SU1038996A1 - Device for feeding load with direct current - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГР ЗКИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ, содержащее секционную солнечную батарею, ком мутаторы секций солнечной батареи, буферную аккумул торную батарею, датчик контрол  зар да и разр да , аккумул торной батареи, коммутаторы цепи зар да, последовательно включенные датчик освещенности солнечной батареи, элемент НЕ, генератор импульсов , счетчик импульсов и дешифратор , выходы которого подключены к кок9«сутаторам секций солнечной батареи , отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности, оно снабжено блоком пам ти и анализатором , при этом вход анализатора подключен к выходам счетчика импульсов и блока пам ти, выходы анализатора подключены к отключающему и подключающему входам дешифратора, информационный вход блока пам ти соединен с выходом счетчика импульсов , а командный вход - с выходом | элемента НЕ. тA DIRECT CURRENT POWER SUPPLY DEVICE containing a sectional solar battery, solar cell section commutators, a backup battery, a charge and discharge control sensor, a battery, charge circuit switches, a successively connected solar sensor, an element NOT , a pulse generator, a pulse counter and a decoder, the outputs of which are connected to cocks of solar cell sections, characterized in that, in order to increase reliability, it is equipped with a memory unit and The analyzer input is connected to the outputs of the pulse counter and the memory block, the analyzer outputs are connected to the disconnecting and connecting inputs of the decoder, the information input of the memory block is connected to the output of the pulse counter, and the command input to the output | item NOT. t

Description

0000

0000

со соwith so

СП)SP)

Изобретение относитс  к электротехнике , .а более конкретно к автономч ным устройствам дл  питани  нагрузки, и может быть применено в системах i энергоснабжени  с солнечными генераторами , которые значительную часть 5 ресурса работают в услови х положительного энергетического дебаланса, а нагрузка характеризуетс  относительным посто нством.The invention relates to electrical engineering, more specifically to autonomous devices for powering the load, and can be applied in power supply systems i with solar generators, which work a significant part 5 of the resource under conditions of positive energy unbalance, and the load is characterized by relative constancy.

Известно устройство дл  питани  10 нагрузки посто нным током, содержащее секционированную солнечную бата- рею, буферные аккумул торные батареи узел контрол  с датчиками и узлы управлени  и сравнени , осуществл - 15. кицие соответствующую коммутацию солнечных и буферных батарей на шины питани  нагрузки | 1 .A device for supplying 10 loads with direct current, comprising a partitioned solar battery, a buffer battery, a monitoring node with sensors, and control and comparison nodes, is known in a known way. The switching of solar and buffer batteries to the load power bus | one .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  20 устройство, содержащее секционированную солнечную батарею, коммутаторы секций солнечной батареи, .буферную аккумул торную батарею (АБ), датчик контрол  зарада и разр да АБ, 25 коммутатор цепи ее зар да, датчик освещенности солнечной батареи с элементом НЕ, генератор импульсов и дешифратор, осуществл ющий распределение команд на отключение или подключение секций.J The closest to the proposed technical entity is a 20 device containing a partitioned solar battery, solar cell section switches, a buffer battery (AB), a charge and discharge control sensor, 25 a charge circuit switch, a solar sensor with the element NOT, a pulse generator and a decoder that distributes commands to disconnect or connect sections.

В указанном устройстве при изменении продолжительности освещени  солнечной батареи осуществл етс  соответсвук ца  коммутаци  ее секций, благодар  чему обеспечиваетс  сог- 5 ласование количеств электроэнергии, вырабатываемой солнечной батареей и потребл емой нагрузкой, а частота срабатываний ограничител  и коммутатора зар да АБ и количество ее 40 зар дно-разр дных циклов поддерживаетс  на уровне номинальных значений 2 .In this device, when the duration of illumination of the solar battery is changed, its sections are switched, so that the amounts of electricity generated by the solar battery and the load consumed by the battery are matched, and the frequency of operation of the limiter and the AB switch and the number 40 is charged. - discharge cycles are maintained at a nominal value of 2.

Недостатком данного устройства  вл етс  большое количество срабаты- 45 ваний силовых коммутирующих элементов секций солнечной батареи, что при ограниченном их ресурсе снижает Нсщежность его устройства в целом.The disadvantage of this device is a large number of trials of power switching elements of solar cell sections, which, with limited resources, reduces the safety of its device as a whole.

