基于ATS的发电机主备电池自动切换控制系统的思考

许峰

摘要：内部发电机的启动需要蓄电池供电才能够正常开启，当蓄电池损坏或电力耗尽后，发电机就无法启动，此时可能会导致长时间的停工。因此只能够通过设计一套简单的自动调换控制设备从而实现发主用电池和备用电池的自动切换。

关键词：ATS;发电机主备电池;自动切换;控制系统

近些年来随着我国工业水平的不断提升，工业自动化、智能化水平越来越高，多数大型电气设备已经基本实现自动化控制。电力系统作为工业生产最重要的环节，但是外部供电容易受到雷电天气等外部因素的影响，因此内部发电机需要在外电中断时启用。

一、基于ATS的发电机主备电池自动切换控制系统设计

1.设计原理

发电机启动之后蓄电池的电压会略微下降，一般来说12V电压降低幅度不会低于10V，因此在启动瞬间可以通过电压评估来判断发电机是否需要更换备用电池。本次研究提出的基于ATS的发电机主备电池自动切换控制系统能够通过以下流程确定是否需要更滑备用电池：①若电池的电压<10V，系统延迟20s启动，若发电机正常启动则主电池系统复位。②若20s后发电机无输出，则更换备用电池。③发电机再次启动，判断备用电池电压情况并延迟20s启动，若发电机正常启动则备用电池复位。④若20s后发电机无输出，则切换至并联模式，蓄电池并联能够提高其容量，但是并联在一定程度上会造成电池损耗，甚至引起短路的问题，因此并联时间不能过长，并联2min后切断复位。总体来说，基于ATS的发电机主备电池自动切换控制系统主要是通过电压评估以及自动化控制来实现主备电池的切换。

2.设计方法

基于ATS的发电机主备电池自动切换控制系统具体的控制方案为：①使用单片机实现，包括AD转换器、时钟及继电器等模版;②采用定时开关与比较器的组合方式。第一种方法需要编制特定的程序，而第二种方法可以使用市场中现有的定时开关与比较器组合的方式，成本相对较低且无需编程，通过按键即可进行控制，因此本次研究主要是采用第二种方法。

一般情况下发电机蓄电池的电压为12V，但是发电器启动时需要的瞬间电流为1000A，因此可以采取不同的方法：①使用继电器，但是继电器的电压不稳定，且继电器故障发生后不便更换;②使用自动转换开关电器，即ATS，可以将ATS装在应急供电系统中，将负荷电路从主电源切换至备用电源开关电器。ATS切断主电路之后能够自行切换至备用电路。因此本次研究中主要是使用ATS设备完成电池切换和紧急并联功能。

二、基于ATS的发电机主备电池自动切换控制系统结构

基于ATS的发电机主备电池自动切换控制系统主要是由ATS切换模版、定时开关与电压比较器的组合控制模版以及电源模版组成。

1.ATS切换模版

发电机组是确保生产安全的重要设备，为了确保发电机启动时有足够的电能供应，每个发电机组通常都配备了主蓄电池和备用蓄电池，当主蓄电池无法正常供电时会影响发电机的启动，此时就需要切换至备用电池进行供电。但是目前大多数发电机组主备用电池切换通常是采用双向闸刀实现，需要工作人员判断是否为蓄电池故障，若确定为蓄电池故障，需要手动切换电池再开启发电机，这种方法无疑增加了工作人员的工作量，对生产也造成了一定的影响。因此本次研究主要是通过设计基于ATS的发电机主备电池自动切换控制系统，其中ATS切换模版主要是由主备用电池、防反二极管、两个ATS切换开关组成，其中一个ATS切换开关主要是用于主备用电池的切换，另一个则是用于电池的应急并联，防反二极管则主要是为了预防人为操作不当导致主备电池并联引起的电池损伤。

