满世项目抗晃电系统DC-BANK技术交流
低压变频器防晃电方案研究
低压变频器防晃电方案研究摘要：低压变频器的一个特性就是对电网电压波动较为敏感，变频器的非正常停机的现象主要是因为系统电压发生晃电事故。
笔者在研究了低压变频器防晃电直流支撑方案和再起动方案，通过对常用解决方式的分析出现的弊端，提出了相应的对策，在解决低压变频器防晃电方式中，有一定的借鉴作用。
关键词：防晃电；低压变频器；电网安全晃电形式包括电压在短时间内跌落或越限、电压闪变、电压短时中断、短时间断电等，突然启动大容量用电或供电设备、自然雷击、突发性对地短路、配电网络故障等均可引发晃电。
目前电网环网及并网规模正在不断扩大，再加上电力网络中配置的大容量变压器、电机数量日益增加，致使晃电问题频繁发生，低压配电系统及系统中的设备对于晃电的抵御能力较差，应注意运用保护措施防止晃电对配电设备造成破坏。
本文探讨了低压变频器防晃电措施，旨在保证配电网络中的低压设备能够维持稳定运行，减少晃电带来的损失。
1.晃电时变频调速电动机跳车原因分析在实际应用中．不同低压变频器品牌低电压保护限值和控制回路设计不同．导致低压变频器低电压跳闸原因也不同通常变频调速电机低电压跳闸有以下几个原因1.1低压变频器自身抗晃电能力差根据运行和事故数据发现不同品牌低压变频器防晃电能力差别很大。
通常根据低压变频器自身低电压限值要求和实际需要进行整定表1列出了部分品牌的低压变频器配置和整定情况。
际需通过上表及实际运行发现Siemens（MM430）和ABPOWERFLEX700低压变频器自身抗晃电能力差．电网电压下降幅度超过15％以上，并持续80ms以上，都会导致低压变频器低电压保护动作而跳闸，电机停机。
低压变频器自身低电压限值偏低是导致晃电时低压变频器跳闸的原因。
2）ABBACS800—04—3—0440系列低压变频器自身抗晃电能力强．在保证低压变频器控制回路不断电、电机辅机不受晃电影响情况、变频电机所带负荷又不大时．短时晃电。
电网电压下降幅度不超过低压变频器低电压限值时．ABB变频调速电机不会跳车。
直流支撑系统DC-BANK
直流支撑系统DC-BANK
1 概述
电动机不间断电源系统(Motor UninterruptiblePower System，简称MUPS)是上海隽睿自动化技术有限公司研制的区别于市场上的UPS、EPS 的供电系统。
MUPS 的一套直流支撑系统DC-BANK可支持多台乃至上百台变频器(VVVF)在电网晃电、停电时不间断工作，因而也保证多台乃至上百台电动机在晃电、停电时，不间断工作。
因此MUPS是针对电动机群设计的理想电源系统，该系统适用于连续生产的化工、钢铁、化纤、集成电路芯片、玻璃、造纸等行业，同时可作为消防应急电源使用，在工厂、大楼的消防系统中也有独到的用处。
2 MUPS 的性能特点
1)结构简单可靠，系统未用常规UPS向VVVF提供交流电源，而MUPS向VVVF提供直流电源，从而减少了AC/DC、DC/AC 两次变换。
常规UPS整流充电器既要对蓄电池充电，还须向逆变器提供额定直流功率，而MUPS 充电器只对电池充电，其功率仅为常规UPS的10%左右，成本低，可靠性高。
2)MUPS 系统里包含接入系统中的所有电动机的启动控制和保护元件，采用IGBT逆变功率器件和微处理器控制。
3)电动机享有VVVF 的软启动、调速等功能，并具备短路、接地故障和过载等保护特性。
4)MUPS 系统里充电器仅对蓄电池充电，具有稳压、限流及浮充温度补偿功能。
5)MUPS 系统里的PLC 对每台电动机的启动、停止和蓄电池定期向假负载放电等状况实施监控、保护。
6)MUPS 系统里的各回路完全独立，当检修某回路VVVF及其控制保护电路。
DC-BANK系统几种技术线路的比较
DC-BANK系统几种技术线路的比较随着变频技术的逐渐成熟和广泛的应用，变频器由于电网电压骤降而引起的变频器低电压保护跳闸问题越来越突出，连续生产型企业中该问题尤为突出，这就急需一种可靠的备用电源来保证一些重要负荷的变频器在电网瞬时或短时波动时不跳闸停机。
DC-BANK 系统就是在充分考虑了变频器自身特点后设计的一种后备式直流不间断电源系统。
DC-BANK技术发展到今天，主切换回路上RTM （电力衔接模块）可分为3种不同的技术线路，分别为晶闸管、BOOS和GCpIus技术。
下面就DC-BAN这几种技术线路做一些比较，具体如下：种控制电路不但需要提供外部电源供电，而且在对晶闸管的门极加控制电压时还要进行隔离，否则因为晶闸管的回路电压过高，会损坏控制电路。