Использование традиционных спосо- en бов обеспечени  требуемой надежности например, резервировани , вызывает значительное увеличение массы и габаритов устройства и не всегда приемлемо .f.fThe use of traditional ways of ensuring the required reliability, for example, redundancy, causes a significant increase in the mass and dimensions of the device and is not always acceptable. F.f

Основной задачей известного решени   вл етс  поддержание энергобаланса при изменении продолжительности теневого участка. Эта цель достигаетс  путем подключени  к цепи АБ и нагрузке соответствующего 60 количества секций генератора, определ емого дешифратором по числу импульсов, зафиксированных счетчиком . При этом вследствие подсоединени  сбросовых входов счетчика и 65The main task of the known solution is to maintain the energy balance when the duration of the shadow section varies. This goal is achieved by connecting to the AB circuit and the load of the corresponding 60 number of generator sections, determined by the decoder by the number of pulses recorded by the counter. At the same time, due to the connection of the counter inputs of the counter and 65

дешифратора к выходу элемента НЕ все подключенные секции генератора в начале каждого теневого участка отключаютс , а в конце подключаютс  в соответствии с сигналом дешифратора. При такой схемной реализации, если даже продолжительность смежных теневых участков не измен етс , т.е. энергетически нет необходимости в изменении количества подключенных секций генератора, все равно два раза за каждый период изменени  условий,, освещенность-тень происходит коммутаци  одних и тех же секций генератора . Указанна  особенность приводит к избыточному количеству переключений .the decoder to the output of the element NOT all connected sections of the generator at the beginning of each shadow section are turned off, and at the end are connected in accordance with the signal of the decoder. With such a circuit implementation, even if the duration of adjacent shadow areas does not change, i.e. There is no energy need to change the number of connected generator sections; anyway, two times for each period of changing the illumination-shadow conditions, the same generator sections switch. This feature leads to an excessive number of switches.

Цель изобретени  - повышение надености устройства дл  питани  нагрузки за счет сокращени  количества срабатываний силовых коммутаторов секци генератора электроэнергии.The purpose of the invention is to increase the availability of the device for powering the load by reducing the number of actuations of the power switches of the power generator section.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  питани  нагрузки посто нным током, содержащее секционированную солнечную батарею , коммутаторы секций солнечной батареи, буферную аккумул торную батрею , датчик контрол  зар да и разр д аккумул торной батареи, коммутаторы цепи зар да, последовательно включенные датчик освещенности солнечной батареи, элемент НЕ, генератор импульсов , счетчик импульсов и дешифратор , выходы которого подключены , к коммутаторам секций солнечной батареи, снабжено блоком пам ти и анализатором, при этом входы анализатора подключены к выходам счетчика импульсов и блока пам ти, выходы анализатора соединены соответственно с отключающим и подключающим входами дешифратора, информационный вход блока пам ти соединен с выходом счетчика импульсов, а командный вход - с выходом элемента НЕ.This goal is achieved in that the device for supplying the load with direct current, comprising a partitioned solar battery, switches of solar cell sections, a battery buffer battery, a charge control sensor and a battery discharge, charge circuit switches batteries, the element NOT, the pulse generator, the pulse counter and the decoder, the outputs of which are connected to the switches of the solar cell sections, are equipped with a memory unit and an analyzer, while analyzer inputs connected to the outputs and pulse counter memory block, the analyzer outputs connected respectively to connect and disconnect the inputs of the decoder, an information input of the memory unit is connected to the output of the pulse counter, and the command input - with the output of NOT circuit.

На чертеже представлена структурна  схема устройства.The drawing shows a block diagram of the device.

