RU56084U1 - POWER SUPPLY SYSTEM - Google Patents

Abstract

Описана система бесперебойного обеспечения потребителей электроэнергией с использованием возобновляемых источников энергии, а также периодически запускаемого двигателя внутреннего сгорания, приводящего электрический генератор. Система включает в себя накопитель электроэнергии в виде батареи конденсаторов большой емкости и устройство согласования, обеспечивающее подключение батареи конденсаторов к источнику энергии наибольшей мгновенной мощности.A system is described for uninterrupted supply of electricity to consumers using renewable energy sources, as well as for a periodically starting internal combustion engine that drives an electric generator. The system includes an energy storage device in the form of a capacitor bank of large capacity and a matching device that provides the connection of a capacitor bank to an energy source of the greatest instantaneous power.

Description

Область техники.The field of technology.

Настоящая полезная модель относится к энергетике, более конкретно к системам энергоснабжения потребителей, как подключенных, так и не подключенных к централизованной энергосистеме, с использованием возобновляемых источников энергии.This utility model relates to energy, and more particularly to energy supply systems for consumers, both connected and not connected to a centralized energy system, using renewable energy sources.

Уровень техники.The level of technology.

Известна система энергоснабжения, использующая ветроэлектрическую установку с генератором переменного тока в сочетании с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), тоже имеющим генератор переменного тока (П.П.Безруких, А.К.Сокольский, Б.П.Харитонов "Системы гарантированного электроснабжения автономных потребителей на основе возобновляемых источников энергии" Труды 3-й Международной научно-технической конференции "Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве". 14-15 мая 2003 г. Москва, Часть 4, стр.3). При низкой скорости ветра выработка энергии идет за счет работы ДВС, вращающего электрический генератор, от которого электроэнергия может напрямую поступать на нагрузку или через выпрямитель и зарядное устройство запасаться в аккумуляторных батареях (АБ). С помощью инвертора постоянное напряжение преобразуется в переменное, обеспечивая питание нагрузки от АБ во время остановки ДВС.A well-known power supply system using a wind electric installation with an alternator in combination with an internal combustion engine (ICE), also having an alternator (P.P. Bezrukikh, A.K. Sokolsky, B.P. Kharitonov, "Systems of guaranteed power supply of autonomous consumers based on renewable energy sources "Proceedings of the 3rd International Scientific and Technical Conference" Energy Supply and Energy Saving in Agriculture. May 14-15, 2003 Moscow, Part 4, p. 3). At low wind speeds, energy is generated through the operation of an internal combustion engine, which rotates an electric generator, from which electricity can directly be supplied to the load or stored in batteries (AB) through a rectifier and charger. Using an inverter, the constant voltage is converted into alternating voltage, providing power to the load from the battery during the stop of the internal combustion engine.

Однако при пуске ДВС электрический генератор переменного тока создает всплески перенапряжения, часто приводящие к нарушениям работы электронного блока инвертора, причем инвертор вырабатывает переменный ток, не синхронизированный по фазе с генератором переменного тока ДВС, и поэтому их нельзя использовать совместно на питание одной нагрузки. Кроме того, далеко не вся мощность ДВС используется для заряда АБ, снижая КПД системы и увеличивая продолжительность заряда АБ.However, when starting an internal combustion engine, an electric alternator generates surges, which often lead to disturbances in the operation of the inverter electronic unit, and the inverter generates alternating current that is not phase-synchronized with the internal combustion engine alternator, and therefore they cannot be used to supply a single load. In addition, not all ICE power is used to charge the battery, reducing the efficiency of the system and increasing the duration of the battery charge.

Наиболее близкой по технической сущности (прототипом) к настоящей полезной модели является система энергоснабжения, раскрытая в патенте РФ №2257656. Она включает в себя возобновляемый источник энергии, двигатель внутреннего сгорания, мотор-генератор постоянного тока, накопитель электроэнергии в виде АБ, инвертор напряжения и блок управления. С помощью мотор-генератора постоянного тока и двигателя внутреннего сгорания энергию углеводородного топлива превращают в электроэнергию постоянного тока и направляют в АБ, а избыток электроэнергии в инвертор напряжения и далее к потребителям.The closest in technical essence (prototype) to this utility model is the power supply system disclosed in RF patent No. 2257656. It includes a renewable energy source, an internal combustion engine, a DC motor-generator, an energy storage device in the form of an AB, a voltage inverter and a control unit. Using a DC motor generator and an internal combustion engine, the energy of hydrocarbon fuel is converted into direct current electricity and sent to AB, and the excess electricity to a voltage inverter and then to consumers.

В аккумуляторные батареи электроэнергию подают также по крайней мере от одного возобновляемого источника энергии, например, солнечной батареи и от электросети переменного тока (при ее наличии).The batteries are also supplied with electricity from at least one renewable energy source, for example, a solar panel and from an alternating current mains (if any).

Использование в известных системах бесперебойного энергоснабжения в качестве накопителей энергии (буферных элементов) аккумуляторных батарей обуславливает наличие следующих недостатков этих систем.The use in known systems of uninterrupted power supply as energy storage devices (buffer elements) of storage batteries leads to the following disadvantages of these systems.

