RU2208890C1 - Способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии (варианты) - Google Patents
Способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2208890C1 RU2208890C1 RU2002102794A RU2002102794A RU2208890C1 RU 2208890 C1 RU2208890 C1 RU 2208890C1 RU 2002102794 A RU2002102794 A RU 2002102794A RU 2002102794 A RU2002102794 A RU 2002102794A RU 2208890 C1 RU2208890 C1 RU 2208890C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- energy
- power
- output
- rectifier
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к области электроснабжения потребителей, подключенных к электроэнергетической системе, работающей на нестабильных возобновляемых источниках энергии (ветро, гидро, фото и т. п. электрические станции). Технический результат заключается в расширении диапазона используемых мощностей возобновляемых источников энергии при высоком коэффициенте использования энергии источников не только в режимах, когда мощность источника выше номинальной, но и в режимах, когда мощность источника ниже выбранной. Для этого в способе бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии, включающем преобразование энергии возобновляемого источника энергии в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенератора переменного тока, преобразование посредством выпрямителя энергии переменного тока в энергию постоянного тока, стабилизацию напряжения источника, накопление энергии постоянного тока в аккумуляторе и выдачу энергии на нагрузку потребителя, дополнительно посредством широтно-импульсного преобразователя с гальванической развязкой на выходе преобразовывают напряжение аккумулятора в регулируемое постоянное напряжение и с помощью "вольт-добавки" суммируют его с напряжением на выходе выпрямителя путем последовательного подключения выходных цепей преобразователя и выпрямителя, причем регулирование широтно-импульсного преобразователя осуществляют из условия поддержания на входе стабилизатора напряжения выше напряжения стабилизации. Кроме того, данное техническое решение реализовано и для варианта электроэнергетической системы, содержащей более одного возобновляемого источника энергии (особенно разного типа). 2 с.п.ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к области электроснабжения потребителей, подключенных к электроэнергетической системе, работающей на нестабильных возобновляемых источниках энергии (ветро, гидро, фото и т.п. электрические станции).
Известен способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии, принятый за прототип (патент РФ 2153752, Н 02 J 3/28, 3/32), включающий преобразование энергии нескольких возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенераторов переменного тока, преобразование посредством выпрямителей энергии переменного тока в энергию постоянного тока, стабилизацию напряжения каждого отдельного источника, накопление суммарной энергии постоянного тока в общем заряжаемом от выпрямителя аккумуляторе с емкостью, рассчитанной по величине суточного потребления энергии нагрузкой потребителя, преобразование с помощью инвертора электрической энергии постоянного тока в электрическую энергию переменного тока и выдачу ее на нагрузку потребителю. При этом управление режимом работы генератора производят путем изменения емкостного сопротивления аккумулятора в процессе его зарядки при поддержании величины напряжения зарядки, заданной в диапазоне между минимальной и максимальной величинами напряжения на нагрузке потребителя.
При использовании данного способа в системе могут использоваться как однотипные, так и разнотипные источники энергии. Управление режимом работы генератора путем изменения емкостного сопротивления аккумулятора при поддержании величины напряжения зарядки приводит к изменению величины тока зарядки, что и позволяет аккумулятору выступать в роли регулируемой нагрузки. Сглаживание колебаний генерируемой энергии здесь происходит за счет операции аккумулирования электроэнергии. При стабилизированном напряжении зарядка аккумулятора осуществляется током, равным разности между суммарным током всех источников и током нагрузки. При токах нагрузки, превышающих суммарный ток, начинается зарядка аккумулятора.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются:
По варианту 1 - преобразование энергии возобновляемого источника энергии в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенератора переменного тока, преобразование посредством выпрямителя энергии переменного тока в энергию постоянного тока, стабилизацию напряжения источника, накопление энергии постоянного тока в аккумуляторе и выдачу энергии на нагрузку потребителя.
По варианту 1 - преобразование энергии возобновляемого источника энергии в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенератора переменного тока, преобразование посредством выпрямителя энергии переменного тока в энергию постоянного тока, стабилизацию напряжения источника, накопление энергии постоянного тока в аккумуляторе и выдачу энергии на нагрузку потребителя.