Устройство содержит солнечный генератор 1 электроэнергии, разде-. ленный на секции. Секци  2 подключена к внешней цепи посто нно, а группа секций, условно показанна  на чертеже двум  секци ми 3 и 4, через коммутаторы 5 и 6, управл емые дешифратором 7. Параллельно генератору 1 электроэнергии через регул тор 8 зар да подсоединена буферна  АБ 9, состо ние которой контролируетс  датчиком 10 контрол  зар да и разр да , соединеннымс регул тором 8. Нагрузка включена параллельно АБ 9 непосредственно или через дополнительные регулирующие элементы. В состав устройства вход т также датчи 11 освещенности, последовательно соединенный с элементом НЕ 12, гене . ратор 13 и счетчик 14 импульсов, блок 15 пам ти и анализатор 16. Устройство работает следующим образом. При освещении Солнцем генератор вырабатывает электроэнергию, котора поступает в нагрузку и на зар д буферной АБ 9. Энергоотдача посто нн включенной секции 2 генератора 1 выбрана из услови  поддержани  энергетического баланса при наименьшей продолжительности теневого участка. При зЦтенении генератора 1 электроэнергии по вл етс  сигнал на выходе элемента НЕ 12, инвертирующего выход ной сигнал датчика 11 освещенности. По этому сигналу запускаетс  генератор 13 импульсов и подаетс  команда наблок пам ти дл  списывани  имеющейс  там информации в анализатор 16 После окончани  теневого участка сигнсШ с элемента НЕ 12 исчезает и выдача импульсо генератором 13 прек ращаетс  . Количество импульсов, сосчитанное счетчиком 14, пропорциональ но, продолжительности данного теневог участка. Это количество импульсов подаетс  на информационный вход блока 15 пам  ти дл  запоминани  и одновременно подаетс  в анализатор 16. В анализаторе 16 оно сравниваетс  с количеством импульсов, списанным с блока пам ти и пропорциональным продолжительности предыдущего теневого участ ка. В зависимости от знака и абсолюткого значени  разности между коли/чествами импульсов, пропорциональным длительност м данного и предыдуще ,го теневых участков, подаетс  соответствующее количество импульсов на отключающий (зрак )или подключающий (знак +) входы дешифратора 7. Дешифратор 7 вьщает команды на коммутаторы 5 и 6 дл  отключени  или подключени  необходимого количества секций 3 и 4 генератора 1 электроэнергии.. Так, например, если, данный теневой участок продолжительнее предыдущего на величину sN , соответствунадую количеству энергии от одной секции генератора 1, с выхода анализатора 16 подаетс  единичный сигнал на подключающий вход дешифратора 7, который подключает какую-либо секцию 4 параллельно секции 2 дл  компенса:ции уменьшени  поступающей в нагрузку энергии, вызванного увеличе нием теневого участка. При максимальной продолжительности теневого участка все секции 3 и 4 подключены параллельно секции 2. Таким образом, в конце теневого участка коммутируютс  не все подключенные секции 3 и 4. генератора 1, а только те, которыенеобходимы дл  компенсации в энергетическом балансе положительного (отрицательного) приращени  продолжительности теневого участка. Ввиду .того, что по р ду факторов . (например технологический разброс параметров элементов устройства) невозможно обеспечить идеально точное поддержание энергобаланса, защита АБ 9 от перезар да и глубокого разр да осуществл етс  регул тором 8 по сигналам датчика 10 контрол  зар да и разр да. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности за счет сокращени  количества срабатываний коммутатора секций. Сравнение режимов коммутации секций генератора в известном случае и в предлагаемом устройстве по сн етс  анализом их поведени  на характерных участках функционировани . В известном устройстве в начале участка отключаютс  все ранее включенные секции генератора, в течение теневого участка, все коммутируемые секции наход тс  в отключенном состо нии , в конце теневого участка подключаютс  секции генератора, соответствующие его продолжительности (если продолжитель|1ость не иэменилась , то это те же секции, которые отключились в начале теневого участ;ка ). В предлагаемом устройстве в начале и конце теневого участка никаких коммутаций секций генератора не производитс , в течение теневого участка секции, которые были подключены ранее, остаютс  во включенном ::осто нии, в начале освещенного участ ,а подключаютс  (отключаютс ) дополг нительные секции генератора только в случае, если произошло соответствующее изменение Ьродолжительности тене-вого участка по сравнению с предыдущим циклом работы устройства. В противоположном случае в предлагаемом устройстве никаких коммутаций не производитс  вовсе. Положительный эффект от применени  изобретени  заключаетс  в повышении надежности предлагаемого уст-, ройства за счет сокращени  количества срабатываний коммутаторов секций генератора электроэнергии без снижени  качества поддержани  энергетического баланса. Эффективность предлагаемого устройства подтверждаетс  количественной оценкой, проведенной дл  случа  использовани  его в течение 12 мес в составе высокогорной автоматической метеостанции, расположенной на 40 северной широты. Результаты оценки при п ти коммутируемых секци хThe device contains a solar generator 1 electricity, section-. Lenny on section. Section 2 is permanently connected to the external circuit, and a group of sections, conventionally shown in the drawing by two sections 3 and 4, through switches 5 and 6, controlled by the decoder 7. Parallel to the electric power generator 1, a buffer AB 9 is connected through the charge regulator 8, the state of which is monitored by the charge and discharge control sensor 10 connected to the controller 8. The load is connected in parallel with the battery 9 directly or through additional control elements. The device also includes light sensors 11, sequentially connected to the element NOT 12, a gene. Rator 13 and a pulse counter 14, a memory block 15 and an analyzer 16. The device operates as follows. When illuminated by the Sun, the generator generates electric power, which enters the load and is charged by the buffer AB 9. The power output of the permanently turned on section 2 of the generator 1 is chosen from the condition of maintaining the energy balance for the shortest duration of the shadow segment. When the electric power generator 1 is generated, a signal appears at the output of the HE element 12, which inverts the output signal of the illuminance sensor 11. This signal triggers a pulse generator 13 and sends a memory block command to write off the available information to the analyzer 16. After the shadow segment ends, the NOT element 12 disappears and the pulse 13 is stopped. The number of pulses counted by counter 14 is proportional to the duration of a given shade area. This number of pulses is fed to the information input of the memory unit 15 for storing and simultaneously supplied to the analyzer 16. In the analyzer 16, it is compared with the number of pulses written off the memory block proportional to the duration of the previous shadow segment. Depending on the sign and the absolute value of the difference between the number of pulses, proportional to the duration of this and the previous shadow segments, a corresponding number of pulses are applied to the switching (signal) or connecting (+ sign) inputs of the decoder 7. The decoder 7 sends commands to the switches 5 and 6 for disconnecting or connecting the required number of sections 3 and 4 of the generator 1 of electricity. For example, if this shadow section is longer than the previous one by the value of sN, corresponding to From one section of the generator 1, the output of the analyzer 16 sends a single signal to the connecting input of the decoder 7, which connects any section 4 parallel to section 2 to compensate for the decrease in energy supplied to the load caused by the increase in the shadow section. At the maximum duration of the shadow section, all sections 3 and 4 are connected in parallel to section 2. Thus, at the end of the shadow section, not all connected sections 3 and 4 of the generator 1 commute, but only those that are necessary to compensate for a positive (negative) increment in the energy balance. shadow plot. In view of the fact that a number of factors. (for example, the technological variation of the parameters of the device elements) it is impossible to ensure perfectly accurate energy balance, the protection of the AB 9 against overcharging and deep discharge is performed by the controller 8 according to the signals of the sensor 10 of the charge and discharge control. Thus, the proposed device provides increased reliability by reducing the number of triggers of the section switch. Comparison of switching modes of generator sections in a known case and in the proposed device is explained by analyzing their behavior in characteristic areas of operation. In the known device, at the beginning of the section, all previously switched on sections of the generator are turned off, during the shadow section, all switched sections are in the disconnected state, at the end of the shadow section, the sections of the generator corresponding to its duration are connected (if the duration is not changed, then those the same sections that turned off at the beginning of the shadow section; ka). In the proposed device, no switching of generator sections is performed at the beginning and end of the shadow section, during the shadow section of sections that were previously connected, remain in the on: stop, at the beginning of the illuminated section, and the additional sections of the generator are connected (disconnected) in case there was a corresponding change in the duration of the shadow area compared to the previous cycle of the device. In the opposite case, in the proposed device, no switching takes place at all. The positive effect of the application of the invention is to increase the reliability of the proposed device by reducing the number of actuations of the switches of the power generator sections without reducing the quality of maintaining the energy balance. The effectiveness of the proposed device is confirmed by a quantitative assessment carried out for the case of its use for 12 months as part of a high-altitude automatic weather station located at 40 north latitude. Evaluation results with five switched sections