故在这种应用中急需要一种可靠、快速的直流压差控制电子开关。
RTC-101压差控制电子开关额定电流：DC25A-1200A额定电压：DC10V-1000V峰值因素：＞5开关压降：0.7V导通时间：＜500uS压差设置档位：6压差设置：DC3V-168V工作温度：—10〜50 r 时VF控制方式变频器的输出功率下降和矢量控制变频器的过电流问题，也杜绝了电池组支撑时使用的静态开关切换造成的变频器直流母线大电流冲击。
在相同支撑时间的需求下，和RTM模块配合的蓄电池容量比不用RTM模块的电池组容量下降，减少了使用维保中的更换成本。
具体参数请参阅附件」PWM电路转换为高频交流，再经高频变压器隔离稳压后整流隔离输出。
?控制部分负责PWM信号产生及控制，保证输出稳定，同时对电源模块各部分进行保护，提供开关量和模拟量控制接口。
?监控完成模块参数设置、电源工作参数及状态的检测和显示、电源工作参数校准完成电源和主监控器之间的通讯。
? 采用高频软开关技术，使得电源转换效率大大提高，满载输出时效率最高可达95%。
? 均流控制实现各模块并机时输出自主均流，使各模块并机工作时均分负载。
防“晃电”技术应用
•
执行单元－抗晃电专用监控单元、ABB直流断路器和直流接触器（直流专用）
抗“晃电”措施及应用（二）
•
•
（3）交流接触器
交流接触器在低压电动机控制系统中应用非常广泛，当电网“ 晃 电” 时 ， 会造成操作 线圈短 时断 电或 电压 过低 ， 导致线 圈对 铁芯 的吸力 小于 释 放 弹簧 的弹力 ，使 接触 器 释放 。对 于普 通电磁式接触 器 ， 在 电压 降至 额 定 电压 的 5 0 ％时开 始抖 动 ，降至4 0 ％以下 则 释 放 。 在 电 网“ 晃 电 ” 事 故 中 ，均 会 造 成 因 接 触 器 释 放 而 导致大量低压电动机跳闸。为 了尽量避免这种情况发生，通常采用防“晃电”接触器代替普通接触器或者
抗“晃电”措施及应用（二）
抗“晃电”措施及应用（二）
• 电网正常时工作模式变频器由交流母线供电，DC-BANK系统处于热备用状态， 电池组由充电整流器充电。电网晃电或备自投切换时，电网电压下降，造成 变频器直流母线电压低于压差控制器设定电压时，系统转换成由DC-BANK向 变频器的直流母线供电，变频器工作保持正常，其工作模式如下图所示。
• • B、气化工艺高压煤浆泵改造目的 由于供电系统晃电造成部分变频器保护动作跳闸引起化工系统停车，经考察 决定用南京国臣 DC-BANK 系统对气化工艺高压煤浆泵变频器进行改造，在此 系统中增装直流支撑系统，向相关变频器提供≥5分钟的停电保护。改造后达 到晃电时变频器不会因低电压跳闸，从而保证化工系统连续稳定运行。
“晃电”案例分析
• • C、改造结果 在工艺电动机、变频器工作正常的情况下，切断三相交流输入电源，系 统自动切换成直流供电，保证受保护的工艺变频器及电机在规定的时间 内不间断运行。其中，变频器显示的频率保持恒定，没有任何变化。然 后送上三相交流电源，受保护的变频器及电机继续运行于交流电源工作 状态，充电机给蓄电池充电，完成一次电源失电切换过程。触摸屏显示 并记录停电及恢复供电的时刻。
线切割机DC-BANK系统介绍
切割机主要组成
以 诚 信 立 足 世• 界•
切割工艺中的关键因素
1.砂浆 砂浆的流量、密度、温度是否稳定；浆料马达的电流功率是否正常。 2.冷却 冷却水的进水温度、压力差、流量是否在正常范围内；马达轴承电控 用 柜的温度是否在设定的范围内。 科 • 3.钢线 张力的波动情况，用线量是否足够，各个马达的功率、温度、电流、 技 扭矩是否正常。 服 4.线网线弓 务 线弓是否正常，收放线是否正常，有无断线/搭线情况。
中 国
以 诚 信 立 足 世• 界
电压暂降对线切割的影响
切割线中的电机都是使用变频器来控制的。任何一个环节 出现问题，后果都将会非常严重。而由于电网电压存在波 动暂降，当电压下降至额定电压的85%以下时，会导致变 频器低压报警，跳闸停机。进而使得切割线断线，产生次 用 品和废品，减少设备的寿命，降低生产效率，给企业带来 科 了巨大的损失。 技 • 由于电网电压波动具有随机性，所以这种问题是难以避免 服 和难以有效预防的。线切割机DC-BANK系统可以有效治 务 理电压暂降引起的变频器跳闸问题，使得切片生产工序更 加稳定，提高了成品率和生产效率，保护企业免受损失。
DC-BANK/MUPS
以 诚 信 立 足 世 界 用 科 技 服 务 中 国
