Паралельна робота ДБЖ — резервування N+1 та циркулюючий струм між модулями

Стаття про статичний байпасний перемикач розглядає перехід всередині одного блока ДБЖ між інвертором та байпасною мережею. Ця стаття розглядає іншу, доповнюючу концепцію резервування, яка часто застосовується поряд з нею у критично важливих установках: кілька модулів ДБЖ, що працюють паралельно на одній вихідній шині, так що відмова одного модуля не впливає на навантаження.

Що означає резервування N+1

У конфігурації N+1 встановлюється більше модулів (або каркасів) ДБЖ, ніж суворо необхідно для живлення навантаження. Якщо N — це кількість модулів, які разом забезпечують рівно достатню потужність для повного навантаження, то один додатковий модуль (+1) перебуває в резерві. При відмові, несправності чи плановому обслуговуванні одного модуля решта N модулів продовжують нести повне навантаження без будь-якої перерви у живленні навантаження. Це відрізняється від внутрішнього резервування одного великого блока ДБЖ (наприклад, з дубльованими силовими каскадами): при N+1 це повністю незалежні, паралельно з'єднані блоки ДБЖ.

Типові конфігурації включають, наприклад, 3 модулі по 100 кВА кожен, з яких уже 2 (N=2) достатньо для навантаження 180 кВА, з третім як резервним — або більші установки дата-центрів з кількома каркасами, з'єднаними через спільну паралельну вихідну шину (часто звану "системною шиною" або паралельною вихідною шиною).

Чому паралельні модулі ДБЖ можуть отримати циркулюючий струм

Щойно два або більше інвертори електрично з'єднуються паралельно на одній шині, їхні вихідні напруги повинні бути точно рівними за амплітудою, фазою та частотою, щоб ділити виключно активну потужність. На практиці між модулями завжди є невеликі, неминучі відмінності — через допуски компонентів, зсуви вимірювального ланцюга в регулюванні напруги або невелику фазову похибку в ШІМ-керуванні. Будь-яка невелика відмінність у миттєвому значенні між вихідними напругами двох паралельно з'єднаних інверторів створює струм між цими інверторами, який не йде до навантаження, а циркулює між модулями: циркулюючий струм.

Цей струм не передає корисної потужності навантаженню, але збільшує навантаження на силові напівпровідники та внутрішню проводку задіяних модулів, а за значної амплітуди може знижувати ефективну доступну потужність кожного модуля та негативно впливати на термін служби компонентів через додаткові втрати та нагрів.

Як сучасне керування ДБЖ справляється з циркулюючим струмом

Сучасні модульні паралельні системи ДБЖ використовують спільну шину зв'язку (часто резервовану, оптоволоконну або CAN-шинну сполуку між модулями), щоб:

• рівномірно розподіляти розподіл активної потужності між модулями (load sharing), так щоб кожен модуль ніс пропорційну частку загального струму навантаження, а не так, щоб один модуль структурно ніс більше за інші;
• активно пригнічувати компонент циркулюючого струму, постійно узгоджуючи миттєве регулювання напруги та фази кожного модуля, а не покладаючись на випадковий збіг;
• у разі відмови шини зв'язку переходити до спрощеного, автономного режиму керування (droop-регулювання), який ділить навантаження менш точно, але залишається стабільним, не дозволяючи циркулюючому струму необмежено зростати.

У старіших або простіших паралельних системах без активної шини зв'язку між модулями часто застосовується лише droop-регулювання: вихідна напруга кожного модуля трохи знижується зі зростанням відданого струму, що природним чином забезпечує певний баланс, але менш точно, ніж керування через шину зв'язку.

Типові помилки

1. Паралельне з'єднання модулів різних виробників або версій прошивки без явного схвалення виробника — невеликі відмінності в алгоритмах регулювання між виробниками збільшують ризик стійкого циркулюючого струму.
2. Невизнання несправної шини зв'язку між модулями як відмови — при відмові шини система переходить на менш точне droop-регулювання; якщо це залишається непоміченим і невирішеним, точність розподілу навантаження може погіршитися без прямої видимості з боку навантаження.
3. Плутанина між N+1 та повним зниженням навантаження при відмові модуля — N+1 означає, що решта N модулів здатні нести повне навантаження; якщо фактичне навантаження перевищує потужність N (наприклад, через зростання навантаження після початкового розрахунку), резервування фактично зникає, навіть якщо модуль +1 усе ще фізично присутній.
4. Недотримання рівності вихідного імпедансу та довжини кабелю між модулями та спільною шиною — асиметрична проводка між модулями сама по собі може спричинити різницю напруг у точках підключення до шини і тим самим створити циркулюючий струм, незалежно від внутрішнього регулювання модулів.

Пов'язані матеріали

• Статичний байпасний перемикач ДБЖ — тиристорне перемикання та перехід make-before-break
• DRUPS — дизель-роторні системи ДБЖ та струм короткого замикання
• Періодична перевірка установки ДБЖ
• Контроль синхронізації (25) — реле контролю синхронізму при паралельному вмиканні