По варианту 2 - преобразование энергии как минимум двух возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенераторов переменного тока, преобразование посредством выпрямителей энергии переменного тока в энергию постоянного тока, стабилизацию напряжения каждого отдельного источника, накопление суммарной энергии постоянного тока в общем аккумуляторе и выдачу энергии на нагрузку потребителя.
Недостатком обоих вариантов способа бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии, принятого за прототип, является низкий коэффициент использования энергии нестационарных источников, работающих в диапазоне мощностей меньше выбранных номинальных. Это объясняется тем, что за счет применения стабилизаторов напряжения и параллельного подключения выходов стабилизаторов и шин питания аккумуляторной батареи энергия генератора с малой мощностью, когда его напряжение менее выбранного стабилизированного напряжения, не передается ни в нагрузку, ни в аккумулятор. Например, в области ветроэнергетики полезная работа ветрогенератора начинается только со значительных ветров, что, во-первых, снижает к.п.д. электроэнергетической установки, а во-вторых, значительно уменьшает область (территорию) возможного применения.
Предлагаемыми вариантами технического решения решается задача расширения диапазона используемых мощностей возобновляемых источников энергии при высоком коэффициенте использования энергии источников не только в режимах, когда мощность источника выше номинальной, но и в режимах, когда мощность источника ниже выбранной.
Для достижения указанного технического результата в способе бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии:
По варианту 1, включающему преобразование энергии возобновляемого источника энергии в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенератора переменного тока, преобразование посредством выпрямителя энергии переменного тока в энергию постоянного тока, стабилизацию напряжения источника, накопление энергии постоянного тока в аккумуляторе и выдачу энергии на нагрузку потребителя, дополнительно посредством широтно-импульсного преобразователя с гальванической развязкой на выходе преобразовывают напряжение аккумулятора в регулируемое постоянное напряжение и с помощью "вольт-добавки" суммируют его с напряжением на выходе выпрямителя путем последовательного подключения выходных цепей преобразователя и выпрямителя, причем регулирование широтно-импульсного преобразователя осуществляют из условия поддержания на входе стабилизатора напряжения выше напряжения стабилизации.
По варианту 1, включающему преобразование энергии возобновляемого источника энергии в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенератора переменного тока, преобразование посредством выпрямителя энергии переменного тока в энергию постоянного тока, стабилизацию напряжения источника, накопление энергии постоянного тока в аккумуляторе и выдачу энергии на нагрузку потребителя, дополнительно посредством широтно-импульсного преобразователя с гальванической развязкой на выходе преобразовывают напряжение аккумулятора в регулируемое постоянное напряжение и с помощью "вольт-добавки" суммируют его с напряжением на выходе выпрямителя путем последовательного подключения выходных цепей преобразователя и выпрямителя, причем регулирование широтно-импульсного преобразователя осуществляют из условия поддержания на входе стабилизатора напряжения выше напряжения стабилизации.
По варианту 2, включающему преобразование энергии как минимум двух возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенераторов переменного тока, преобразование посредством выпрямителей энергии переменного тока в энергию постоянного тока, стабилизацию напряжения каждого отдельного источника, накопление суммарной энергии постоянного тока в общем аккумуляторе и выдачу энергии на нагрузку потребителя, дополнительно посредством широтно-импульсных преобразователей с гальванической развязкой на выходе преобразовывают напряжение аккумулятора в регулируемое постоянное напряжение и с помощью "вольт-добавок" суммируют его с напряжением на выходе выпрямителей путем последовательного подключения выходных цепей преобразователей и выпрямителей, причем регулирование широтно-импульсных преобразователей осуществляют из условия поддержания на входах стабилизатора напряжения выше напряжения стабилизации.
Отличительными признаками предлагаемого способа является:
По варианту 1 то, что посредством широтно-импульсного преобразователя с гальванической развязкой на выходе преобразовывают напряжение аккумулятора в регулируемое постоянное напряжение и с помощью "вольт-добавки" суммируют его с напряжением на выходе выпрямителя путем последовательного подключения выходных цепей преобразователя и выпрямителя, причем регулирование широтно-импульсного преобразователя осуществляют из условия поддержания на входе стабилизатора напряжения выше напряжения стабилизации.
