Система автономного электроснабжения


 


Владельцы патента RU 2530743:

Общество с ограниченной ответственностью "ГРАТОН-СК" ООО "ГРАТОН-СК" (RU)

Система автономного электроснабжения относится к области электроэнергетики. Технический результат - повышение перегрузочной способности системы в автономном режиме работы при возникновении пиковых и дополнительных нагрузок путем обеспечения параллельной работы инвертора и электрогенератора. Задача решена за счет того, что в схему дополнительно введены блок синхронизации и распределения нагрузки с информационным входом и двумя информационными выходами и блок управления возбуждением генератора, а первый выход блока синхронизации и распределения нагрузки соединен посредством блока управления возбуждением с системой управления генератором, его второй выход - с системой управления ДВС, его вход - с дополнительно введенным третьим информационным выходом блока коммутации, причем первый вход инвертора соединен с выходом генератора, его первый выход - с первым входом блока коммутации, а первый выход блока коммутации подключен к потребителю электроэнергии. Обеспечение параллельной работы инвертора и электрогенератора позволяет решить проблему энергоснабжения охранной сигнализации загородного дома, на производстве и т.д. в период отсутствия электроэнергии. 1 ил.

 

Система относится к области электроэнергетики и, в частности, к системам автономного электроснабжения.

Известна система автономного электроснабжения, описанная в Википедии (ru.wikipedia.org/wiki Система автономного электроснабжения), которая выбрана в качестве прототипа настоящегоу изобретения как наиболее близкая по технической сущности.

Система является полуавтономной, т.к. обеспечивает потребителя электропитанием только во время отсутствия напряжения во внешней стационарной питающей сети.

Система содержит: ввод от внешней стационарной сети; электрогенератор с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и электростартером; блок коммутации (БК), выполняющий функции автоматического управления и слежения за системой; аккумуляторную батарею (АКБ); двунаправленный стабилизирующий инвертор, выполняющий функции преобразования переменного тока в постоянный для подзарядки АКБ при наличии напряжения сети и преобразования постоянного тока АКБ в переменный при отсутствии напряжения сети; потребителя напряжения переменного тока; систему автоматического пуска (САП) ДВС электрогенератора.

При наличии напряжения внешней электрической сети происходит зарядка АКБ системы через инвертор. После отключения сети инвертор быстро (<20 мс) переключается на питание от АКБ. БК следит за состоянием батарей и при их разряде посредством САП включает резервный источник энергии (генератор). После выхода на режим генератора БК переключает нагрузку на него, а инвертор снова начитает накапливать электроэнергию в аккумуляторные батареи. После зарядки батарей либо при перегреве генератора БК вновь переключает нагрузку на инвертор, а генератор выключается. Так происходит до появления напряжения во внешней сети.

Недостатком системы-прототипа является ее ограниченная перегрузочная способность по отношению к пиковым и дополнительным нагрузкам. Этот недостаток является следствием того, что перегрузочная способность системы ограничена допустимой перегрузочной способностью инвертора, через который проходит вся потребляемая электроэнергия.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известной системы автономного питания путем повышения ее перегрузочной способности в автономном режиме работы при возникновении пиковых и дополнительных нагрузок с помощью организации параллельной работы инвертора и электрогенератора.

Указанная задача решается за счет того, что в известную систему, содержащую: газо-бензо-дизельный электрогенератор с электростартером, систему автоматического пуска электрогенератора, двунаправленный стабилизирующий инвертор с функцией зарядного устройства, имеющий входы: первый - переменного тока для зарядного устройства и второй - постоянного тока для инвертирования в переменный ток, и выходы: первый - переменного тока для питания потребителя и второй - постоянного тока от зарядного устройства; аккумуляторную батарею с входом зарядки и выходами: первым - питания инвертора и вторым - информационным о степени заряженности батареи; блок коммутации с входами: первым и вторым силовыми переменного тока и третьим - информационным для контроля заряженности аккумуляторной батареи, и выходами: первым - силовым переменного тока для питания потребителя и вторым - информационным для управления системой автоматического пуска ДВС, выход которой подключен к системе управления ДВС; силовой выход генератора подключен ко второму силовому входу блока коммутации, его третий вход - ко второму выходу аккумуляторной батареи, ее вход - ко второму выходу инвертора, а ее первый выход - ко второму входу инвертора, согласно изобретению в систему введены дополнительно: блок синхронизации и распределения нагрузки с информационным входом и двумя информационными выходами и блок управления возбуждением генератора, а первый выход блока синхронизации и распределения нагрузки соединен посредством блока управления возбуждением с системой управления генератором, его второй выход - с системой управления ДВС, его вход - с дополнительно введенным третьим информационным выходом блока коммутации, причем первый вход инвертора соединен с выходом генератора, его первый выход - с первым входом блока коммутации, а первый выход блока коммутации подключен к потребителю электроэнергии.

