Com a sistema d’energia distribuïda flexible i eficient, el sistema de microgrid s’utilitza àmpliament en centres de dades, producció industrial, instal·lacions mèdiques i altres camps per assegurar l’alimentació estable per a les càrregues crítiques. En els sistemes de microgrid, els dispositius de commutació d’energia són un dels components bàsics que asseguren la continuïtat i la fiabilitat de l’alimentació. Entre ells, el commutador de transferència estàtic (STS) i el commutador de transferència automàtic (ATS) hi ha dos dispositius habituals de commutació d’energia. Tenen diferències significatives en la funcionalitat, els escenaris d’aplicació i el rendiment. Aquest article aprofundirà en els rols i diferències entre STS i ATS en sistemes de microgrid.
1 Què és un microgrid
(1) Definició i estructura de microgrid
Un microgrid és un petit sistema de generació i distribució d’energia compost per fonts d’energia distribuïdes (com ara fotovoltaica solar, potència eòlica, hidroelèctrica petita, etc.), dispositius d’emmagatzematge d’energia (com bateries, supercapacitors, etc.), convertidors electrònics de potència (com ara inversors, rectificadors, etc.), càrregues i monitorització i dispositius de protecció i protecció. Pot funcionar en paral·lel amb la xarxa elèctrica o de forma independent en mode Islanding, amb mode de funcionament flexible i alta eficiència d’utilització d’energia.
(2) Mode de funcionament del sistema de microgrid
Mode de funcionament connectat a la xarxa: En el mode de funcionament connectat a la graella, el microgrid està connectat a la graella principal i les fonts de potència distribuïdes dins del microgrid poden subministrar energia a les càrregues locals. L’excés d’electricitat també es pot transmetre a la xarxa principal. Al mateix temps, quan la generació d’energia dins del microgrid és insuficient, la gran xarxa pot proporcionar suport d’energia a la microgrid.
Mode d’operació illenca: quan hi ha una falla o una interrupció d’alimentació prevista a la xarxa elèctrica, el microgrid es pot desconnectar de la xarxa elèctrica i entrar al mode de funcionament de l’illa. En el mode d’operació d’illa, les microgrids confien en les seves pròpies fonts d’energia distribuïdes i dispositius d’emmagatzematge d’energia per mantenir l’alimentació elèctrica a les càrregues locals, garantint el funcionament normal de les càrregues crítiques.
2 Definició de STS i ATS
1. Interruptor de transferència estàtica (STS)
STS (Static Transfer Switch) és un dispositiu de commutació de potència basat en circuits electrònics, principalment utilitzat per aconseguir un canvi ràpid i perfecte entre dues fonts de potència de CA independents. Els seus components bàsics inclouen un tauler de control intel·ligent, tiristors d’alta velocitat i interruptors de circuit.
2. Interruptor de transferència automàtica (ATS)
ATS (interruptor de transferència automàtica) és un dispositiu de commutació de potència mecànica que s’utilitza principalment en sistemes d’alimentació d’emergència per canviar automàticament el circuit de càrrega d’una font d’alimentació a una altra font d’alimentació de còpia de seguretat. Els components d’execució de commutació solen ser contactors o interruptors de circuit.
3 El paper de STS i ATS
(1) El paper dels STS
1. Commutació ràpida
Les STS poden canviar ràpidament a la font d’alimentació de còpia de seguretat en cas de fallada d’energia principal, amb un temps de commutació normalment no superior a 8 mil·lisegons, i fins i tot pot arribar a 1\/4 cicle (menys o igual a 5 mil·lisegons). Aquesta capacitat de commutació ràpida garanteix un funcionament ininterromput dels dispositius electrònics de precisió, evitant la pèrdua de dades o els danys dels equips causats per les interrupcions d’energia.
2. Alta fiabilitat
L’alimentació d’alimentació STS és adequada per a aplicacions que requereixen una qualitat de potència extremadament elevada, com ara centres de dades, estacions base de comunicació, laboratoris, etc. Pot proporcionar una font d’alimentació de bus doble per a càrregues d’energia única, millorant la redundància del sistema d’alimentació.