Характерной особенностью аккумуляторных батарей является большое внутреннее электрическое сопротивление, не позволяющее заряжать и разряжать их большим током за короткое время.A characteristic feature of rechargeable batteries is a large internal electrical resistance, which does not allow them to be charged and discharged with high current in a short time.

Аккумуляторные батареи не способны также отдавать значительную мощность за короткое время, скомпенсировав таким образом потребность потребителя, например, в запуске мощного асинхронного электродвигателя. Поэтому для компенсации значительных пиковых нагрузок необходимо увеличение количества аккумуляторных батарей. Кроме того, уровень мощности, получаемый от возобновляемых источников энергии, например, ветра и солнца, имеет неравномерно зависящий от времени, случайный характер. Крайне желательно использовать кратковременные пиковые Rechargeable batteries are also not capable of delivering significant power in a short time, thus compensating for the consumer's need, for example, to start a powerful asynchronous electric motor. Therefore, to compensate for significant peak loads, an increase in the number of batteries is necessary. In addition, the level of power received from renewable energy sources, such as wind and the sun, is unevenly dependent on time, random in nature. It is highly advisable to use short-term peak

мощности, получаемые, например, от ветрогенератора, что практически невозможно при применении аккумуляторных батарей.power received, for example, from a wind generator, which is almost impossible when using batteries.

Поскольку уровень напряжения на выходе ветрогенератора - случайная величина, зависящая от скорости ветра, для адаптации этого напряжения для эффективности зарядки аккумуляторных батарей необходим стабилизатор напряжения, КПД которого не превышает 90%.Since the voltage level at the output of the wind generator is a random variable depending on the wind speed, a voltage stabilizer is required for the battery charging efficiency to be effective, the efficiency of which does not exceed 90%.

Сущность полезной модели.The essence of the utility model.

Задачей настоящей полезной модели является создание системы бесперебойного электроснабжения потребителей, лишенной указанных недостатков.The objective of this utility model is to create a system of uninterrupted power supply to consumers, devoid of these shortcomings.

Эта задача решена благодаря использованию в заявляемой системе энергоснабжения, в отличие от прототипа в качестве накопителя электроэнергии батареи конденсаторов большой емкости. Двигатель внутреннего сгорания включается в то время, когда батарея конденсаторов разряжена до нижнего уровня допустимого напряжения и уровень электрической мощности, получаемой от ветрогенератора и солнечных батарей, слишком мал для ее заряда. Это дает возможность экономично расходовать топливо ДВС. Кроме того, использование в качестве буферного элемента батареи конденсаторов позволяет эффективно сглаживать пики потребляемой в нагрузке мощности (при токах порядка сотен ампер) без существенного увеличения количества конденсаторов.This problem is solved thanks to the use of the claimed power supply system, in contrast to the prototype, as a power storage device, a battery of capacitors of large capacity. The internal combustion engine turns on at a time when the capacitor bank is discharged to the lower level of permissible voltage and the level of electric power received from the wind generator and solar panels is too small for its charge. This makes it possible to economically consume ICE fuel. In addition, the use of capacitors as a buffer element allows efficient smoothing of the peaks of the power consumed in the load (at currents of the order of hundreds of amperes) without a significant increase in the number of capacitors.

Напряжение конденсаторных батарей может изменяться в широких пределах, поэтому между ветрогенератором и батареей конденсаторов применять стабилизатор не нужно.The voltage of capacitor banks can vary widely, so there is no need to use a stabilizer between the wind generator and the capacitor bank.

Другой особенностью заявляемой системы энергоснабжения является наличие в ней устройства согласования, обеспечивающего подключение Another feature of the claimed energy supply system is the presence in it of a matching device that provides connection

батареи конденсаторов на зарядку к тому источнику энергии, который в момент подключения отдает наибольшую мощность.capacitor batteries for charging to the source of energy, which at the time of connection gives the greatest power.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

На фиг.1 представлен вариант блок-схемы системы энергоснабжения в соответствии с настоящей полезной моделью с использованием в районе эксплуатации, где отсутствует электросеть, снабжающая потребителей.Figure 1 presents a variant of a block diagram of a power supply system in accordance with the present utility model, using in the area of operation where there is no power supply network supplying consumers.

На фиг.2 представлен вариант системы с использованием наряду с возобновляемыми источниками энергии и существующей электросети.Figure 2 presents a variant of the system using, along with renewable energy sources and the existing power grid.

Раскрытие полезной модели.Disclosure of a utility model.

