stavu napájení.

TIER 1 – EM.08.0

Linkový kondicionér přispívá ke zlepšení kvality elektřiny zejména v těchto parametrech:

• Stabilizace napětí
• Odchylky od jmenovitého napětí
• Výrazné poklesy napětí
• Cyklické kolísání napětí (flikr)
• Neovlivňuje úroveň signálních kmitočtů (HDO)

Čím jsou lépe jsou tyto kvalitativní parametry zaručeny, tím je zařízení složitější. Konstrukce kondicionéru je řešena jako měnič s filtračními a pomocnými obvody v oceloplechové skříni s krytím IP43, která se upevňuje bokem na sloup vedení.

Linkový kondicionér se uplatní v dlouhých výběžcích sítě, kde bývá vřazen před odběrné místo. Napětí na výstupu je stabilizováno na žádanou hodnotu, kdežto napětí na straně sítě může nabývat stavu nadpětí nebo podpětí dle momentálních provozních podmínek distribuční soustavy NN. Základním úkolem linkového kondicionéru je odstínit odběrné místo od nepříznivých vlivů impedance dlouhého vedení. Má-li toto linkový kondionér splnit ve všech režimech nezávisle na převládající spotřebě či výrobě na straně odběratele (rozptýlená výroba, OZE), musí být jeho měničová část schopna pracovat i v rekuperačním režimu.

Výkon linkového kondicionéru je uveden jako výkon průchozí, vlastní výkon měniče je menší a je asi 20 % výkonu průchozího. Například linkový kondicionér o výkonu 36 kVA má výkon měniče 7,2 kVA. Vzhledem k tomu, že měniče pracují s účinností vyšší než-li 90 %, pak ztrátový výkon měniče je přibližně 300 W při maximálním průchozím proudu. Kondicionér není zdrojem energie, a proto vyrovnání výstupního napětí má své fyzikální meze. Za mez principu sériové kompenzace úbytku ve vedení lze považovat pokles napětí o 30 % a více.

SMART linkový kondicionér

Rozšířením standardního linkového kondicionéru o analyzátory kvality elektřiny, centrální systém a prvky virtuální a rozšířené reality vzniká systém, který umožní vzdálený monitoring, analýzu, diagnostiku a eventuálně predikci stavu samotného zařízení. Cílem je vybavit běžné zařízení v energetice funkcemi, které zvýší užitnost a informační hodnotu a usnadní jeho údržbu.

Do linkového kondicionéru jsou integrovány následující prvky:

• Měřicí platforma ENA-NXG
• Centrální systém OSISOFT PI nebo ENA-SCADA
• Doplňující vizualizace pomocí Microsoft HoloLens

Výhody SMART linkového kondicionéru:

• Kontrola a analýza elektrických i neelektrických veličin (U, I, S, P, Q, velikost flikru, teploty a vlhkosti)
• Optimalizace nastavení výstupního napětí s ohledem na minimální ztráty zařízení
• Dálková detekce a posouzení poruch, vyhodnocování trendů a predikce funkčnosti jednotek (chod ventilátorů, sepnutí stykače, chování pomocných zdrojů 24 V DC) pro zajištění maximální životnosti komponent

 
Využití technologie kondicionérů pro jiné sítě

Linkový kondicionér může být využit jak pro sítě NN tak i pro sítě VN do průchozího výkonu řádu MVA. Zakázková výroba zaručuje dodávku zařízení přesně dle potřeb zákazníka.

Základní informace

Každý si asi všiml, jak jsou v poslední době masově budovány fotovoltaické elektrárny (FVE). Buď jsou už v provozu, nebo jsou ve fázi projektů a realizací. Jsou to možná už stovky malých domácích elektrárniček, umístěných většinou na střeše domu, o výkonu od jednotek do desítek kW, až po rozsáhlá pole osazená fotovoltaickými panely, o výkonech řádově megawattů.

Čím je tento jev způsoben všichni víme, je to dotační politika na obnovitelné zdroje, uzákoněná povinnost výkupu elektrické energie a dotovaná výkupní cena za kWh.

Cílem však není rozebírat co je správné, výhodné nebo nevýhodné z hlediska investování do stavby FVE. Cílem také není diskutovat o tom, o kolik tyto ekonomické experimenty s tzv. obnovitelnými zdroji elektrické energie prodražují cenu energie pro spotřebitele.