На фиг.1 приведена функциональная схема системы.

Система содержит: электрогенератор 1 переменного тока, газо-бензо-дизельный ДВС 2 с электростартером, двунаправленный стабилизирующий инвертор 3 с функцией зарядного устройства, имеющий входы: первый - 4 переменного тока для зарядного устройства и второй - 5 постоянного тока для инвертирования в переменный ток, и выходы: первый - 6 переменного тока от выхода собственно инвертора и второй - 7 постоянного тока от выхода зарядного устройства; аккумуляторную батарею 8 с входом 9 зарядки и выходами: первым -10 для питания инвертора 3 и вторым - 11 информационным о степени заряженности батареи 8; блок 12 коммутации с входами: первым - 13 и вторым -14 силовыми переменного тока и третьим - 15 информационным для контроля заряженности аккумуляторной батареи, и выходами: первым - 16 силовым переменного тока для питания потребителя 17, вторым - 18 информационным для управления системой 19 автоматического пуска ДВС, третьим - 20 информационным, блок 21 синхронизации и распределения нагрузки с информационным входом 22 и двумя информационными выходами: первым - 23 и вторым 24, блок 25 управления возбуждением генератора. Выход генератора 1 соединен со входом 4 инвертора 3 и входом 14 блока 12 коммутации. Вход 5 инвертора 3 и его выход 7 соединены соответственно с выходом 10 и входом 9 аккумуляторной батареи 8, а выход 6 инвертора - со входом 13 блока 12 коммутации, вход которого 15 соединен с выходом 11 аккумуляторной батареи 8. Выходы 16, 18, 20 блока 12 коммутации соединены соответственно со входом потребителя 17 электроэнергии, со входом системы управления ДВС 2 через систему 19 автоматического пуска, со входом блока 21 синхронизации и распределения нагрузки. Выход 23 блока 21 соединен с системой возбуждения генератора 1 через блок 25 управления возбуждением, а его выход 24 - со входом системы управления ДВС 2.

Система не имеет ввода от внешней стационарной сети и работает полностью автономно. В процессе работы системы без перегрузок потребитель 17 непрерывно получает электроэнергию от АКБ 8 через инвертор 3 и БК 12 (его вход 13 соединен с выходом 16). БК 12 контролирует степень заряженности АКБ 8 по входу 15 и, по мере необходимости, посредством САП 19 периодически запускает ДВС 2, и генератор 1 через двунаправленный инвертор 3 подзаряжает АКБ 8 до напряжения необходимой величины. АКБ 8 и инвертор 3 поддерживают кратковременные пиковые нагрузки мощностью в 2-3 раза выше номинальной. При появлении избыточной дополнительной продолжительной нагрузки БК 12 по выходу 18 дает команду САП 19 на запуск ДВС 2, не дожидаясь разряда АКБ 8. После запуска ДВС 2 и выхода на режим БК 12 по выходу 20 подает команду БСРН 21 синхронизировать генератор 1 с инвертором 3. БСРН 21 анализирует информацию о частотах и фазах напряжений инвертора 3 и генератора 1, поступающую на его вход 22 с выхода 20 БК 12, и выравнивает частоты и фазы, воздействуя сигналами управления с выхода 24 на вход системы управления ДВС 2. Одновременно с этим БСРН 21 посредством БУВ 25, воздействуя на систему возбуждения генератора 1, выравнивает его напряжение с напряжением инвертора. После выравнивания частот, фаз и напряжений БК 12 подключает генератор 1 параллельно инвертору 3, подсоединяя его вход 14 к выходу 16. В течение непродолжительного отрезка времени, необходимого для запуска ДВС 2 и синхронизации генератора 1 с инвертором 3, инвертор поддерживает избыточную нагрузку потребителя 17. После параллельного подсоединения генератора 1 к инвертору 3 БСРН 21 посредством БУВ 25 увеличивает ток возбуждения генератора 1 и переводит избыток реактивной составляющей тока потребления с инвертора на генератор, а, воздействуя сигналами с выхода 24 на систему управления ДВС 2, БСРН 21 увеличивает вращательный момент на валу генератора и угол выбега его ротора, также переводя избыток активной составляющей тока потребления с инвертора на генератор. Таким образом, инвертор 3 разгружается до уровня номинальной мощности, а всю его избыточную нагрузку принимает на себя генератор 1. Если АКБ 8 разряжается до снятия дополнительной нагрузки, БСРН 21 еще больше увеличивает активную составляющую тока генератора 1, чтобы обеспечить зарядку АКБ 8 с выхода 7 инвертора 3 по входу 9. Таким образом, потребитель 17 может развить мощность, равную суммарной мощности инвертора 3 и генератора 1 без их перегрузки.