Система бесперебойного энергоснабжения, представленная на блок-схеме выполнена и функционирует следующим образом. При наличии ветра достаточной мощности ветродвигатель вращает бесконтактный многофазный магнитоэлектрический генератор переменного тока (ЭГ), напряжение от которого преобразуется в постоянное и заряжает батарею конденсаторов (БК). При наличии солнечной энергии достаточной мощности на зарядку батареи конденсаторов поступает энергия солнечной батареи. Блок управления (БУ) контролирует степень заряда батареи конденсаторов. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) запускается по команде блока управления (сигнал 1) от мотор-генератора (МГ) в то время, когда батарея конденсаторов разряжена до нижнего уровня допустимого напряжения и уровень электрической мощности, получаемой от электрогенератора и солнечных батарей, слишком мал для ее заряда. При этом магнитоэлектрический мотор-генератор получает питание от батареи конденсаторов через тиристорный блок. Устройство согласования по команде блока управления (сигнал 2) подключает на зарядку батареи конденсаторов тот источник, который в рассматриваемый момент времени отдает наибольшую мощность. При наличии мощности на выходе электрогенератора, либо солнечной батареи, при уровне зарядки батареи The uninterrupted power supply system presented on the block diagram is made and operates as follows. In the presence of sufficient wind power, the wind motor rotates a non-contact multiphase magnetoelectric alternating current (EG) generator, the voltage from which is converted to constant and charges the capacitor bank (BC). In the presence of sufficient solar energy, the energy of the solar battery is supplied to charge the capacitor bank. The control unit (CU) controls the degree of charge of the capacitor bank. The internal combustion engine (ICE) is started at the command of the control unit (signal 1) from the motor generator (MG) at a time when the capacitor bank is discharged to the lower level of permissible voltage and the level of electric power received from the generator and solar panels is too small for her charge. In this case, the magnetoelectric motor generator is powered by a capacitor bank through a thyristor unit. The matching device, by command of the control unit (signal 2), connects the source that charges the greatest power at the moment in time to charge the capacitor bank. If there is power at the output of the generator or solar battery, with the battery level

конденсаторов, соответствующем верхнему допустимому пределу по напряжению, мощность по команде блока управления (сигнал 3) направляется устройством согласования в блок резисторов (БР), где она преобразуется в тепловую энергию, используемую для отопления. Функция устройства согласования состоит в выявлении источника энергии, отдающего наибольшую мгновенную мощность, присоединении его к батарее конденсаторов для их зарядки или блоку резисторов, а также питания мотор-генератора от батареи конденсаторов для запуска ДВС.capacitors corresponding to the upper permissible voltage limit, the power at the command of the control unit (signal 3) is sent by the matching device to the resistor unit (BR), where it is converted into thermal energy used for heating. The function of the matching device is to identify the energy source that gives the greatest instantaneous power, connect it to a capacitor bank to charge them or a block of resistors, and also power the motor-generator from the capacitor bank to start the internal combustion engine.

В качестве ДВС может быть использован бензиновый, газовый, либо дизельный двигатель внутреннего сгорания.As an internal combustion engine, a gasoline, gas, or diesel internal combustion engine can be used.

В процессе работы уровень постоянного напряжения батареи конденсаторов меняется, а переменное напряжение в нагрузке должно соответствовать существующим требованиям по амплитуде, частоте, коэффициенту синусоидальности и т.п. Поэтому стабилизатор обеспечивает постоянство уровня подаваемого на инвертор постоянного напряжения, а инвертор обеспечивает удовлетворение требованиям этих параметров за счет применения широтно-импульсной модуляции при управлении блоком полевых транзисторов. Однако, уровень мощности, отдаваемой в нагрузку, прямо пропорционально связан с уровнем напряжения на батарее конденсаторов.During operation, the constant voltage level of the capacitor bank changes, and the alternating voltage in the load must comply with existing requirements for amplitude, frequency, sinusoidal coefficient, etc. Therefore, the stabilizer ensures a constant level of DC voltage supplied to the inverter, and the inverter ensures the satisfaction of the requirements of these parameters through the use of pulse-width modulation when controlling a block of field-effect transistors. However, the power delivered to the load is directly proportional to the voltage level across the capacitor bank.

При наличии в районе эксплуатации системы энергоснабжения электросети даже ненадежной, она также может рассматриваться в качестве дополнительного источника электроэнергии, наряду с возобновляемым источником и ДВС (фиг.2).If there is even an unreliable power supply system in the area of operation, it can also be considered as an additional source of electricity, along with a renewable source and internal combustion engine (figure 2).

Claims (1)

Система энергоснабжения, включающая в себя по меньшей мере один возобновляемый источник энергии, а также периодически включаемый двигатель внутреннего сгорания, запускаемый мотор-генератором, и вращающий электрический генератор, накопитель электроэнергии и инвертор напряжения, отличающаяся тем, что накопитель электроэнергии выполнен в виде батареи конденсаторов большой емкости, а система дополнительно снабжена устройством согласования, обеспечивающим выбор источника энергии наибольшей мгновенной мощности, подключаемого к батарее конденсаторов для их зарядки.

An energy supply system including at least one renewable energy source, as well as a periodically switched on internal combustion engine, started by a motor generator, and a rotating electric generator, an electric energy storage device and a voltage inverter, characterized in that the electric energy storage device is made in the form of a large capacitor bank capacities, and the system is additionally equipped with a matching device that provides the choice of the energy source of the greatest instantaneous power connected to the battery capacitors to charge them.