Cílem je upozornit na některé fyzikální aspekty provozování distribuční soustavy (DS) s velkým množstvím rozptýlených zdrojů.

Fyzikální problém masového nasazování rozptýlených zdrojů

Málokdo si uvědomuje fyzikální problém tohoto masového nasazování rozptýlených zdrojů elektrické energie do distribuční soustavy. Distribuční soustava a její regulace byla původně navržena na klasickou distribuci elektrické energie od definovaných zdrojů ke spotřebičům.

V případě rozptýlených zdrojů elektrické energie, a hlavně praktické nemožnosti ovlivnit výrobu v čase, vznikají problémy s regulací napětí v DS. Distribuční soustavu, jako takovou, je nutno v budoucnosti přebudovat do tzv. Smart Grids (česky Chytrá síť, lépe Inteligentní rozvodná síť), která si sama poradí s rozptýlenou výrobou, akumulací a spotřebou elektrické energie.

Budoucnost těchto sítí je zatím vzdálená ale problém s regulací napětí v DS je v některých případech nutno řešit už dnes. Jedna z možností je použít moderní výkonové elektronické zařízení, které je podrobněji popsáno v následující části a které můžeme považovat za jeden z prvních výkonových prvků budoucích Smart Grids.

Požadavky na připojení rozptýlených zdrojů s instalovaným výkonem nad 400 kW do sítě VN

Pravidla provozování distribučních soustav (PPDS) v Příloze 4 – Pravidla pro paralelní provoz zdrojů se sítí provozovatele distribuční soustavy (PDS) schválená Energetickým regulačním úřadem pro rok 2009 požadují pro zdroje s výkonem nad 400 kW připojované do sítí VN vybavení těchto zdrojů nástroji pro řízení jalového výkonu.

V příslušném odstavci Přílohy 4 PPDS jsou vyjmenovány následující požadavky:

• Udržování pevné hodnoty zadaného účiníku cos φ
• Udržování hodnoty účiníku cos φ = f (P)
• Udržování zadané hodnoty jalového výkonu (odběr/dodávka) v rámci provozního diagramu stroje (PQ diagramu)
• Udržování napětí v předávacím místě (na výstupu generátoru, za blokovým transformátorem, nebo v pilotním uzlu DS) v rámci omezení daných PQ diagramem stroje.

Zdroj musí být schopen dodávat jmenovitý činný výkon v rozmezí účiníku cos φ = 0,85–1 (dodávka jalového výkonu) a účiníku cos φ = 1–0,95 (odběr jalového výkonu) při dovoleném rozsahu napětí na svorkách generátoru ±5 % jmenovitého napětí a při kmitočtu v rozmezí 48,5–50,5 Hz.

Uvedený základní požadovaný regulační rozsah jalového výkonu může být modifikován, tedy zúžen nebo rozšířen. Důvodem případné modifikace může být např. odlišná (nižší/vyšší) potřeba regulačního jalového výkonu v dané lokalitě DS nebo zvláštní technologické důvody (výrobny s asynchronními generátory, fotovoltaiky, větrné elektrárny). Taková modifikace předpokládá uzavření zvláštní dohody mezi provozovatelem výrobny a PDS.

U fotovoltaických elektráren se předpokládá jako postačující nižší rozsah účiníku, od 0,95–1 pro dodávku jalového výkonu a 1–0,95 pro odběr jalového výkonu.

Při silně kolísajícím výkonu pohonu (např. u některých typů větrných elektráren) musí být kompenzace jalového výkonu automaticky a dostatečně rychle regulována. Takovéto zařízení nesmí negativně ovlivňovat úroveň signálu HDO.

Co je STELCOM®?

Známé zařízení STATCOM je název, které slovník Wikipedia vysvětluje jako statický synchronní kompenzátor používaný v napájecích sítích k rychlé regulaci jalového výkonu, filtraci harmonických a eliminaci flikru. Je postaven na bázi výkonové elektroniky a spadá do skupiny zařízení označovaných FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System). Jsou to výkonová, vysokonapěťová zařízení vylepšující kvalitu napětí v distribučních nebo průmyslových sítích.

Kompenzátor STELCOM® je v principu to samé jako STATCOM, ale je konstruován na nízké napětí a menší výkon.