Отличительные признаки заявляемого решения находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом: повышением перегрузочной способности автономной системы электроснабжения при возникновении пиковых и дополнительных нагрузок

При изучении патентной и технической литературы авторы не нашли источника, содержащего признаки, отличающие заявляемое решение. Это позволяет считать его соответствующим критерию «новизна».

Несмотря на актуальность проблемы, аналогичное решение с указанным результатом не было предложено ранее, и оно не является очевидным для специалиста, что позволяет считать его соответствующим критерию «изобретательский уровень».

Описанная система является технически завершенной, выполнена на известной элементной базе и может быть изготовлена промышленным способом.

Система автономного электроснабжения, содержащая: газо-бензо-дизельный электрогенератор с электростартером, систему автоматического пуска электрогенератора, двунаправленный стабилизирующий инвертор с функцией зарядного устройства, имеющий входы: первый - переменного тока для питания зарядного устройства и второй - постоянного тока для инвертирования в переменный ток, и выходы: первый - переменного тока для питания потребителя и второй - постоянного тока от зарядного устройства; аккумуляторную батарею с входом зарядки и выходами: первым - питания инвертора и вторым - информационным о степени заряженности батареи; блок коммутации с входами: первым и вторым силовыми переменного тока и третьим - информационным для контроля заряженности аккумуляторной батареи, и выходами: первым - силовым переменного тока для питания потребителя и вторым - информационным для управления системой автоматического пуска ДВС, выход которой подключен к системе управления ДВС; силовой выход генератора подключен ко второму силовому входу блока коммутации, его третий вход - ко второму выходу аккумуляторной батареи, ее вход - ко второму выходу инвертора, а ее первый выход - ко второму входу инвертора, отличающаяся тем, что в нее введены дополнительно: блок синхронизации и распределения нагрузки с информационным входом и двумя информационными выходами и блок управления возбуждением генератора, а первый выход блока синхронизации и распределения нагрузки соединен посредством блока управления возбуждением с системой управления генератором, его второй выход - с системой управления ДВС, его вход - с дополнительно введенным третьим информационным выходом блока коммутации, причем первый вход инвертора соединен с выходом генератора, его первый выход - с первым входом блока коммутации, а первый выход блока коммутации подключен к потребителю электроэнергии.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, к системам электроснабжения автономных объектов с использованием в качестве первичных источников энергии солнечных батарей, а в качестве накопителей энергии - аккумуляторных батарей.

Заявляемое изобретение относится к области космической энергетики, конкретнее к бортовым системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА). Технический результат заключается в повышении эффективности использования солнечной батареи и надежности системы электропитания КА, позволяющий осуществлять возможность поддержания стабилизации номиналов напряжения постоянного и переменного тока, необходимого для питания разнообразных нагрузок КА.

Изобретение относится к системе бесперебойного электропитания и, в частности, к системе бесперебойного электропитания, имеющей упрощенную схему индикации наличия напряжения.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при проектировании автономных систем электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Изобретение относится к области энергетики, и позволяет осуществлять прецизионное регулируемое питание потребителей постоянного тока, и может быть реализовано в сложных технологических комплексах большой мощности.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности энергоснабжения.