电网正常时工作模式 变频器由交流母线供电；DC-BANK系统处于热备用状态，电 池组由充电整流器充电。 变频器
M
执行 单元
监测 单元
DC－BANK/抗晃电系统
以 诚 信 电网电压暂降时的工作模式 立 当电网电压下降，造成变频器直流母线电压低于压差控制器设定电压时，系统转 足 换成由DC-BANK向变频器的直流母线供电，变频器工作保持正常。 世 变频器 界
神木化工
DC-BANK系统中蓄电池组的均衡管理
DC-BANK系统中蓄电池组的均衡管理鲁芳;赵兀君【摘要】针对变频器使用过程中遇到的电网“晃电”现象，为了提高变频器抗“晃电”能力，提高DC⁃BANK系统的供电可靠性，确保蓄电池组充电安全和蓄电池使用寿命，设计了基于单片机控制的蓄电池组均衡管理方案。
该方案中单片机采样蓄电池的电流、电压和温度信号，经过处理，判断蓄电池不一致性，采取分流均衡的方法，实现均衡管理。
构建了蓄电池组的均衡管理系统框架，设计了分流均衡硬件电路，并给出了基于单片机汇编语言的流程图。
%For the phenomenon of power grid“shake”in the application process of frequency converter,a battery equaliza⁃tion management scheme based on MCU was designed to improve the ability of anti shake of frequency converter and powersup⁃ply reliability of DC⁃BANK system,and ensure the charging security and the service life of the batteries. In this scheme,MCU utilizes battery current,voltage and temperature signal,and judges the inconsistency of batteries after processing. The method of shunt equilibrium is adopted to realize equilibrium management. The framework of equilibrium management system of batteries is established in this paper. The hardware circuit of shunt equilibrium is designed. The flow chart based on MCU assembly lan⁃guage is given.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P137-139,143)【关键词】DC-BANK;蓄电池;分流;均衡管理【作者】鲁芳;赵兀君【作者单位】海军航空工程学院，山东烟台 264001;海军航空工程学院，山东烟台 264001【正文语种】中文【中图分类】TN773-34;TM912.4随着变频器在越来越多的工业领域的应用[1],企业所遇到的“晃电”问题也越来越突出,特别是一些对供电可靠性要求较高的敏感负载的场合“,晃电”问题亟待解决。
变频器抗晃电改造方案
变频器抗晃电改造方案作者：王建来源：《科技资讯》2016年第26期摘要：在XXXX有限公司工厂经常发生电网晃电事故，在实际运行中经常因晃电而导致连续运行系统停车事故，项目二期空分装置关键设备液氧泵变频器应对晃电能力差，低电压保护启动导致跳车。
该文考虑采取适当的方法进行改造以提高变频器的抗晃电能力。
关键词：变频器抗晃电直流支撑中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）09（b）-0036-021 晃电对变频器的影响据统计晋开近一年来发生的10 kV母线晃电或停电次数大约有8次，多次造成关键设备的非计划停机，影响生产连续性。
如果接收后仍存在此类情况，可能给我们造成损失，为了避免不必要的损失，提高生产的稳定性，所以致力于解决变频器低电压跳车的办法。
DC-BANK系统要为变频设备提供稳定的直流电压（450～540 V），在交流电压晃动时保证变频设备持续运行。