Základní provedení

V základním provedení dokáže regulovat velikost a směr proudu 1. harmonické v uzlu a tím vlastně regulovat jalový výkon. Pokud generovaný proud fázově předbíhá napětí, jsme v oblasti kapacitní a zařízení se chová jako výkonový kondenzátor. Tedy dochází ke kompenzaci. V opačném případě, pokud se generovaný proud zpožďuje za napětím, nacházíme se v oblasti induktivní, kde se pak zařízení chová jako tlumivka a dochází k dekompenzaci.

Protože se jedná o zařízení výkonové elektroniky, je možné proud regulovat zcela plynule s možností rychlé odezvy. Generovaný proud pak může mít minimální harmonické zkreslení. Nebo naopak je možné superponovat k základnímu proudu některé harmonické proudu s takovou amplitudou a fází, aby se v uzlu odečetly od stávajících harmonických a tím se tyto nežádoucí harmonické v uzlu aktivně vyfiltrovaly.

Princip elektronického kompenzátoru jalového výkonu

Kompenzátor STELCOM® je proudový zdroj, dodávající do sítě takovou velikost jalového proudu, aby byl docílen požadovaný účiník. Generování proudu je v principu zajištěno řízením napěťového zdroje připojeného přes indukčnost do sítě. Kompenzátor je standardně třífázový, v případě potřeby ho lze modifikovat i na jednofázové provedení.

Náhradní schéma

Obrázek níže ukazuje příklad připojení kompenzátoru k fotovoltaické elektrárně s vlastním distribučním transformátorem, na obrázku 2 je zakresleno zjednodušené liniové schéma kompenzátoru. Samotný kompenzátor je tvořený měničem, trojfázovým napěťovým střídačem z IGBT tranzistorů, dále kondenzátorem jako akumulátorem energie a tlumivkou XR, tvořící filtr pro zajištění potřebného sinusového průběhu proudu. Napětí na kondenzátoru střídače je řízením udržováno na velikosti, která musí být vždy vyšší než vrcholová hodnota síťového napětí.

Řízení tranzistorů měniče

Řízení tranzistorů měniče kompenzátoru pulzně šířkovou modulací je podobné jako řízení frekvenčního měniče. IGBT tranzistory jsou spínány tak, aby měnič kompenzátoru generoval napětí, které přes vazební reaktanci XR (tlumivka) vyvolá požadovaný proud tekoucí do sítě. Rozdíl je v regulátorech proudu, a samozřejmě v nadřazených regulátorech, to jsou regulátor napětí kondenzátoru a  regulátor jalového proudu. Zásadní rozdíl je ještě v tom, že měnič kompenzátoru musí pracovat synchronně se sítí. Synchronní chod s napětím sítě zajišťují synchronizační obvody.

Vektorové diagramy

Obrázky níže pomohou vysvětlit princip funkce kompenzátoru, kdy se jalový výkon řídí změnou amplitudy napětí kompenzátoru UKomp. Pokud je toto napětí vyšší než napětí sítě, vznikne na reaktanci XR úbytek napětí se stejnou fází, jako má napětí kompenzátoru a do sítě teče kapacitní proud, kompenzátor se chová jako kondenzátor. Při napětí kompenzátoru nižším, než je napětí sítě, je úbytek na reaktanci v opačném směru a také protékající proud má obrácený směr, a tedy induktivní charakter.

Přirovnání k řízení synchronního generátoru

Tyto dva stavy lze přirovnat k řízení jalového proudu změnou buzení synchronního generátoru. Přebuzením generátoru, a tedy zvýšením jeho indukovaného napětí, je vytvářen kapacitní proud, čemuž analogicky odpovídá stav kompenzátoru STELCOM® při generování vyššího napětí, než je napětí sítě. Naopak podbuzený generátor má indukované napětí snížené, vytváří induktivní jalový proud a jedná se o podobný stav, jako kompenzátor s napětím nižším než napětí sítě.

Funkce aktivního filtru

Měnič generující napětí UKomp však může vytvářet i nesinusový tvar napětí, obsahující definované harmonické složky. Kompenzátor v tom případě pak kromě odběru nebo dodávky jalového proudu umožňuje i generování harmonických proudů. Chová se jako aktivní filtr a je schopen odstranit nežádoucí harmonické proudu tím způsobem, že vygeneruje shodné složky proudu, ale opačného směru a zavádí je do sítě.