Использование: в области электротехники. Технический результат: повышение качества и эффективности бесперебойного электроснабжения потребителей, а также увеличение ресурса работы аккумуляторов. Согласно способу напряжение постоянного тока источника стабилизируют при помощи стабилизаторов с гальванической развязкой до уровня напряжения заряда аккумулятора, при помощи стабилизаторов осуществляют параллельный заряд последовательно соединенных аккумуляторов, электропитание потребителю подают с полюсов, образованных последовательно соединенными аккумуляторами, при этом через аккумуляторы постоянно протекает ток, являющийся разницей тока разряда и тока заряда. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 6 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение бесперебойности питания в случае отказа любых собственных узлов источника электропитания. Источник содержит два входных AC/DC преобразователя и выходной DC/DC преобразователь напряжения, систему управления преобразователями и аккумуляторную батарею (АБ). Выход первого входного AC/DC преобразователя напряжения подключается через диод к нагрузке, а выход второго выходного преобразователя через другой диод - к АБ. Выходной DC/DC преобразователь напряжения включен между катодами указанных диодов после входных преобразователей. Параллельно выходному DC/DC преобразователю напряжения включен электронный ключ и выходной контактор. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнической промышленности. Способ заключается в стабилизации напряжения на нагрузках и согласовании работы первичного и вторичного источников электроэнергии, причем вначале стабилизируют напряжение на нагрузке, имеющей максимальное выходное напряжение питания посредством параллельного стабилизированного преобразователя, а стабилизацию напряжения остальных нагрузок проводят от шин питания первой нагрузки сериесными стабилизированными преобразователями, при этом согласование работы первичного и вторичного источников электроэнергии проводят только на первом уровне стабилизации напряжения. Первичный источник ограниченной мощности делят на «m» секций, силовой транзисторный ключ параллельного короткозамкнутого стабилизированного преобразователя делят на «m» единичных силовых транзисторных ключей и каждую секцию первичного источника ограниченной мощности стабилизируют соответствующим силовым транзисторным ключом параллельного стабилизированного преобразователя, при этом управление силовыми транзисторными ключами проводят от общей схемы управления с широтно-импульсным модулятором. Технический результат - повышение функциональной надёжности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автономным системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), использующих в качестве первичных источников энергии батареи фотоэлектрические (БФ), а в качестве накопителей энергии - аккумуляторные батареи (АБ). Техническим результатом изобретения является сдерживание процесса возникновения аварийной ситуации из-за нарушения энергобаланса. Это достигается тем, что одну из двух панелей солнечной батареи поворачивают с нейтрального положения по тангажу по ходу часовой стрелки, другую панель таким же образом поворачивают против хода часовой стрелки или наоборот соответственно на углы φ1, φ2, образованные продольными осями космического аппарата и передней и задней панелей солнечных батарей, при этом освещаемые плоскости панелей солнечной батареи после перекладок панелей образуют тупой угол, равный (180°+φ1+φ2); о наличии режима максимального отбора мощности фотоэлектрической батареи судят по закону изменения входного напряжения от времени на световом участке орбиты космического аппарата, при этом данную схему перекладок панелей используют для относительно малых углов β между плоскостью орбиты и направлением на Солнце, например, в диапазоне его изменения от «минус» 30° до «плюс» 30°, а допустимые углы перекладок панелей φ1доп и φ2доп определяют из условия: φ1доп≤φ1опт=arccos(R3/(R3+H1)), φ2доп≤φ2опт=arccos(R3/(R3+H2)), где φ1опт - оптимальный угол перекладки, при котором обеспечивается режим максимального отбора мощности передней панели; φ2опт - оптимальный угол перекладки, при котором обеспечивается режим максимального отбора мощности задней панели; R3 - радиус Земли; Н1 - высота орбиты КА в точке выхода его из теневого участка; Н2 - высота орбиты КА в точке входа его в теневой участок. 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при эксплуатации аккумуляторных батарей в автономных системах электропитания, в частности в системах электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ), малых космических аппаратов. Технический результат - увеличение обеспечиваемого количества заряд-разрядных циклов батареи, имеющей в своем составе последовательно соединенные основные и резервные аккумуляторы, повышение эффективности использования энергии резервных аккумуляторов. В процессе эксплуатации батареи осуществляют подзаряд от индивидуальных источников напряжения только наиболее разряженных аккумуляторов в составе батареи. Питание индивидуальных источников, которые выполнены в виде выходных каскадов преобразователя постоянного напряжения, осуществляют от резервных аккумуляторов батареи. При этом на выходах индивидуальных источников формируют напряжения, равные текущему среднему значению напряжений на аккумуляторах батареи, а для питания нагрузки используют электрическую энергию только основных аккумуляторов батареи. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при создании автономных систем электропитания (СЭП) искусственных спутников Земли (ИСЗ). Техническим результатом изобретения является повышение функциональной надежности автономной системы электропитания ИСЗ. Для достижения технического результата предлагается способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли от первичного источника ограниченной мощности, например солнечной батареи, и вторичного источника электроэнергии, например аккумуляторной батареи, заключающийся в стабилизации «n» номиналов напряжения нагрузки и согласовании работы первичного и вторичного источников электроэнергии, причем вначале стабилизируют напряжение на нагрузке, имеющей максимальное входное напряжение питания посредством параллельного короткозамкнутого стабилизированного преобразователя, содержащего силовой транзисторный ключ и схему управления с широтно-импульсным модулятором, а стабилизацию напряжения остальных нагрузок проводят от шин питания первой нагрузки сериесными стабилизированными преобразователями, при этом согласование работы первичного и вторичного источников электроэнергии проводят только на первом уровне стабилизации напряжения, кроме того, первичный источник ограниченной мощности делят на «m» секций, стабилизируемых индивидуально посредством «m» секций параллельного короткозамкнутого стабилизированного преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при создании автономных систем электропитания (СЭП) искусственных спутников Земли (ИСЗ). Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение функциональной надежности автономной системы электропитания ИСЗ.Указанный технический результат достигается тем, что предусматривают дополнительные, к «m», одну или несколько секций параллельного короткозамкнутого стабилизированного преобразователя, которые подключают через развязывающие диоды к секциям первичного источника ограниченной мощности. При этом мощность дополнительных секций параллельного короткозамкнутого стабилизированного преобразователя рассчитывают исходя из мощности допустимого количества отказавших секций параллельного короткозамкнутого стабилизированного преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к бортовым системам электропитания космических аппаратов, и может быть использовано в системе питания автоматических космических аппаратов на основе солнечных и аккумуляторных батарей. Система электропитания содержит солнечную батарею(СБ), аккумуляторную батарею (АБ), регулятор напряжения и разрядное устройство, которые выполнены в виде мостовых инверторов. Зарядное устройство, два отдельных согласующих трансформатора, систему управления с экстремальным регулированием мощности, нагрузку с различными номиналами питающего напряжения. СБ подключена к регулятору напряжения, выход которого соединен с первичной обмоткой первого трансформатора. АБ подключена к разрядному устройству, выход которого соединен с первичной обмоткой второго трансформатора и к зарядному устройству, вход которого соединен с вторичной обмоткой первого трансформатора. Вторичные обмотки первого и второго трансформаторов соединены последовательно и через выпрямитель питают нагрузку. Технический результат - повышение энергетической эффективности за счет реализации экстремального регулирования мощности как в режиме заряда АБ, так и в режиме совместного питания бортовой нагрузки от СБ и АБ. 3 ил.