2 DC-BANK系统简介长期以来，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。
DC-BANK是专门用于电动机负载的、输出电压和输出频率可变的交流不间断电源，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石油化工、化纤钢铁、玻璃等行业。
DC-BANK系统的作用就是：当企业的电气系统发生故障（晃电、甚至停电）之后，保障电机连续、稳定、安全运行，避免电机输出波动或跳闸所造成的事故，从而大幅度减少电气故障给生产带来的损失和危险。
3 DC-BANK组成DC-BANK组成：电池组、充电器、静态开关、控制器等。
蓄电池：蓄电池采用免维护阀控式全密封铅酸电池。
整流器：整流器的功率逆变管采用进口快速IGBT，其余元件采用进口工业等级器件，输出电压和电流均可连续调节且具有强大的保护功能。
抗晃电 技术路线
抗晃电技术路线有以下几种：
•动能缓冲技术。
在瞬时失压后，当直流母线电压下降到动能缓冲激活阀值时，利用电动机及所带负载的高转速、大惯性，把
再生能量回馈到变频器，维持直流母线电压，电网电压恢复后，
直流母线电压靠整流部分恢复。
•直流支撑DC-BANK技术。
由于变频器直流母线的正负极是由专门的接线端子的，因此可以采用蓄电池或者超级电容组成
DC-BANK直流系统，晃电后向变频器的直流母线供电，保证
电动机的正常运行，一般可以保证电动机正常工作1分钟以上。
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科华恒盛，智慧电能领导者
直流系统
卷绕式阀控密封铅酸蓄电池简介
卷绕式阀控密封铅酸蓄电池通过采用具有极高析氢过电位的 合金通过特殊工艺制造板栅，同时对正负极活性物质量的合 理匹配等工艺措施，使得负极上发生的析氢过程得以最大限 度地受到抑制，同时正极因过充电所产生的氧气通过隔膜到 达负极，并与负极上的铅发生反应，生成水，这样便使得电 池内部气体的再复合，防止失水，实现免维护。
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晃电的危害
晃电会导致交流接触器释放，引起生产中断。 电压低于55％～65％，持续40ms以上，接触器释放； 电压低于80％，持续100ms以上，接触器释放；
电压有效值
接触器工作电压 吸合电压 释放电压
吸合 释放
接触器状态
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工业应用中变频器的作用和原理 变频器的用途
在工业生产中电机类负载随处可见
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变频器的用途与作用 (1)可调的转矩极限。 (2) 受控的停止方式。 (3) 节能 (4) 可逆运行控制 (5) 减少机械传动部件 (6) 启动时需要的功率更低 (7) 可控的加速功能
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变频器的用途与作用 (8)可调的运行速度 (9) 控制电机的启动电流
效率
损耗 年运行时间(H) 年损耗（KWH） 电价（元）
90%
36KW 8760H 315360 0.8
99.4%
3.2KW 8760H 28032 0.8 22425.6 400KW*(1-效率%) 365天*24H 损耗*年运行时间 平均工业用电电价 年损耗*电价
年运行损耗价值（元） 252288
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抗晃电系统简介 基本功能
实现生产装置变频器电源防晃电：外部市电电压 由于一些意外导致电压瞬间剧降（即出现晃电现 象），该抗晃电系统可以保证变频器内部的直流 电源不会因低电压跳闸 保障变频器的不间断运行：且即使在外部市电失 电 5分钟以内，变频器仍然能够正常运行。
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(10) 降低电力线路电压波动
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使用通用变频器的行业 纺织行业 冶金、冶炼行业 石油、石化行业 建材行业
设备 纺织有张力控制设备、拉丝机的收放卷等 冶金各种主轧线、飞剪、风机水泵、辊道、
高炉卷扬、电梯门机、起重行走