солнечного генератора электроэнергии показывает, что количество срабатываний коммутаторов существенно уменьшено (10 против 2200), что в итоге обеспечивает предлагаемому устройству более высокую надежность,solar generator of electricity shows that the number of switches switches significantly reduced (10 vs. 2200), which ultimately provides the device with higher reliability,

Claims (1)

(57УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ, содержащее секционную солнечную батарею, коммутаторы секций солнечной батареи, буферную аккумуляторную батарею, датчик контроля заряда и разряда . аккумуляторной батареи, коммутаторы цепи заряда, последовательно включенные датчик освещенности солнечной батареи, элемент НЕ, генератор импульсов , счетчик импульсов и дешифратор, выходы которого подключены к коммутаторам секций солнечной батареи, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено блоком памяти и анализатором, при этом вход анализатора подключен к выходам счетчика импульсов и блока памяти, выходы анализатора подключены к отключающему и подключающему входам дешифратора, информационный вход блока памяти соединен с выходом счетчика импульсов, а командный вход - с выходом элемента НЕ.(57 DC DC LOADING DEVICE, comprising a sectional solar battery, solar cell section switches, a buffer battery, a charge and discharge control sensor. A battery, charge circuit switches, a solar light illumination sensor in series, a NOT element, a pulse generator, a pulse counter and a decoder, the outputs of which are connected to the switches of the sections of the solar battery, characterized in that, in order to increase reliability, it is equipped with a memory unit and analyzer ohm, the input analyzer connected to the outputs of the pulse counter and the storage unit, the analyzer outputs are connected to connect and disconnect the inputs of the decoder, an information input of the storage unit is connected to the output of the pulse counter, and the command input - with the output of NOT circuit.