По варианту 1 то, что посредством широтно-импульсного преобразователя с гальванической развязкой на выходе преобразовывают напряжение аккумулятора в регулируемое постоянное напряжение и с помощью "вольт-добавки" суммируют его с напряжением на выходе выпрямителя путем последовательного подключения выходных цепей преобразователя и выпрямителя, причем регулирование широтно-импульсного преобразователя осуществляют из условия поддержания на входе стабилизатора напряжения выше напряжения стабилизации.
По варианту 2 то, что посредством широтно-импульсных преобразователей с гальванической развязкой на выходе преобразовывают напряжение аккумулятора в регулируемое постоянное напряжение и с помощью "вольт-добавок" суммируют его с напряжением на выходе выпрямителей путем последовательного подключения выходных цепей преобразователей и выпрямителей, причем регулирование широтно-импульсных преобразователей осуществляют из условия поддержания на входах стабилизатора напряжения выше напряжения стабилизации.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными (указанными в ограничительных частях вариантов формулы) достигается следующий технический результат - за счет использования мощности возобновляемого источника энергии, меньшей выбранной, повышается к.п.д. электроэнергетической системы, а также появляется возможность использования в случаях, когда ранее это было нецелесообразно из-за высокой нестабильности или низких энергетических свойств источника энергии. Кроме того, по варианту 2 формулы при работе более одного источника энергии (особенно разного типа) происходит обмен (подпитка) энергиями между параллельно работающими источниками.
В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующая предлагаемые варианты способа бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии, не была обнаружена. Таким образом, предлагаемые варианты изобретения соответствуют критерию охраноспособности "новое".
На основании сравнительного анализа вариантов предложенного решения с известным уровнем техники по источникам научно-технической и патентной информации можно утверждать, что между совокупностью признаков, в том числе и отличительных, и выполняемых ими функций и достигаемой целью наблюдается неочевидная причинно-следственная связь. На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что в предложенных вариантах способа техническое решение не следует явным образом из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию охраноспособности "изобретательский уровень".
Предложенные технические решения могут найти применение в энергетике для бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей, подключенных к электроэнергетической системе, работающей на нестабильных возобновляемых источниках энергии (ветро, гидро, фото и т.п. электрические станции).
Предложенный способ реализуется с помощью устройства, блок-схема которого приведена по варианту 1 на фиг.1, по варианту 2 - на фиг.2.
Изображенное на фиг.1-2 обозначено: возобновляемый источник энергии 1, генератор переменного тока 2 (например, синхронный), выпрямитель 3, стабилизатор 4, аккумулятор 5, нагрузка 6, "вольт-добавка" 7, широтно-импульсный преобразователь 8.
Способ по варианту 1 (фиг. 1) реализуется следующим образом. Для использования возобновляемого источника энергии 1, уровень вырабатываемой энергии которого ниже выбранного, которой соответствует напряжение на выходе выпрямителя 3, обеспечивающее минимальную величину напряжения на нагрузке потребителя 6, к выходному напряжению выпрямителя 3 добавляют такое напряжение, чтобы суммарное напряжение на выходе стабилизатора 4 стало не менее напряжения, обеспечивающего минимальную величину напряжения на нагрузке 6. Для этого выходную цепь выпрямителя 3 соединяют последовательно со схемой "вольт-добавка" 7, выполняющей роль сумматора напряжений. Чтобы реализовался сумматор, необходима гальваническая развязка выходной цепи выпрямителя 3 и источника 1, играющего роль "вольт-добавки". Поэтому применен широтно-импульсный преобразователь напряжения постоянное-постоянное (DC/DC). Это, например, полумостовой или мостовой двухполупериодный или однотактный обратноходовый преобразователь. В предложенном способе напряжение на входе стабилизатора 4 - Uc равно сумме напряжений выпрямителя 3 - Uв и преобразователя 8 - Uп: Uc=Uв+Uп. Преобразователь 8 выполнен так, что его выходное напряжение регулируется из условия Uп=Uсм-Uв, где Uсм - напряжение на входе стабилизатора 4, которое обеспечивает минимальное напряжение на нагрузке 6 при работе источника 1. Эту регулировку может осуществлять отрицательная обратная связь по напряжению на входе стабилизатора 4, введенная в преобразователь 8. Тогда при энергии первичного источника 1, обеспечивающей напряжение на входе стабилизатора 4, равное или большее заданному (которое определяется минимальным напряжением на нагрузке 6), введенный преобразователь 8 будет закрыт, напряжение "вольт-добавки" 7 равно нулю и схема ведет себя аналогично схеме-прототипу. Если же энергия первичного источника 1 меньше заданного, преобразователь 8 формирует на своем выходе напряжение Uп, которое, суммируясь с напряжением выпрямителя 3, обеспечивает на выходе стабилизатора 4 напряжение, обеспечивающее минимальное напряжение нагрузки 6. Таким образом, мы к энергии первичного источника 1 добавляем лишь ту часть энергии аккумулятора 5, которой не достает до обеспечения минимального напряжения на нагрузке 6. В прототипе же, в данной ситуации, в нагрузку шла лишь энергия аккумулятора.
Так, для проведенного эксперимента с ветрогенератором мощностью 800 Вт, работающего совместно со стабилизатором, коэффициент использования энергии при мощностях 200 Вт составил лишь 8%, а после реализации предлагаемого способа он увеличился до 32%.
Необходимо иметь ввиду, что при выборе минимальной энергии, при которой необходимо осуществлять "вольт-добавку", нужно исходить из потерь на преобразование. Так, если к. п.д. стабилизатора и преобразователя составляют соответственно 0,9 и 0,85, то при мощности 200 Вт мы получим потери около 24 Вт на преобразование. Естественно, что работу преобразователя необходимо начинать с мощностей, которые больше данных потерь. Если учесть также экономические факторы (стоимость электроэнергии, полученной за счет способа), то эта величина может оказаться еще большей. Однако, когда малые ветра доминируют, то данный способ может оказаться единственным, позволяющим обеспечить бесперебойное питание потребителей энергосистемы при экономии энергии аккумулятора.
Способ по варианту 2 (фиг.2) реализуется аналогичным образом, но благодаря использованию предлагаемого способа при работе как минимум одного дополнительного возобновляемого источника энергии (возможно другого типа) система работает следующим образом. Если первый возобновляемый источник энергии имеет мощность, меньшую установленной (той, которая обеспечивает минимально допустимое напряжение на нагрузке), а второй возобновляемый источник - мощность, большую установленной, то энергия второго источника передается к нагрузке по цепи, которая присутствует и у прототипа, а именно: источник - генератор - выпрямитель - стабилизатор - нагрузка, но кроме этого, энергия второго источника через дополнительно введенные элементы "вольт-добавка" 7, широтно-импульсный преобразователь 8 первого источника передается на вход стабилизатора 4, суммируясь с энергией первого источника. За счет этого открывается стабилизатор 4 первого источника и энергия первого источника таким образом передается в нагрузку. Это новое качество, реализованное в общей для двух и более возобновляемых источников линии постоянного тока можно обозначить как "способность передавать энергию от источника с меньшим напряжением в линию с большим напряжением".
Claims (2)
1. Способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемом источнике энергии, включающий преобразование энергии возобновляемого источника энергии в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенератора переменного тока, преобразование посредством выпрямителя энергии переменного тока в энергию постоянного тока, стабилизацию напряжения источника, накопление энергии постоянного тока в аккумуляторе и выдачу энергии на нагрузку потребителя, отличающийся тем, что дополнительно посредством широтно-импульсного преобразователя с гальванической развязкой на выходе преобразовывают напряжение аккумулятора в регулируемое постоянное напряжение и с помощью "вольт-добавки" суммируют его с напряжением на выходе выпрямителя путем последовательного подключения выходных цепей преобразователя и выпрямителя, причем регулирование широтно-импульсного преобразователя осуществляют из условия поддержания на входе стабилизатора напряжения выше напряжения стабилизации.
2. Способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии, включающий преобразование энергии как минимум двух возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенераторов переменного тока, преобразование посредством выпрямителей энергии переменного тока в энергию постоянного тока, стабилизацию напряжения каждого отдельного источника, накопление суммарной энергии постоянного тока в общем аккумуляторе и выдачу энергии на нагрузку потребителя, отличающийся тем, что дополнительно посредством широтно-импульсных преобразователей с гальванической развязкой на выходе преобразовывают напряжение аккумулятора в регулируемое постоянное напряжение и с помощью "вольт-добавок" суммируют его с напряжением на выходе выпрямителей путем последовательного подключения выходных цепей преобразователей и выпрямителей, причем регулирование широтно-импульсных преобразователей осуществляют из условия поддержания на входах стабилизатора напряжения выше напряжения стабилизации.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002102794A RU2208890C1 (ru) | 2002-02-06 | 2002-02-06 | Способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002102794A RU2208890C1 (ru) | 2002-02-06 | 2002-02-06 | Способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии (варианты) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2208890C1 true RU2208890C1 (ru) | 2003-07-20 |
Family
ID=29211457
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002102794A RU2208890C1 (ru) | 2002-02-06 | 2002-02-06 | Способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии (варианты) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2208890C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2659811C1 (ru) * | 2017-09-11 | 2018-07-04 | Ильдар Фанильевич Зайнуллин | Способ и устройство коммутации электрической энергии постоянного тока возобновляемых источников в трехфазную сеть переменного тока |
RU2695633C1 (ru) * | 2018-07-13 | 2019-07-25 | Ильдар Фанильевич Зайнуллин | Модульная электроэнергетическая установка |
-
2002
- 2002-02-06 RU RU2002102794A patent/RU2208890C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2659811C1 (ru) * | 2017-09-11 | 2018-07-04 | Ильдар Фанильевич Зайнуллин | Способ и устройство коммутации электрической энергии постоянного тока возобновляемых источников в трехфазную сеть переменного тока |
RU2695633C1 (ru) * | 2018-07-13 | 2019-07-25 | Ильдар Фанильевич Зайнуллин | Модульная электроэнергетическая установка |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pannala et al. | Effective control and management scheme for isolated and grid connected DC microgrid | |
US11929620B2 (en) | Maximizing power in a photovoltaic distributed power system | |
US10483759B2 (en) | Integrated multi-mode large-scale electric power support system for an electrical grid | |
Kumar et al. | Sizing and SOC management of a smart-transformer-based energy storage system | |
US6949843B2 (en) | Grid-connected power systems having back-up power sources and methods of providing back-up power in grid-connected power systems | |
US9077202B1 (en) | Power converter with series energy storage | |
US8824178B1 (en) | Parallel power converter topology | |
CN113228448A (zh) | 具有变流器的电解设备以及用于提供用于交流电网的瞬时备用功率的方法 | |
JP2004508689A (ja) | 高効率燃料電池電力調整器(powerconditioner) | |
Kathiresan et al. | Energy management of distributed renewable energy sources for residential DC microgrid applications | |
US11929690B2 (en) | Microgrid controller with one or more sources | |
KR100844401B1 (ko) | 태양광 발전장치가 구비된 무정전 전원투입장치 | |
KR101764651B1 (ko) | 태양광 발전 장치 연계형 전력공급장치 및 이의 제어 방법 | |
KR20200086835A (ko) | Ups를 이용한 수용가 부하 관리 시스템 | |
Bharathi et al. | Power flow control based on bidirectional converter for hybrid power generation system using microcontroller | |
Schwertner et al. | Supervisory control for stand-alone photovoltaic systems | |
RU2208890C1 (ru) | Способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии (варианты) | |
Zhang et al. | Ultracapacitor application and controller design in 400 V DC-powered green data centers | |
Sanjeev et al. | A novel configuration for PV-battery-DG integrated standalone DC microgrid | |
WO2011118771A1 (ja) | 充放電システム | |
KR101668335B1 (ko) | 단상 인버터 장치 | |
US20240258935A1 (en) | Microgrid controller with one or more sources | |
Pramanik et al. | Design of a Digitally Controlled Two-Phase Interleaved DC-DC Boost Converter for DC Microgrid | |
KR20190023654A (ko) | Dc승압기능을 통한 에너지저장장치용 부하순환 전력제어부하장치 | |
Tanjim et al. | Design and Analysis of Transformer-less HVDC Transmission System for Inter-Country Distance |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160207 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20170920 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210207 |