风机、泵、空压机、抽油机 水泥、陶瓷、玻璃生产线全线
卷烟厂
造纸
1、 取消变频器低压保护设置，设置快速重启动。 缺点是关键电机的停止、重启会影响生产的连续性和造成次品增加，另外低压往往会表现 为变频器的过流保护，而取消过流保护会增加变频器本身损坏隐患。 2、接交流在线UPS。 缺点是UPS在线工作，损耗较大，投资成本高。 3、接交流电压骤降补偿系统。 缺点是稳定性不够，在交流输入端进行交流补偿，效率低，无法应对较长瞬间的电压下降 和短暂停电。投资成本和运营跟UPS相同，比较高。 4、DC-BANK直流支撑系统。 直接在直流端进行直流补偿，是目前稳定性高，投资成本、运行成本最低的一种措施。
运行损耗差额约 23万
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抗晃电系统结构简单，充电器采用模块式结构， 跟根据电池容量的大小，增加或减少充电模块。 其冗余可以通过增加电池组的方式，实现即使 有一组或2组电池失效，其抗晃电系统仍然能 够起作用，仅后备延时时间相应缩短。
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系统容量
UPS带载电机类感性负载，在有带变频 器的情况下，需要考虑1.5倍左右的额定 容量。即200KVA的变频器，UPS需要 300KVA的主机。
抗晃电系统设计给变频器使用，其功率 比为1:1.2，即变频器功率为200KVA， 抗晃电设计功率为240KVA。
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项目实施工程界面
运输和就位
工程界面包括运输、就位及安装施工两个方面的内容
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项目实施工程界面
UPS电源安装工程和材料安装界面
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抗晃电产品介绍
（针对变频器的电源改造系统）
主讲：吕伟升
工业用电存在的问题
电源断电 涌
电压下陷
电源浪
市电的九种电 源故障形式
持续欠压 波失真
持续过压
谐
高频噪音 切换
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频率波动
瞬态
什么是晃电
晃电，又称电压骤降、闪络，是指电网电压瞬时跌落至标称值的10%至 90%，持续瞬间在1分钟内,又恢复正常的现象，大部分晃电持续时间不超 过1.5秒。 ① 由于雷击造成的电压闪变，低电压保持的时间是随机的； ② 由于本供电线路或上级供电线路发生瞬时性故障造成的短时失压现象， 失压时间取决于保护切除故障时间和重合闸延时时间，一般情况在 1～3秒之间； ③ 当电网中有线路发生短路时，在故障线路被切除前该短路点附近区域 的电压大幅度降低，低电压时间仅由故障线路的保护动作时间决定， 一般情况在0.1～0.6秒间。
项目实施需求的确认
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谢 谢！
抗晃电系统简介
技术原理
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市电正常时，AC380V经过充电器对电池充电，SCR1-N关闭。当市电晃电、跌落时， 变频器的直流母线电压降低到设置值时，压差控制模块RTC控制SCR导通，电池组对变 频器的直流母线进行支撑，若市电没有恢复，电池放电到变频器的欠压保护点。市电恢 复正常时，变频器的直流母线电压高于电池组电压，SCR自然关断。
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抗晃电系统简介
抗晃电系统组成 人机界面 在主控柜中设计人机界面，有1个大LCD液晶，主要可实现 以下内容： •运行参数 •系统参数 •告警记录 •用户设定 人机界面直观，操作方便，数据、信息齐全，可接受用户 特别订制信息。
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抗晃电系统简介
抗晃电系统组成 馈线柜 抗晃电系统馈线柜依据项目需求，设计输出分路，即每台变 频器设计1个控制回路。把变频器的直流的正负极接线端用到 馈线柜直流开关。直流开关采用ABB品牌直流专用空开，也 可采用用户指定品牌的符合要求的直流断路器。柜体相相应 有数字或模拟表头，现在各运行状态参数。
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市电正常
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市电异常
抗晃电系统简介
设计依据和参照标准
•YDT 799—2002蓄电池标准 •GB6995.1 电线电缆识别标志 •GB13337.1 固定型防酸式铅酸蓄电池技术条件 •GB/T17478 低压直流设备的特性及安全要求 •GB156 标准电压等级 •GB/T762 标准电流等级 •GB/T1980 标准频率 •GB7260 不间断电源设备（UPS） •JB/T 8456-2005 低压直流成套开关设备 •GB/T 12325-2003 电能质量 供电电压允许偏差 •GB/T 14549-93 电能质量 公用电网谐波 •GB/T 17626.2 电磁兼容试验和测量技术 •GB/T 3859-1993 半导体变流器 •GB/T 4025 人机界面标志标识的基本和安全规则 •GB 4208-2008 外壳防护等级(IP 代码) •GB 12326-2000 电能质量 电压波动和闪变 •GB7450 电子设备雷击保护导则 •GB17478-1998 低压直流电源设备的特性的安全要求
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抗晃电系统的特点
效率高，采用后备式方式，直流备用，损耗极低 高可靠性，实现市电中断后直流零切换到电池状态。
控制性强，可与PLC、DCS安全连锁。
适应性强，适用各种类型的变频器。 标准电力柜设计，现场安装灵活，一体化安装方式，简洁美观。
谐波低，对电网无污染。
易维护，管理方便，可实现远程网络监控。 设计寿命长。
卷烟制丝、卷烟成型包装
配套风机水泵、制浆、高速造纸、切纸机、 复卷机 水泵
市政、供水、污水处理
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变频器的工作原理图
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不可控整流电路 直流整流电压和交流电源电压的比固定 全控整流电路 直流整流电压的平均值和极性可调
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科华恒盛，智慧电能领导者
抗晃电系统简介抗晃电Biblioteka 统组成科华恒盛，智慧电能领导者
抗晃电系统简介
抗晃电系统组成 主控柜 主控柜主要由抗晃电系统的逻辑控制、监测、充放电管理的 和人机界面组成。 • 系统逻辑控制：完成变频器信号采集、处理、分析和控制， 包括变频器直流电压与抗晃电系统的直流电压的压差控制。不 仅考虑晃电时的支持，还需要考虑保护动作时要退出，以便保 护变频器本身因短路、过流而损坏。 • 监测系统：监测输入交流电压、电流和频率，充电、放电状 态的监测，系统故障告警。 • 充电管理系统：拥有自主专利技术的电池管理系统
IP防护等级高。
低噪声。
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小时率C=所需电流/（电池容量*电池组数）
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抗晃电系统与UPS的比较 效率
工频12脉冲500KVA UPS效率曲线图
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效率
项目 功率 有功功率 UPS 500KVA 400KW DC-BACK 400KVA 400KW 备注
变频器电源的分析
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变频器常见品牌
ABB 施耐德
西门子 丹佛斯
三菱 森兰
三垦SAMCO 日立 富士电机 安川
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晃电对变频器的影响和解决办法
一般变频器都有过压、失压和瞬间停电的保护功能。变 频器的逆变器件为IGBT，在失压或停电后，将允许变频 器继续工作一个短时间TD，若失压或停电时间TOTD过 长，变频器自我保护停止运行。