3. Compatible amb diverses fonts d’energia
STS pot aconseguir un canvi perfecte entre SAI i SAI, UPS i generador, UPS i Mains Power i Mains Power To a Mains Power, proporcionant un suport de potència fiable per a equips en entorns d’alimentació complexos.
(2) el paper de ATS
1. Commutació de còpia de seguretat d'emergència
L’ATS s’utilitza principalment en sistemes d’alimentació d’emergència. Quan l'alimentació principal falla, passa automàticament a l'alimentació de còpia de seguretat per assegurar el funcionament continu de càrregues importants. El seu temps de commutació sol superar els 100 mil·lisegons, adequats per a càrregues insensibles a breus interrupcions, com ara il·luminació, motors, etc.
2. Fiabilitat de l'estructura mecànica
L’ATS adopta la commutació mecànica de contacte, que té una forta capacitat anti-interferència i una elevada taxa d’èxit de commutació. La seva estructura és senzilla, el cost de manteniment és baix i és adequat per canviar càrregues pesades.
3. Àmpliament utilitzat
L’ATS s’utilitza àmpliament en producció industrial, centres de dades, hospitals i altres ocasions que requereixen una font d’alimentació contínua, especialment en escenaris en què la velocitat de commutació no és alta.
4 La diferència entre STS i ATS
(1) Velocitat de commutació
STS: La velocitat de commutació és extremadament ràpida, normalment entre 5 mil·lisegons i 8 mil·lisegons, adequats per a dispositius sensibles a les interrupcions de potència.
ATS: La velocitat de commutació és lenta, normalment més de 100 mil·lisegons, i fins i tot pot arribar a 1,5 segons, adequada per a càrregues que no siguin sensibles a les breus interrupcions.
(2) Mètode de commutació
STS: Utilitzant commutadors electrònics (tiristors d’alta velocitat) per aconseguir la commutació, el procés de commutació està “primer desactivat i després”, que pot aconseguir un canvi perfecte.
ATS: La commutació s’aconsegueix mitjançant contactes mecànics (contactors o interruptors de circuits) i el procés de commutació es basa en l’acció mecànica, que pot provocar breus interrupcions d’alimentació.
(3) Escenaris d'aplicació
STS: Apte per a ocasions amb requisits extremadament elevats per a la qualitat de l’energia, com ara centres de dades, estacions de base de comunicació, instruments de precisió, etc.
ATS: Apte per a ocasions que no siguin sensibles a breus interrupcions elèctriques, com ara producció industrial, hospitals, il·luminació, etc.
(4) fiabilitat
STS: El mètode de commutació electrònica el fa més sensible a factors com la interferència i la temperatura electromagnètica, però la velocitat de commutació i la seguretat són més elevades.
ATS: El mètode de commutació de contacte mecànic li proporciona una capacitat anti-interferència més forta, però es poden produir faltes a causa del desgast de contacte, l'augment de la temperatura i els problemes de calefacció.
(5) Cost i manteniment
STS: El cost dels equips és relativament elevat, però el manteniment és relativament senzill.
ATS: El cost dels equips és relativament baix, però l'estructura mecànica requereix un manteniment regular.
5 Conclusió
STS, amb els seus avantatges de commutació ràpida i d’alimentació d’alta fiabilitat, és adequat per a equips de precisió sensibles a les interrupcions d’energia; L’ATS, d’altra banda, és adequat per a càrregues ordinàries que són insensibles a breus interrupcions d’energia a causa de la seva fiabilitat mecànica i el seu menor cost. En aplicacions pràctiques, STS o ATS han de ser seleccionades raonablement en funció de factors com les característiques de càrrega, l’entorn d’energia i el pressupost per assegurar el funcionament estable dels sistemes de microgrids i la fiabilitat de l’alimentació.