Řízení kompenzátoru a komunikace s PDS

Z podmínek uvedených v Příloze 4 PPDS vyplývá jednoznačný požadavek na možnost dálkového řízení napěťových poměrů (řízení U, Q, či cos φ) v předávacím místě provozovatelem distribuční soustavy. Pracovníci PDS tak mají možnost komunikovat s řídicí jednotkou instalovanou v předávacím místě zdroje a zadávat požadované parametry. Komunikace mezi PDS a zdrojem je obousměrná. Na jedné straně řídicí jednotka ovládající kompenzátor jalového výkonu (STELCOM®) přijímá požadavky ze strany PDS na řízení U, Q či cos φ, na straně druhé předává distributorovi informaci o aktuálních regulačních možnostech zdroje s ohledem na velikost vyráběného výkonu.

Způsob řízení kompenzátoru tedy umožňuje zcela autonomní řízení tak, aby byly splněny body 1 až 4 v kapitole 2, nebo povolit dálkové řízení.

Závislost napětí na jalovém výkonu

Na obrázku je znázorněna závislost napětí v připojovacím bodě sítě nebo zvoleném uzlu sítě na regulovaném jalovém výkonu kompenzátoru STELCOM®.

Jak kompenzátor dimenzovat?

Správné nadimenzování jakéhokoliv zařízení je vždy důležité. Jednak, aby systém perfektně fungoval a jednak, aby splňoval i ekonomické požadavky, tedy co nejnižší možnou cenu.

Přestože je možné u každého typu regulátoru jalového výkonu STELCOM® ve výrobní řadě uvádět výkon, je v tomto případě vhodnější uvést výrobní řadu vztaženou na příslušný výkon transformátoru, přes který je FVE připojena do sítě VN. Výkonová řada distribučních transformátorů je typizovaná, a proto je k těmto transformátorům i sestavena výrobní řada zařízení STELCOM®.

Sestavení výrobní řady

Sestavení výrobní řady zařízení STELCOM® má čistě praktický důvod. Projektanti nemusí složitě počítat potřebný jalový výkon a snažit se o cenovou optimalizaci, někdy se zbytečnými riziky, že nebude k dispozici výkonová rezerva. Jednoduše zvolí z výrobní řady podle výkonu distribučního (připojovacího) transformátoru a podle proudu a rozměrů rozváděčů vyprojektují připojení a umístění zařízení STELCOM® do rozvodny FVE.

Je důležité, aby STELCOM® byl umístěn co nejblíže k distribučnímu transformátoru, a to kvůli nižšímu dimenzování přívodních vodičů k FVE a snížení ztrát ve vedení.

Zvýšení přenášeného výkonu přes transformátor

Dále je potřeba si uvědomit, že původně pouze činný výkon přenášený přes transformátor do sítě se při regulaci jalového výkonu pomocí kompenzátoru STELCOM® změní ve výkon zdánlivý, který se při maximálním jalovém výkonu kompenzátoru zvětší o 5,3 %. Z toho důvodu se sníží velikost připojitelného činného výkonu FVE podle tabulky. Tato skutečnost má dost podstatný vliv na optimální rozdělení jednotlivých sekcí FVE, optimální volbu celkového výkonu FVE a výkonů jednotlivých transformátorů.

Specifikace výrobní řady – podklady pro projektanty

Výrobní řada STELCOM® určená pro regulaci jalového výkonu FVE připojovaných do sítě VN:

Cena kompenzátorů STELCOM®

Vzhledem k tomu, že se kompenzátory vždy vyrábějí na zakázku, je nutno cenu příslušného kompenzátoru poptat přímo ve firmě.

Můžete přímo zavolat na uvedená telefonní čísla nebo poslat email přes webové prostředí a budete obratem kontaktováni s dalšími doplňujícími dotazy. Cena a termín dodání včetně dalších důležitých údajů budou součástí nabídky.

Doplňující funkce elektronického kompenzátoru

Regulace cos φ

Jak bylo vysvětleno v kapitole 3, zařízení STELCOM® je v podstatě výkonový generátor proudu s možností regulace jeho velikosti a směru toku proudu 1. harmonické v oblasti kapacitní nebo induktivní. Jeho základní vlastnost je tedy regulace účiníku cos φ.

