基于ATS的發(fā)電機(jī)主備電池自動切換控制系統(tǒng)的思考

許峰

摘要：內(nèi)部發(fā)電機(jī)的啟動需要蓄電池供電才能夠正常開啟，當(dāng)蓄電池?fù)p壞或電力耗盡后，發(fā)電機(jī)就無法啟動，此時(shí)可能會導(dǎo)致長時(shí)間的停工。因此只能夠通過設(shè)計(jì)一套簡單的自動調(diào)換控制設(shè)備從而實(shí)現(xiàn)發(fā)主用電池和備用電池的自動切換。

關(guān)鍵詞：ATS;發(fā)電機(jī)主備電池;自動切換;控制系統(tǒng)

近些年來隨著我國工業(yè)水平的不斷提升，工業(yè)自動化、智能化水平越來越高，多數(shù)大型電氣設(shè)備已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)自動化控制。電力系統(tǒng)作為工業(yè)生產(chǎn)最重要的環(huán)節(jié)，但是外部供電容易受到雷電天氣等外部因素的影響，因此內(nèi)部發(fā)電機(jī)需要在外電中斷時(shí)啟用。

一、基于ATS的發(fā)電機(jī)主備電池自動切換控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)原理

發(fā)電機(jī)啟動之后蓄電池的電壓會略微下降，一般來說12V電壓降低幅度不會低于10V，因此在啟動瞬間可以通過電壓評估來判斷發(fā)電機(jī)是否需要更換備用電池。本次研究提出的基于ATS的發(fā)電機(jī)主備電池自動切換控制系統(tǒng)能夠通過以下流程確定是否需要更滑備用電池：①若電池的電壓<10V，系統(tǒng)延遲20s啟動，若發(fā)電機(jī)正常啟動則主電池系統(tǒng)復(fù)位。②若20s后發(fā)電機(jī)無輸出，則更換備用電池。③發(fā)電機(jī)再次啟動，判斷備用電池電壓情況并延遲20s啟動，若發(fā)電機(jī)正常啟動則備用電池復(fù)位。④若20s后發(fā)電機(jī)無輸出，則切換至并聯(lián)模式，蓄電池并聯(lián)能夠提高其容量，但是并聯(lián)在一定程度上會造成電池?fù)p耗，甚至引起短路的問題，因此并聯(lián)時(shí)間不能過長，并聯(lián)2min后切斷復(fù)位?？傮w來說，基于ATS的發(fā)電機(jī)主備電池自動切換控制系統(tǒng)主要是通過電壓評估以及自動化控制來實(shí)現(xiàn)主備電池的切換。

2.設(shè)計(jì)方法

基于ATS的發(fā)電機(jī)主備電池自動切換控制系統(tǒng)具體的控制方案為：①使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，包括AD轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘及繼電器等模版;②采用定時(shí)開關(guān)與比較器的組合方式。第一種方法需要編制特定的程序，而第二種方法可以使用市場中現(xiàn)有的定時(shí)開關(guān)與比較器組合的方式，成本相對較低且無需編程，通過按鍵即可進(jìn)行控制，因此本次研究主要是采用第二種方法。

一般情況下發(fā)電機(jī)蓄電池的電壓為12V，但是發(fā)電器啟動時(shí)需要的瞬間電流為1000A，因此可以采取不同的方法：①使用繼電器，但是繼電器的電壓不穩(wěn)定，且繼電器故障發(fā)生后不便更換;②使用自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器，即ATS，可以將ATS裝在應(yīng)急供電系統(tǒng)中，將負(fù)荷電路從主電源切換至備用電源開關(guān)電器。ATS切斷主電路之后能夠自行切換至備用電路。因此本次研究中主要是使用ATS設(shè)備完成電池切換和緊急并聯(lián)功能。

二、基于ATS的發(fā)電機(jī)主備電池自動切換控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于ATS的發(fā)電機(jī)主備電池自動切換控制系統(tǒng)主要是由ATS切換模版、定時(shí)開關(guān)與電壓比較器的組合控制模版以及電源模版組成。

1.ATS切換模版

發(fā)電機(jī)組是確保生產(chǎn)安全的重要設(shè)備，為了確保發(fā)電機(jī)啟動時(shí)有足夠的電能供應(yīng)，每個(gè)發(fā)電機(jī)組通常都配備了主蓄電池和備用蓄電池，當(dāng)主蓄電池?zé)o法正常供電時(shí)會影響發(fā)電機(jī)的啟動，此時(shí)就需要切換至備用電池進(jìn)行供電。但是目前大多數(shù)發(fā)電機(jī)組主備用電池切換通常是采用雙向閘刀實(shí)現(xiàn)，需要工作人員判斷是否為蓄電池故障，若確定為蓄電池故障，需要手動切換電池再開啟發(fā)電機(jī)，這種方法無疑增加了工作人員的工作量，對生產(chǎn)也造成了一定的影響。因此本次研究主要是通過設(shè)計(jì)基于ATS的發(fā)電機(jī)主備電池自動切換控制系統(tǒng)，其中ATS切換模版主要是由主備用電池、防反二極管、兩個(gè)ATS切換開關(guān)組成，其中一個(gè)ATS切換開關(guān)主要是用于主備用電池的切換，另一個(gè)則是用于電池的應(yīng)急并聯(lián)，防反二極管則主要是為了預(yù)防人為操作不當(dāng)導(dǎo)致主備電池并聯(lián)引起的電池?fù)p傷。