2.定时开关与电压比较器的组合控制模版

电压比较器有两个输入端和一个输出端，输入端用“+”表示，输出端用“-”表示。在比较两个电压时，参考电压为任意输入端加固定电压，另一端则加比较电压。当输出端电压高于输入端电压时，则断开输出管。当输入端电压高出输出端时，输出管处于饱和状态，相当于接低电压，若输入端电压差>10mV即可进行自动切换。因此，使用电压比较器进行弱电信号检测具有较好的应用效果。控制器是最核心的元件，主要负责电池数据采集，比较输出量和输出量，继电器则负责线路的通断，从而完成主电池与备用电池的切换，继电器负责控制面板并显示电池指示灯;控制器能够通过向控制机发送设备状态、参数、性能以及故障情况。当自动控制系统发生故障之后能够快速切换至备用电池，ATS能够实现电路的切换，二极管则主要是为了避免线路过压造成的设备损坏。电池在工作状态下控制器能够对供电电压进行采集，电压若处于预设数值范围内，输出口则处于低电平状态，继电器则不工作。当需要启动发电机时，控制器输出高电平，发电机组打开后，断开电源并连接主蓄电池。若控制器输出高电平，继电器接触线包通电之后，发电机与电池接通完成启动。控制器若采集到电压超限时会输出高电平，继电器通电后常开点关闭，若需要启动发电机，需要控制机输出高电平，继电器线包通电并接通电池，发电机即可启动。若连接线路损坏无法进行自动切换，或手动切换开关无法进行自动切换时，可以将ATS开关置于备用电池端，直接将备用蓄电池电能供应给发电机，从而完成发电机的启动，能够达到快速响应的要求。发电机启动电流相对较高，且发电机功率越高，电流越大，因此在其他设备选择方面需要满足电流容量要求，要能够满足发电机线路容量。

ATS切换开关采用220V交流电，功率相对较低，可以直接将主电路切换至备用电路供电。当主电路供电切断后，ATS切换开关会自行切换至备用电路。因此只需要中断主电路，就能够进行ATS切换，实现主备用电路的切换。当检测到主电池电压<10V时，定时开关控制继电器延迟20s启动，若发电机此时有输出即可复位，若没有输出则切断主电路并切换至备用电路。应急并联的启动需要在自动切换的基础上加入外接继电器实现，只有主备电池自动切换后才能够紧急并联2min后断开继电器，恢复正常运行状态，避免电池损伤。

2.3电源模块

主要是由主电池和备用电池组成。基于ATS的发电机主备电池自动切换控制系统能够实现自动和手动切换电池，同时具有电池故障警告以及电池电压显示功能，能够警示工作人员。

三、 结束语

急供电设备ATS柜能够确保在市电供出现故障时，发电机组会自起动并在要求的时间（3-10S可调）内对负载供电，当市电恢复后，又自动地切换为市电供电，发电机组则经过一冷机时间自動停机。机组自启动控制系统及与市电转换功能：在备用待命状态下（即平时市电供电），市电接入自启动控制屏，自动控制屏内的自动浮充电器保持机组启动蓄电池正常的充电状态，使其能够随时随刻启动机组。在电网断电或临时故障时，自启动控制屏起动发电机组，发电机组起动成功后，自启动控制屏控制自动切换柜（ATS）的转换开关，切换供电电路。在市电恢复正常后，自动控制屏控制自动切换柜再次切换供电电路，恢复由电网供电，同时控制发动机空载运行至发动机温度平衡并降低后，自动控制发电机组停机。基于ATS的发电机主备电池自动切换控制系统能够实现发电机组主备用电池的自动切换，从而提高备用电池供电的自动化与智能化水平，利用ATS技术对现有的切换控制模版进行改造，对于优化发电机自动化控制系统具有重要意义，从而完善现有远程监控系统。

参考资料：

1 唐酿;盛超;陈萌;翁洪杰;陈锐;陶顺;; ATS的发电机主备电池自动切换控制系统综述[J];南方电网技术;2016年11期

2 孙彤;;分布式发电中的虚拟同步发电机技术探讨[J];中国高新技术企业;2017年02期