Filtrace harmonických

Další doplňující funkce zařízení STELCOM® pak více souvisí s celkovými požadavky na kvalitu napětí v síti. V případě, že je napětí sítě zkresleno harmonickými, pak je možné pomocí rozšířené funkce STELCOM® přejít do potlačení některých harmonických a tím vylepšit tzv. opravdový účiník λ. Zařízení se pak chová současně jako paralelní aktivní filtr, který eliminuje deformační výkon v síti.

Snížení flikru

Jednou z doplňujících funkcí zařízení STELCOM® je možnost zmírnění flikru (blikání) v napájecí síti. Sofistikovaný systém regulace ve sledovaném uzlu sítě umožňuje v rámci výkonových možností daného zařízení zmírnit nepříjemný flikr a tím splnit provozovateli DS např. jednu z podmínek standardu ČSN EN 50160.

Symetrizace proudu

Poslední doplňující funkce zařízení STELCOM® je možnost zajistit symetrii odebíraného proudu. To může mít např. velký význam u FVE, které se skládají z většího počtu jednofázových měničů. Zde je pak vhodné využít tuto doplňující funkci k dodatečnému zajištění symetrického odběru proudu v třífázové soustavě.

Stabilita napětí

Je zřejmé, že všechny předchozí vlastnosti v souhrnu znamenají vylepšení kvality napětí v napájecí síti.

Výhody a nevýhody zařízení STELCOM®

Pokud chceme zhodnotit výhody a nevýhody zařízení STELCOM®, je nutno se nejprve zamyslet nad tím, jakým způsobem bychom mohli splnit podmínky pro připojení do DS uvedené v kapitole 2.

Pokud vezmeme pouze FVE, tak je zřejmé, že při použití standardních měničů dodává FVE pouze činný výkon. Tento činný výkon pak musí dodávat ještě s maximální účinností, jelikož je to základní kritérium ekonomické rentability investice. Proto jsou měniče, určené pro FVE, optimalizovány a využívají tzv. MPP trackeru, tj. elektronického zařízení, které nastavuje pracovní bod střídačů tak, aby odpovídal aktuálnímu bodu maximálního výkonu připojených panelů.

Pokud se „implantují“ vlastnosti zařízení STELCOM® do takových střídačů, tak to je samozřejmě vždy na úkor vlastní účinnosti FVE. Technicky to je však nejlepší řešení.

Stupňovitá regulace

V případě, že bychom chtěli splnit požadavky regulace jalového výkonu pomocí známých dostupných prostředků, tedy např. pomocí stupňovitě spínaných kompenzačních kondenzátorů a stupňovitě spínaných dekompenzačních tlumivek, zbavujeme se možnosti regulovat jalový výkon plynule, nehledě na výrazné zvýšení ztrát celého systému při dekompenzaci.

Kondenzátor a řízený proud tlumivkou

V případě, že bychom použili známý princip označovaný SVC a TCR, tedy spínané kondenzátory a fázově řízený proud tlumivkou, tak sice můžeme plynule regulovat jalový výkon od kapacitní do induktivní oblasti, ale budeme generovat do sítě harmonické proudu a podstatným způsobem zvýšíme ztráty celého systému. Velká nevýhoda takto zvolené regulace jalového výkonu je, že ztráty jsou největší při minimálním kompenzačním proudu.

Nízké ztráty kompenzátoru STELCOM®

Oproti oběma vyjmenovaným způsobům jsou ztráty kompenzátoru STELCOM® úměrné kompenzačnímu proudu, tedy při nulovém kompenzačním proudu jsou téměř zanedbatelné.

Nevýhoda je vyšší cena

Jediná nevýhoda zařízení typu STELCOM® je jeho relativně vysoká cena, pokud se přepočítá na jednotku instalovaného jalového výkonu.

Možnosti využití principu kompenzátoru i v průmyslových sítích

Pozorného čtenáře jistě napadne, že principu zařízení STELCOM® by šlo využít i v průmyslových sítích, zejména, kde jsou kladeny vysoké nároky na rychlost regulace jalového výkonu, filtraci harmonických a celkové vysoké požadavky na zajištění kvality napájecího napětí.

Zmiňované zařízení v kapitole 3, známé pod názvem STATCOM, se v průmyslových sítích běžně používá. Jedná se většinou o kompenzaci výkonových zařízení, jako jsou obloukové pece, napájení válcoven apod. Zařízení STATCOM je nasazováno do průmyslové sítě v případě, že už není jiná možnost, jak zajistit jinými prostředky připojovací podmínky průmyslové sítě do sítě VN nebo VVN. Vždy se jedná o vysoké zvýšení celkové ceny investice.

Stejné cenové omezení platí i pro průmyslové sítě nízkého napětí v případě použití zařízení STELCOM®.

Související informace se zařízením STELCOM®

Zařízení STELCOM® je ve svém principu nepostradatelným prvkem pro realizaci rozptýlených zdrojů elektrické energie s instalovaným výkonem nad 400 kW, připojovaných do distribuční sítě VN. Je určen jako doplněk k zařízení FVE, kde měniče nemají schopnost pracovat s požadovaným účiníkem a neumí komunikovat s řídicím systémem distribuční soustavy, nebo jako doplněk regulace účiníku u jiných rozptýlených zdrojů elektrické energie, které tuto možnost také nemají.

Je to jeden z prvních speciálních výrobků, který zajistí splnění požadavků na připojení rozptýlených zdrojů do DS. Reguluje jalový výkon v předepsaném rozsahu a komunikuje s nadřazeným řídicím systémem DS podle požadovaných světových a evropských standardů.

Zvládnutí výkonové elektroniky nám pak umožňuje konstruovat nejenom popsané zařízení typu STELCOM®, ale mnohem sofistikovanější systémy.

Elektronický setrvačník

Pro zajištění kvality elektřiny v sítích nízkého napětí to jsou např. elektronické setrvačníky, které vedle regulace jalového výkonu dokážou také krátkodobě akumulovat elektrickou energii a dodat špičkově činný výkon. Jdou využít zejména v sítích, které nejsou schopny krátkodobě přenést špičkový činný výkon, např. kde se provozují bodové svářečky, katry apod.

Základní informace

Distribuční soustava se svou stávající regulací byla původně navržena na klasickou distribuci elektrické energie od definovaných zdrojů ke spotřebičům. V posledních letech s masovým nárůstem nasazování rozptýlených zdrojů elektrické energie vznikají problémy s regulací napětí v distribuční síti. Distribuční soustava se však začíná přebudovávat z klasické do tzv. Smart Grids (inteligentní rozvodné sítě), která si poradí s rozptýlenou výrobou, akumulací a spotřebou elektrické energie.

O zrychlení nástupu Smart Grids se zasadila i česká legislativa, která např. od července 2012 začíná penalizovat a odstavovat fotovoltaické elektrárny, které nesplňují kritéria regulace činného a jalového výkonu. Jako adekvátní reakce se nabízí možnost použít moderní výkonové elektronické zařízení STELCOM-h®, které můžeme považovat za jeden z prvních výkonových prvků Smart Grids.

Stelcom-h® kombinuje aktivní a pasivní generování jalového proudu. Ve své podstatě se jedná o proudový zdroj, dodávající do sítě takovou velikost jalového proudu, aby byl docílen požadovaný účiník. Generování proudu je v principu zajištěno řízením napěťového zdroje připojeného přes indukčnost do sítě. Regulátor je standardně třífázový. V případě potřeby ho lze modifikovat i na jednofázové provedení. Regulátor označený STELCOM-h® je hybridní, tedy je doplněn kompenzačními kondenzátory a dekompenzačními tlumivkami spínanými stupňovitě. Elektronický měnič generuje pouze potřebný výkon tak, aby byla zachována dynamika a plynulost regulace.

Možné způsoby regulace

• Na pevnou hodnotu zadaného účiníku cos φ
• Na hodnotu účiníku cos φ = f (P)
• Na zadanou hodnotu jalového výkonu
• Na zadanou hodnotu napětí
• Na charakteristiku Q (U)

STELCOM-h® se dimenzuje podle výkonu transformátoru pro připojení FVE do distribuční soustavy. Regulátor má rezervu i na dekompenzaci nevyžádaného kapacitního výkonu při nízkém činném výkonu FVE. Standardně je vyráběn ve výkonové řadě pro transformátory 100, 160, 200, 250, 315, 400, 630, 800, 1000, 1250 a 1600 kVA.