2.定時(shí)開關(guān)與電壓比較器的組合控制模版

電壓比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，輸入端用“+”表示，輸出端用“-”表示。在比較兩個(gè)電壓時(shí)，參考電壓為任意輸入端加固定電壓，另一端則加比較電壓。當(dāng)輸出端電壓高于輸入端電壓時(shí)，則斷開輸出管。當(dāng)輸入端電壓高出輸出端時(shí)，輸出管處于飽和狀態(tài)，相當(dāng)于接低電壓，若輸入端電壓差>10mV即可進(jìn)行自動切換。因此，使用電壓比較器進(jìn)行弱電信號檢測具有較好的應(yīng)用效果?？刂破魇亲詈诵牡脑饕?fù)責(zé)電池?cái)?shù)據(jù)采集，比較輸出量和輸出量，繼電器則負(fù)責(zé)線路的通斷，從而完成主電池與備用電池的切換，繼電器負(fù)責(zé)控制面板并顯示電池指示燈;控制器能夠通過向控制機(jī)發(fā)送設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)、性能以及故障情況。當(dāng)自動控制系統(tǒng)發(fā)生故障之后能夠快速切換至備用電池，ATS能夠?qū)崿F(xiàn)電路的切換，二極管則主要是為了避免線路過壓造成的設(shè)備損壞。電池在工作狀態(tài)下控制器能夠?qū)╇婋妷哼M(jìn)行采集，電壓若處于預(yù)設(shè)數(shù)值范圍內(nèi)，輸出口則處于低電平狀態(tài)，繼電器則不工作。當(dāng)需要啟動發(fā)電機(jī)時(shí)，控制器輸出高電平，發(fā)電機(jī)組打開后，斷開電源并連接主蓄電池。若控制器輸出高電平，繼電器接觸線包通電之后，發(fā)電機(jī)與電池接通完成啟動?？刂破魅舨杉诫妷撼迺r(shí)會輸出高電平，繼電器通電后常開點(diǎn)關(guān)閉，若需要啟動發(fā)電機(jī)，需要控制機(jī)輸出高電平，繼電器線包通電并接通電池，發(fā)電機(jī)即可啟動。若連接線路損壞無法進(jìn)行自動切換，或手動切換開關(guān)無法進(jìn)行自動切換時(shí)，可以將ATS開關(guān)置于備用電池端，直接將備用蓄電池電能供應(yīng)給發(fā)電機(jī)，從而完成發(fā)電機(jī)的啟動，能夠達(dá)到快速響應(yīng)的要求。發(fā)電機(jī)啟動電流相對較高，且發(fā)電機(jī)功率越高，電流越大，因此在其他設(shè)備選擇方面需要滿足電流容量要求，要能夠滿足發(fā)電機(jī)線路容量。

ATS切換開關(guān)采用220V交流電，功率相對較低，可以直接將主電路切換至備用電路供電。當(dāng)主電路供電切斷后，ATS切換開關(guān)會自行切換至備用電路。因此只需要中斷主電路，就能夠進(jìn)行ATS切換，實(shí)現(xiàn)主備用電路的切換。當(dāng)檢測到主電池電壓<10V時(shí)，定時(shí)開關(guān)控制繼電器延遲20s啟動，若發(fā)電機(jī)此時(shí)有輸出即可復(fù)位，若沒有輸出則切斷主電路并切換至備用電路。應(yīng)急并聯(lián)的啟動需要在自動切換的基礎(chǔ)上加入外接繼電器實(shí)現(xiàn)，只有主備電池自動切換后才能夠緊急并聯(lián)2min后斷開繼電器，恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，避免電池?fù)p傷。

2.3電源模塊

主要是由主電池和備用電池組成?；贏TS的發(fā)電機(jī)主備電池自動切換控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動和手動切換電池，同時(shí)具有電池故障警告以及電池電壓顯示功能，能夠警示工作人員。

三、 結(jié)束語

急供電設(shè)備ATS柜能夠確保在市電供出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)電機(jī)組會自起動并在要求的時(shí)間（3-10S可調(diào)）內(nèi)對負(fù)載供電，當(dāng)市電恢復(fù)后，又自動地切換為市電供電，發(fā)電機(jī)組則經(jīng)過一冷機(jī)時(shí)間自動停機(jī)。機(jī)組自啟動控制系統(tǒng)及與市電轉(zhuǎn)換功能：在備用待命狀態(tài)下（即平時(shí)市電供電），市電接入自啟動控制屏，自動控制屏內(nèi)的自動浮充電器保持機(jī)組啟動蓄電池正常的充電狀態(tài)，使其能夠隨時(shí)隨刻啟動機(jī)組。在電網(wǎng)斷電或臨時(shí)故障時(shí)，自啟動控制屏起動發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組起動成功后，自啟動控制屏控制自動切換柜（ATS）的轉(zhuǎn)換開關(guān)，切換供電電路。在市電恢復(fù)正常后，自動控制屏控制自動切換柜再次切換供電電路，恢復(fù)由電網(wǎng)供電，同時(shí)控制發(fā)動機(jī)空載運(yùn)行至發(fā)動機(jī)溫度平衡并降低后，自動控制發(fā)電機(jī)組停機(jī)?；贏TS的發(fā)電機(jī)主備電池自動切換控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電機(jī)組主備用電池的自動切換，從而提高備用電池供電的自動化與智能化水平，利用ATS技術(shù)對現(xiàn)有的切換控制模版進(jìn)行改造，對于優(yōu)化發(fā)電機(jī)自動化控制系統(tǒng)具有重要意義，從而完善現(xiàn)有遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

參考資料：

1 唐釀;盛超;陳萌;翁洪杰;陳銳;陶順;; ATS的發(fā)電機(jī)主備電池自動切換控制系統(tǒng)綜述[J];南方電網(wǎng)技術(shù);2016年11期

2 孫彤;;分布式發(fā)電中的虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)探討[J];中國高新技術(shù)企業(yè);2017年02期