Изобретение относится к энергоустановкам на топливных элементах и может использоваться при проектировании автономных, резервных и транспортных энергоустановок. В энергоустановке, содержащей генератор на топливных элементах, блок аккумуляторных батарей, три контактора, два разделительных диода, инвертор, зарядное устройство, систему автоматического управления и контроля, потребители собственных нужд, датчик напряжения генератора, коммутационные элементы и внешнюю нагрузку, контактор, подключающий внешнюю нагрузку, снабжен дополнительным силовым контактом, включенным параллельно диоду между генератором и инвертором. В результате достигается технический результат - существенно снижаются потери мощности на указанном диоде и повышается КПД энергоустановки. Кроме того, отпадает необходимость в установке мощного теплоотвода для диода, что упрощает конструкцию и повышает надежность эксплуатации энергоустановки в целом. 1ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автономным системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), использующим в качестве первичных источников энергии батареи солнечные (БС), а в качестве накопителей энергии - аккумуляторные батареи (АБ). Технический результат - повышение надежности эксплуатации КА при возникновении аварийных ситуаций, связанных с нерасчетным понижением или повышением выходного напряжения системы электроснабжения. Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания космического аппарата состоит в том, что управляют стабилизатором напряжения, зарядными и разрядными устройствами в зависимости от входного и выходного напряжения системы электропитания. При этом с помощью измерительных шунтов контролируют ток нагрузки и токи заряда-разряда аккумуляторных батарей. Кроме того, контролируют выходное напряжение системы электропитания с помощью пороговых датчиков и отключают сеансную нагрузку при достижении пороговых значений выходного напряжения. Дополнительно контролируют динамику переходных процессов изменения выходного напряжения и тока нагрузки во времени с помощью быстродействующих запоминающих устройств, которые запускают по достижении пороговых значений выходного напряжения. Повторное включение сеансной нагрузки проводят после анализа результатов запомненной динамики переходных процессов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх