СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНОЙ КОНТЕЙНЕРНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЕЙ И СИСТЕМА ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO CONTROL AUTONOMOUS CONTAINER ELECTRIC POWER STATION AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Предлагаемое изобретение относится к производству, преобразованию и распределению энергии, а именно к способу управления автономной контейнерной электростанцией и системе его осуществления.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является патент РФ на полезную модель №122212, МПК H02J 7/32 «Автономная электростанция». Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в автономных энергоустановках, работающих независимо от сети централизованного энергоснабжения. Требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, достигается в устройстве, содержащем генератор электрической энергии в виде дизельной генераторной установки, выпрямительно-зарядное устройство, блок аккумуляторных батарей, контроллер управления и блок автоматической замены масла, при этом контроллер управления выполнен с возможностью приема команд управления от удаленного диспетчерского пункта и передачи ему данных контроля состояния автономной электростанции.
Недостатком данной полезной модели является отсутствие альтернативных источников получения электроэнергии при аварии блока функционирования дизельной генераторной установки.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа управления автономной контейнерной электростанцией и системы его осуществления, обеспечивающего автономное бесперебойное электроснабжение потребителя за счет генерации электрической энергии дополнительными альтернативными источниками и за счет создания системы управления, обеспечивающей выбор оптимального режима генерации электрической энергии при минимальных затратах.
Поставленная задача выполнена за счет того, что способ управления автономной контейнерной электростанцией заключается в том, что генерируют электрическую энергию посредством дизельной генераторной установки, заряжают аккумуляторные батареи от дизельной генераторной установки, контролируют требуемый уровень заряда центральным контроллером управления, принимают/передают посредством центрального контроллера управления сигналы от блока функционирования дизельной генераторной установки и аккумуляторной батареи на блок дистанционного управления. Генерируют электрическую энергию посредством дополнительных альтернативных источников энергии, а именно как минимум одного ветрогенератора с блоком функционирования и как минимум одной солнечной панели с блоком функционирования. Выполняют различные алгоритмы управления электростанцией в зависимости от режима функционирования каждого из блоков функционирования. Остаточную энергию аккумулируют в блоке аккумуляторных батарей. Постоянное напряжение с блока функционирования ветрогенератора и блока функционирования солнечной панели через шину низкого напряжения направляют в блок функционирования инверторов, который преобразует его в переменное напряжение для выходных сетей нагрузки, при этом электростанцию, при необходимости, подключают к внешним сетям через устройство подключения внешних сетей. Посредством центрального контроллера управления выбирают оптимальный режим работы при минимальных затратах, осуществляя сбор информации со всех блоков функционирования, анализируя информацию и тестируя оборудование на правильность работы, причем после анализа и тестирования посредством центрального контроллера управления прогнозируют возникновение аварийных ситуаций и, в случае больших расхождений, через систему интернет посредством центрального контроллера управления выдают предупреждение оператору. Посредством блока функционирования ветрогенератора генерируют электрическую энергию под воздействием ветрового потока, обеспечивают поступление электрической энергии в виде переменного тока на контроллер ветрогенератора, а посредством контроллера ветрогенератора преобразуют переменный ток в постоянное напряжение и подают его на шину низкого напряжения, при этом обеспечивают собственный алгоритм управления контроллера ветрогенератора, а посредством центрального контроллера управления контролируют работу контроллера ветрогенератора используя информацию с датчика измерения общего тока заряда контроллера ветрогенератора, датчика измерения напряжения блока аккумуляторных батарей и датчика измерения скорости ветра. Обеспечивают невмешательство центрального контроллера управления в работу локального контроллера ветрогенератора, а, в случае необходимости, останавливают ветрогенератор посредством устройства торможения, например ручного. Посредством блока функционирования солнечной панели генерируют электрическую энергию под воздействием солнца, после чего направляют электрическую энергию в виде переменного тока на контроллер солнечной панели, а посредством контроллера солнечной панели преобразуют постоянный ток от солнечной панели в постоянное напряжение и подают его на шину низкого напряжения, при этом обеспечивают собственный алгоритм управления контроллера солнечной панели. Посредством центрального контроллера управления контролируют работу контроллера солнечной панели, используя информацию с датчика измерения общего тока заряда контроллера ветрогенератора, с датчика измерения токов заряда и с датчика измерения напряжения блока аккумуляторных батарей. Обеспечивают невмешательство центрального контроллера управления в работу контроллера солнечной панели, а охлаждают контроллер солнечной панели посредством вентилятора охлаждения. Аккумулируют энергию, поступающую от блока функционирования ветрогенератора и блока функционирования солнечной панели в блоке аккумуляторных батарей, а затем используют накопленную в блоке аккумуляторных батарей энергию, в случае если мощность источников энергии от блока функционирования ветрогенератора и блока функционирования солнечной панели меньше мощности источников потребителей выходных сетей нагрузки. В случае снижения напряжения на блок аккумуляторных батарей ниже допустимого уровня, подают энергию от блока функционирования дизельной генераторной установки для аварийного заряда блока аккумуляторных батарей, а также, в случае аварии блока функционирования инверторов, подают напряжение от блока функционирования дизельной генераторной установки на сети нагрузки станции. Осуществляют аварийный прогрев контейнера электростанции посредством возможностей блока функционирования дизельной генераторной установки. Посредством центрального контроллера управления контролируют уровень топлива во внешнем баке, при этом обеспечивают невмешательство центрального контроллера управления в работу локальных систем управления блоком функционирования дизельной генераторной установкой. Посредством центрального контроллера управления подключают внешние сети, в случае разряда блока аккумуляторных батарей ниже заданного рабочего уровня или невозможности получения энергии от блока функционирования ветрогенератора, блока функционирования солнечной панели, блока функционирования дизельной генераторной установки. Посредством блока функционирования инверторов преобразуют постоянное напряжение, поступающее от блока функционирования ветрогенератора, блока функционирования солнечной панели или блока аккумулированных батарей в переменное напряжение для выходных сетей нагрузки станции. Обеспечивают возможность обратного преобразования переменного напряжения, поступающего на вход блока функционирования инверторов от внешних сетей или блока функционирования дизельной генераторной установки, в постоянное напряжение для шины низкого напряжения. Посредством устройства подключения нагрузки электростанции через центральный контроллер управления переменное напряжение от блока функционирования инверторов или от блока функционирования дизельной генераторной установки подключают к выходным сетям нагрузки электростанции. Посредством устройства аварийного подключения подключают выходное напряжение блока функционирования дизельной генераторной установки к входным сетям блока функционирования инверторов, а также посредством устройства аварийного подключения подключают внешние сети к устройству подключения нагрузки электростанции.
Система управления автономной контейнерной электростанцией содержит генератор электрической энергии в виде дизельной генераторной установки с внешним топливным баком и системой подкачки топлива из внешнего бака и системой функционирования, блок аккумуляторных батарей дизельной генераторной установки, центральный контроллер управления с системой дистанционного управления и системой подключения к интернету, датчики температуры и шину. Система выполнена с обеспечением возможности подключения к внешним сетям через устройство подключения внешних сетей и содержит дополнительные генераторы электрической энергии в виде как минимум одного ветрогенератора с блоком функционирования и как минимум одной солнечной панели с блоком функционирования. Система также дополнительно содержит блок аккумуляторных батарей и инверторы с блоком функционирования инверторов. Шина выполнена в виде шины низкого напряжения. Система также дополнительно снабжена устройством подключения нагрузки станции, устройством подключения дизельной генераторной установки, устройством аварийного подключения, датчиком измерения внутренней температуры контейнера, датчиком измерения уличной температуры, вентиляторами охлаждения контроллеров солнечных панелей, воздушным клапаном отбора тепла дизельной генераторной установки для нужд контейнера, воздушными клапанами приточного и вытяжного воздуха, вентилятором вытяжного воздуха, датчиком измерения скорости ветра, датчиком измерения выходной мощности станции, ключом управления устройствами подключения дизельной генераторной установки и внешних сетей, ключом управления устройством подключения нагрузки станции, ключом управления дизельной генераторной установки, ключом управления вентиляцией станции, ключом управления станции. Блок функционирования ветрогенератора, блок функционирования солнечной панели подключены к шине низкого напряжения и связаны с центральным контроллером управления. Инверторы подключены к шине низкого напряжения и внешним сетям, а блок функционирования инверторов связан с центральным контроллером управления через датчики измерения токов инверторов на шине низкого напряжения и датчик контроля выходного напряжения инверторов. Блок функционирования дизельной генераторной установки связан с центральным контроллером управления и внешними сетями через устройство подключения дизельной генераторной установки. Датчик измерения внутренней температуры контейнера, датчик измерения уличной температуры, вентиляторы охлаждения контроллеров солнечных панелей, воздушный клапан отбора тепла дизельной генераторной установки для нужд контейнера, воздушные клапаны приточного и вытяжного воздуха, вентилятор вытяжного воздуха, датчик измерения скорости ветра, ключ управления устройствами подключения дизельной генераторной установки и внешних сетей, ключ управления устройством подключения нагрузки станции, ключ управления дизельной генераторной установки, ключ управления вентиляцией станции и ключ управления станции связаны с центральным контроллером управления, причем датчик измерения выходной мощности и устройство подключения нагрузки станции соединены с центральным контроллером управления и выходными сетями нагрузки станции. Устройство аварийного подключения напрямую связано с внешними сетями, а через сигнализацию положения устройства аварийного подключения - с центральным контроллером управления. Блок аккумуляторных батарей связан с шиной низкого напряжения, с датчиками измерения тока заряда/разряда аккумуляторных батарей и с датчиком измерения напряжения аккумуляторных батарей, а эти датчики, в свою очередь, связаны с центральным контроллером управления. Блок функционирования дизельной генераторной установки выполнен в виде устройства заряда аккумулятора дизельной генераторной установки, соединенного с аккумулятором дизельной генераторной установки, который, в свою очередь, связан с дизельной генераторной установкой, внешнего топливного бака, соединенного с системой подкачки топлива из внешнего бака и датчиком измерения топлива во внешнем топливном баке, который, в свою очередь, соединен с центральным контроллером управления, а также датчика измерения выходной мощности дизельной генераторной установки и датчика измерения выходного напряжения дизельной генераторной установки, которые, в свою очередь, соединены с центральным контроллером управления. Блок функционирования ветрогенератора выполнен в виде ветрогенератора, связанного с контроллером ветрогенератора, который, в свою очередь, связан с шиной низкого напряжения, устройства торможения, которое связано с ветрогенератором и центральным контроллером управления, датчика измерения тока заряда контроллера ветрогенератора, который соединен с шиной низкого напряжения и с центральным контроллером управления. Блок функционирования солнечной панели выполнен в виде: солнечной панели, связанной с контроллером солнечной панели, который, в свою очередь, связан с шиной низкого напряжения и датчиком измерения тока заряда, при этом датчик измерения тока заряда связан с центральным контроллером управления, а контроллер солнечной панели связан с датчиком измерения токов внешних источников и датчиком измерения токов нагрузки потребителей, причем оба эти датчика связаны с шиной низкого напряжения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
Фиг. 1 - Функциональная схема системы управления автономной контейнерной электростанцией;
Фиг.2. - Схема взаимодействия основных блоков функционирования автономной контейнерной электростанции.
Система управления автономной контейнерной электростанцией содержит: ветрогенератор 1, солнечную панель 2, аккумуляторную батарею АКБ 3, дизельную генераторную установку 4, внешние сети 5, инверторы 6, устройство подключения нагрузки электростанции 7, устройство подключения ДГУ 8, устройство подключения внешних сетей 9, устройство аварийного подключения 10, центральный контроллер управления ЦКУ 11, устройство торможения 12, контроллер ветрогенератора 13, датчик измерения общего тока заряда контроллера ветрогенератора 14, контроллер солнечно панели 15, датчик измерения токов внешних источников 16, датчик измерения токов нагрузки потребителей 17, датчик измерения токов заряда 18, датчик измерения токов заряда/разряда АКБ 19, датчик измерения напряжения АКБ 20, аккумулятор ДГУ 21, устройство заряда аккумулятора 22, внешний топливный бак 23, систему подкачки топлива из внешнего бака 24, датчик измерения выходной мощности ДГУ 25, датчик измерения выходного напряжения ДГУ 26, датчик измерения уровня топлива во внешнем топливном баке 27, датчик измерения напряжения внешних сетей 28, шину низкого напряжения 29, датчик измерения токов инверторов на шине низкого напряжения 30, датчик контроля выходного напряжения инверторов 31, сигнализацию положения устройство переключения 32, выходные сети нагрузки 33, сигнализацию положения устройства аварийного подключения 34, датчик измерения внутренней температуры контейнера 35, датчик измерения уличной температуры 36, вентилятор охлаждения контроллер солнечной панели 37, воздушный клапан отбора тепла ДГУ для нужд контейнера 38, воздушный клапан приточного и вытяжного воздуха 39, вентилятор вытяжного воздуха 40, датчик измерения скорости ветра 41, датчик измерения выходной мощности электростанции 42, ключ управления устройствами подключения ДГУ и внешних сетей 43, ключ управления устройством подключения нагрузки электростанции 44, ключ управления ДГУ 45, ключ управления вентиляцией электростанции 46, ключ управления электростанции 47, систему подключения к интернету 48, дистанционное управление 49, блок функционирования ветрогенератора 50, блок функционирования солнечной панели 51, блок функционирования ДГУ 52, блок функционирования инверторов 53, блок аккумуляторных батарей 54. (см. фиг. 1, 2)
Блоки и их функции
Блок функционирования ветрогенератора 50.
Основная функция ветрогенератора 1 заключается в генерации электрической энергии под воздействием ветрового потока. Электрическая энергия вырабатывается в виде переменного тока, который поступает на контроллер 13 ветрогенератора 1. Контроллер 13 ветрогенератора 1 преобразует переменный ток в постоянное напряжение +48В и подает его на шину низкого напряжения 29. Контроллер 13 ветрогенератора 1 имеет собственный алгоритм управления. ЦКУ 11 не «вмешивается» в работу локального контроллера 13 ветро генераторов 1, а только контролирует работу контроллера 13 ветрогенераторов 1 используя датчики 14, 20, 41. Ветрогенератор 1, оснащен устройством торможения 12, например ручным, для остановки ветрогенераторов 1.
Блок функционирования солнечной панели 51
Основная функция солнечной панели 2 заключается в генерации электрической энергии под воздействием солнца. Электрическая энергия вырабатывается в виде постоянного тока высокого напряжения, который поступает на контроллер 15 солнечной панели 2. Контроллер 15 солнечной панели 2 преобразует ток от солнечных панелей 2 в постоянное напряжения +48В и подает его на шину низкого напряжения 29. Контроллер 15 солнечной панели 2 имеют собственный алгоритм управления. ЦКУ 11 не «вмешивается» в работу контроллера 15 солнечной панели 2, а только контролирует его работу, используя датчики 14, 18, 20. Контроллер 15 солнечной панели 2 имеет вентилятор охлаждения 37 контроллера 15 солнечной панели 2.
Блок аккумуляторных батарей АКБ 54 имеет две основные функции.
1 функция АКБ 3 заключается в аккумулировании энергии, поступающей от блока функционирования ветрогенератора 50 и блока функционирования солнечной панели 51
2 функция АКБ 3 заключается в использовании накопленной энергии, когда мощность источников энергии от блока функционирования ветрогенератора 50 и блока функционирования солнечной панели 51 меньше мощности источников потребителей выходных сетей нагрузки электростанции 33.
Блок функционирования дизельной генераторной установки ДГУ 52 имеет несколько основных функций
1 функция заключается в использовании энергии блока функционирования ДГУ 52 для аварийного заряда АКБ 3, в случае снижения напряжения на АКБ 3 ниже допустимого уровня.
2 функция заключается в подаче напряжения от блока функционирования ДГУ 52 на сети нагрузки электростанции 33, в случае аварии инверторов 6.
3 функция заключается в аварийном прогреве контейнера электростанции от блока функционирования ДГУ 52 в зимнее время года.
Блок функционирования ДГУ 52 дополнительно оснащен внешним топливным баком 23. Для подкачки из внешнего топливного бака 23 используется локальная система подкачки топлива 24. Система подкачки топлива 24 не управляется ЦКУ 11. Локальная система подкачки топлива 24 состоит из датчиков измерения уровня топлива 27 с промежуточным реле и топливным насосом (не показано).
Для запуска ДГУ 4 используют аккумулятор ДГУ 21. Аккумулятор ДГУ 21 заряжается от устройства заряда аккумулятора 22.
Внешние сети 220/380В.
Основная функция заключается в использовании энергии внешних сетей 5 в случае разряда АКБ 3 ниже заданного рабочего уровня.
Блок функционирования инверторов 53 выполняет две основные функции.
1 функция заключается в прямом преобразовании постоянного напряжения +48В, поступающего от блока функционирования ветрогенератора 50, блока функционирования солнечной панели 51 или блока аккумулированных батарей 54 в переменное напряжение 220/380В для выходных сетей нагрузки электростанции 33.
2 функция заключается в обратном преобразовании переменного напряжения 220/380В, поступающего на вход блока функционирования инверторов 53 от внешних сетей 5 или блока функционирования ДГУ 52, в постоянное напряжение +48В для шины низкого напряжения 29.
Устройство подключения нагрузки электростанции 7.
Основная функция устройства подключения нагрузки электростанции 7 заключается в подключении к выходным сетям нагрузки электростанции 33 переменного питания 220/380В от блока функционирования инверторов 53 или блока функционирования ДГУ 52.
Устройство подключения ДГУ 8
Основная функция устройства подключения ДГУ 8, заключается в подключении к входным сетям нагрузки 33 блока функционирования инверторов 53 и выходного напряжения с блока функционирования ДГУ 52.
Устройство подключения внешних сетей 9
Основная функция устройства подключения внешних сетей 9 заключается в подключении к входным сетям блока функционирования инверторов 53 внешних сетей 5.
Устройство аварийного подключения 10 выполняет две функции.
1 функция заключается в аварийном подключении к входным сетям блока функционирования инверторов 53 выходного напряжения с блока функционирования ДГУ 52.
2 функция заключается в аварийном подключении к входу устройства подключения нагрузки электростанции 7 внешних сетей 5.
Центральный контроллер управления ЦКУ. Основное назначение ЦКУ 11 контроль, управление оборудованием электростанции. Через ЦКУ 11 осуществляют сбор информации, передачу информации на дистанционное управление 49, управление оборудованием через дистанционное управление 49. ЦКУ 11 тестирует оборудование на предмет правильности работы, прогнозирует возникновение возможных аварийных ситуаций. Определяет последовательность действий при возникновения нештатных ситуаций.
В ЦКУ 11 встроена система подключения к интернету 48 и (система эмуляции) дистанционное управление 49.
Способ управления автономной контейнерной электростанцией.
Способ управления автономной контейнерной электростанцией заключается в том, что генерируют электрическую энергию посредством дизельной генераторной установки 4, заряжают аккумуляторные батареи 3 от дизельной генераторной установки, контролируют требуемый уровень заряда центральным контроллером управления 11, принимают/передают посредством центрального контроллера управления 11 сигналы от блока функционирования дизельной генераторной установки 52 и аккумуляторной батареи 21 на блок дистанционного управления 49 через центральный контроллер управления 11. Генерируют электрическую энергию посредством дополнительных альтернативных источников энергии, а именно как минимум одного ветрогенератора 1 с блоком функционирования 50 и как минимум одной солнечной панели 2 с блоком функционирования 51. Выполняют различные алгоритмы управления электростанцией в зависимости от режима функционирования каждого из блоков функционирования. Остаточную энергию аккумулируют в блоке аккумуляторных батарей 54. Постоянное напряжение с блока функционирования ветрогенератора 50 и блока функционирования солнечной панели 51 через шину низкого напряжения 29 направляют в блок функционирования инверторов 53, который преобразует его в переменное напряжение для выходных сетей нагрузки 33, при этом электростанцию, при необходимости, подключают к внешним сетям 5 через устройство подключения внешних сетей 9. Посредством центрального контроллера управления 11 выбирают оптимальный режим работы при минимальных затратах, осуществляя сбор информации со всех блоков функционирования, анализируя информацию и тестируя оборудование на правильность работы, причем после анализа и тестирования посредством центрального контроллера управления 11 прогнозируют возникновение аварийных ситуаций и, в случае больших расхождений, через систему интернет 48 посредством центрального контроллера управления 11 выдают предупреждение оператору. Посредством блока функционирования ветрогенератора 50 генерируют электрическую энергию, под воздействием ветрового потока, обеспечивают поступление электрической энергии в виде переменного тока на контроллер ветрогенератора 13, а посредством контроллера ветрогенератора 13 преобразуют переменный ток в постоянное напряжение и подают его на шину низкого напряжения 29, при этом обеспечивают собственный алгоритм управления контроллера ветрогенератора 13, а посредством центрального контроллера управления 11 контролируют работу контроллера ветрогенератора 13, используя информацию с датчика измерения общего тока заряда контроллера ветрогенератора 14, датчика измерения напряжения блока аккумуляторных батарей 20 и датчика измерения скорости ветра 41. Обеспечивают не вмешательство центрального контроллера управления 11 в работу локального контроллера ветрогенератора 13, а, в случае необходимости, останавливают ветрогенератор 1 посредством устройства торможения 12, например ручного. Посредством блока функционирования солнечной панели 51 генерируют электрическую энергию, под воздействием солнца, после чего направляют электрическую энергию в виде переменного тока на контроллер солнечной панели 15, а посредством контроллера солнечной панели 15 преобразуют постоянный ток от солнечной панели 2 в постоянное напряжение и подают его на шину низкого напряжения 29, при этом обеспечивают собственный алгоритм управления контроллера солнечной панели 15. Посредством центрального контроллера управления 11 контролируют работу контроллера солнечной панели 15, используя информацию с датчика измерения общего тока заряда контроллера ветрогенератора 14, с датчика измерения токов заряда  18 и с датчика измерения напряжения блока аккумуляторных батарей 20. Обеспечивают невмешательство центрального контроллера управления 11 в работу контроллера солнечной панели 15, а охлаждают контроллер солнечной панели 15 посредством вентилятора охлаждения 37. Аккумулируют энергию, поступающую от блока функционирования ветрогенератора 50 и блока функционирования солнечной панели 51 в блоке аккумуляторных батарей 54, а затем используют накопленную в блоке аккумуляторных батарей 54 энергию, в случае если мощность источников энергии от блока функционирования ветрогенератора 50 и блока функционирования солнечной панели 51 меньше мощности источников потребителей выходных сетей нагрузки 33. В случае снижения напряжения на блок аккумуляторных батарей 54 ниже допустимого уровня, подают энергию от блока функционирования дизельной генераторной установки 52 для аварийного заряда блока аккумуляторных батарей 54, а также, в случае аварии блока функционирования инверторов 53, подают напряжение от блока функционирования дизельной генераторной установки 52 на сети нагрузки станции 33. Осуществляют аварийный прогрев контейнера электростанции посредством возможностей блока функционирования дизельной генераторной установки 52. Посредством центрального контроллера управления 11 контролируют уровень топлива во внешнем баке 23, при этом обеспечивают невмешательство центрального контроллера управления 11 в работу локальных систем управления блоком функционирования дизельной генераторной установкой 52. Посредством центрального контроллера управления 11 подключают внешние сети 5, в случае разряда блока аккумуляторных батарей 54 ниже заданного рабочего уровня или невозможности получения энергии от блока функционирования ветрогенератора 50, блока функционирования солнечной панели 51, блока функционирования дизельной генераторной установки 52. Посредством блока функционирования инверторов 53 преобразуют постоянное напряжение, поступающее от блока функционирования ветрогенератора 50, блока функционирования солнечной панели 51 или блока аккумулированных батарей 54 в переменное напряжение для выходных сетей нагрузки 33 станции. Обеспечивают возможность обратного преобразования переменного напряжения, поступающего на вход блока функционирования инверторов 53 от внешних сетей 5 или блока функционирования дизельной генераторной установки 52, в постоянное напряжение для шины низкого напряжения 29. Посредством устройства подключения нагрузки электростанции 7 через центральный контроллер управления 11 переменное напряжение от блока функционирования инверторов 53 или от блока функционирования дизельной генераторной установки 52 подключают к выходным сетям нагрузки 33 электростанции. Посредством устройства аварийного подключения 10 подключают выходное напряжение блока функционирования дизельной генераторной установки 52 к входным сетям блока функционирования инверторов 53, а также посредством устройства аварийного подключения 10 подключают внешние сети 5 к устройству подключения нагрузки электростанции 7.
Описание работы системы управления автономной контейнерной электростанцией.
Блок функционирования ветрогенератора 50 состоит из ветрогенератора 1, устройства торможения 12, контроллера ветрогенераторов 13, датчика измерения общего тока заряда 14, датчика измерения скорости ветра 41, датчика измерения напряжения 20.
Блок функционирования ветрогенератора 50 - это локальная система управления. Контроллеры ветрогенераторов 13, входящие в блок функционирования ветрогенератора 50 имеют собственные прошитые алгоритмы управления.
Блок функционирования ветрогенератора 50 выполняет следующие задачи. Преобразует переменный ток от ветрогенераторов 1 в постоянное напряжение +48В и управляет работой ветрогенераторов 1, в зависимости от скорости вращения ветрогенераторов 1.
ЦКУ 11 не вмешивается в работу блока функционирования ветрогенератора 50. ЦКУ 11 только контролирует работу блока функционирования ветрогенератора 50 с помощью внешних датчиков.
С этой целью на вход 25в ЦКУ 11 от датчика измерения общего тока заряда контроллера ветрогенератора 14 передается информация в виде общего тока заряда от контроллеров ветрогенераторов 13.
На вход 33в ЦКУ 11 от датчика измерения скорости ветра 41 передается информация о скорости ветра.
На вход 9в ЦКУ 11 от датчика измерения измерения напряжения 20 передается информация о напряжении на блок АКБ 54.
Сравнивая данные в виде тока заряда (датчик 14), скорости ветра (датчик 41) и напряжения на блок АКБ 54 (датчик 20), ЦКУ 11 оценивает правильность работы блока функционирования ветрогенератора 50. В случае больших расхождений, через систему интернета 48 ЦКУ 11 выдает предупреждение оператору. В случае торможения ветрогенератора 1 с помощью устройства торможения 12, на входы 29в, 30в, 31в, 32в ЦКУ 11 поступает информация: ветрогенератор 1 заблокирован.
Блок функционирования солнечной панели 51 состоит из солнечных панелей 2, контроллеров солнечных панелей 15, датчиков измерения токов внешних источников 16, датчиков измерения токов нагрузки потребителей 17, датчиков измерения токов заряда 18, вентилятора охлаждения контроллеров солнечных панелей 37, датчика измерения напряжения 20.
Блок функционирования солнечной панели 51 - это локальная система управления. Контроллеры солнечных панелей 15, входящие в блок функционирования солнечной панели 51, имеют собственные прошитые алгоритмы управления.
Блок функционирования солнечной панели 51 выполняет следующие задачи. Преобразуют входное напряжение от блока функционирования солнечной панели 51 в постоянное напряжение +48В и регулируют общий ток заряда АКБ 3 на шине низкого напряжения 29. С этой целью к контроллерам солнечных панелей 15 подключены датчики измерения тока внешних источников 16 и датчики измерения тока нагрузки потребителей 17. Контроллер солнечных панелей 15 вычисляет общий ток заряда для блока АКБ 54 как сумму собственного тока заряда и разности между токами внешних источников (датчики 16) и токами нагрузки потребителей (датчики 17). Если эта сумма меньше максимально допустимого тока заряда блока АКБ 54, контроллер солнечных панелей 15 добавляет собственный ток заряда на шину низкого напряжения 29. Если эта сумма больше максимально допустимого тока заряда АКБ 3, контроллер солнечных панелей 15 уменьшает собственный ток заряда на шине низкого напряжения 29. ЦКУ 11 не вмешивается в работу блока функционирования солнечной панели 51. ЦКУ 11 только контролирует работу блока функционирования солнечной панели 51 с помощью внешних датчиков.
С этой целью на вход 25в ЦКУ 11 от датчика измерения общего тока заряда 14 передается информация в виде общего тока заряда от контроллеров ветрогенераторов 13.
На вход 26в, 27в ЦКУ 11 от датчиков измерения токов зарядов 18 передается информация в виде токов заряда от контроллеров солнечных панелей 15.
На вход 9в ЦКУ 11 от датчика измерения напряжения АКБ 20 передается информация о напряжении на блок АКБ 54.
Сравнивая данные в виде тока заряда контроллеров ветрогенераторов (датчик 14), тока заряда контроллеров солнечных панелей (датчик 18) и напряжения на блок АКБ 54 (датчик 20), ЦКУ 11 оценивает правильность работы контура управления солнечных панелей 2. В случае больших расхождений, через систему интернета 48 ЦКУ 11 выдает предупреждение оператору.
Блок функционирования солнечной панели 51 имеет локальную систему охлаждения. На входы 26в, 27в ЦКУ 11 с датчиков измерения токов заряда 18 поступает информация о величине токов заряда контроллеров солнечных панелей 15. Если величина токов заряда контроллеров солнечных панелей 15 превышает заданную величину (параметр настраивается), ЦКУ 11 на выход 28в выдает команду на включение вентиляторов охлаждения контроллера солнечной панели 37.
Блок функционирования ДГУ 52 состоит из ключа управлении ДГУ 45, датчиков измерения выходной мощности 25 выходной мощности ДГУ 4, датчиков измерения выходного напряжения 26, датчика измерения напряжения АКБ 20, датчика измерения уровня топлива во внешнем баке 27, локальной системы подкачки топлива из внешнего бака 24 в бак ДГУ 4, локальной системы устройства заряда аккумулятора 22.
Для перевода блока функционирования ДГУ 52 в положение автоматическая работа («авто») необходимо перевести в положение «авто» ключ управления 45, сигнал поступает на вход 19в ЦКУ 11, и перевести в положение «авто» ключ управления электростанцией 47, сигнал поступает на вход 36в ЦКУ 11.
Блок функционирования ДГУ 52 имеет две локальные системы управления. Локальную систему подкачки топлива из внешнего бака 24 в бак ДГУ 4 и локальную систему заряда аккумулятора 22. ЦКУ 11 не «вмешивается» в работу локальных систем управления, а только контролирует уровень топлива во внешнем топливном баке 23. Сигнал поступает на вход 20в ЦКУ 11 от датчика уровня топлива во внешнем топливном баке 27.
Примеры работы автономной контейнерной электростанции в различных ситуациях.
Ситуация 1
Разряд блока АКБ 54 ниже допустимого аварийного уровня.
Для реализации данного режима дополнительно необходимо перевести в положение «авто» ключ управления устройствами подключения нагрузки электростанции 44 (устройство подключения ДГУ 8, устройство подключения внешних сетей 9), сигнал поступает на вход 4в ЦКУ 11.
В случае разряда блока АКБ 54 ниже допустимого аварийного уровня, сигнал с датчика измерения напряжения АКБ 20 поступает на вход 9в ЦКУ 11. ЦКУ 11 проверяет свои выходы 1в, 2в на состояние «отключено» устройств подключения 8, 9 и вход 18 с датчика сигнализации положения устройства аварийного подключения 34 на состояние «выключено» устройства аварийного подключения 10. Если все нормально, ЦКУ 11 выдает команду на выход 23в и включает ДГУ 4. После определенной задержки (параметр настраивается) ЦКУ 11 опрашивает свой вход 22в на получение информации с датчика измерения выходного напряжения ДГУ 26 о наличие выходного напряжения с блока функционирования ДГУ 52. Если сигнал «истина», ЦКУ 11 выдает команду на свой выход 1в и включает устройство подключения ДГУ 8. При этом выходное напряжение от блока функционирования ДГУ 52 поступает на вход блока функционирования инверторов 53. Блок функционирования инверторов 53 обратным преобразованием преобразует переменное напряжение 220/380В, поступающее на вход блока функционирования инверторов 53 от блока функционирования ДГУ 52, в постоянное напряжение +48В, для шины низкого напряжения 29. Происходит аварийный заряд блока АКБ 54.
После получения сигнала с датчика измерения напряжения 20, поступающего на вход 9в ЦКУ 11, о достижении заряда блока АКБ 54 до минимально допустимого уровня, ЦКУ 11 снимает сигнал со своего выхода 1в и отключает устройство подключения ДГУ 8. Затем ЦКУ 11 снимает сигнал с выхода 23в и отключает ДГУ 4.
Ситуация 2
Авария в блоке функционирования инверторов 53.
Для реализации данного режима дополнительно необходимо перевести в положение «авто» ключ управления устройствами подключения ДГУ и внешних сетей (устройство подключения нагрузки электростанции 7), сигнал поступает на вход 13в ЦКУ 11.
В случае аварии в блоке функционирования инверторов 53, сигнал «активно» с датчика контроля выходного напряжения инверторов 31 поступает на вход 14в ЦКУ 11. ЦКУ 11 проверяет свой выход 1в на состояние «отключено» устройства подключения ДГУ 8 и вход 18в с датчика сигнализации положения устройства аварийного подключения 34 на состояние «выключено» устройства аварийного подключения 10. Если все нормально, ЦКУ 11 выдает команду на выход 23в и включает ДГУ 4. После определенной задержки (параметр настраивается) ЦКУ 11 опрашивает свой вход 22в, на получении информации с датчика измерения выходного напряжения ДГУ 26 о наличии выходного напряжения с блока функционирования ДГУ 52. Если сигнал «истина», ЦКУ 11 выдает команду на свой выход 15в и переключает устройство подключения нагрузки 7 к выходному напряжению блока функционирования ДГУ 52. В данном положении электростанция будет находиться до тех пор, пока не будет устранена авария в блоке функционирования инверторов 53. Сигнал с датчика контроля выходного напряжения инверторов 31, поступающий на вход 14в ЦКУ 11, должен перейти в состояние «пассивно».
Ситуация 3
Снижение внутренней температуры в контейнере электростанции ниже заданного аварийного значения.
Для реализации данного режима дополнительно необходимо перевести в положение «авто» ключ управления вентиляцией электростанции 46, сигнал поступает на вход 4в ЦКУ 11.
Таким образом, в случае снижения внутренней температуры в контейнере электростанции ниже заданного аварийного значения, сигнал с датчика температуры измерения внутренней температуры контейнера 35 поступает на вход 34в ЦКУ 11. ЦКУ 11 проверяет свои выходы 1в, 2в, 23в на состояние «отключено» устройств подключения ДГУ 8, устройства подключения внешних сетей 9 и ДГУ 4, а также вход 18в с датчика сигнализации положения устройства аварийного подключения 34 на состояние «выключено» устройства аварийного подключения 10. Если все нормально, ЦКУ 11 выдает команды на выходы 23в, 24в и включает ДГУ 4 и открывает воздушный клапан отбора тепла ДГУ для нужд контейнера 38.
ДГУ 4 будет работать до тех пор, пока на вход 34в ЦКУ 11 с датчика измерения внутренней температуры контейнера 35 не поступит сигнал о повышении температуры в контейнере выше заданного аварийного значения.
Если в процессе прогрева контейнера на вход 9в ЦКУ 11 с датчика измерения напряжения АКБ 20 поступит сигнал об аварийном уровне заряда блока АКБ 54, ПКУ 11 дополнительно отработает алгоритм для случая аварийного разряда АКБ 3 ниже допустимого уровня.
Управление устройством подключения ДГУ 8 и устройством подключения внешних сетей 9 состоит из ключа управления устройствами подключения ДГУ и внешних сетей 43, устройства подключения ДГУ 8, устройства подключения внешних сетей 9 и устройства аварийного подключения 10, датчика измерения напряжения внешних сетей 28, внешних сетей 5, датчика сигнализации положения устройства аварийного подключения 34.
Для автоматического управления устройством подключения ДГУ 8 и устройством подключения внешних сетей 9 необходимо перевести в положение «авто» ключ управления устройствами подключения ДГУ и внешних сетей 43, сигнал поступает на вход 4в ЦКУ 11, и перевести в положение «авто» ключ управления электростанцией 47, сигнал поступает на вход 36в ЦКУ 11.
Ситуация 4
Разряд АКБ 3 ниже заданного рабочего уровня.
В случае разряда АКБ 3 ниже заданного рабочего уровня, сигнал с датчика измерения напряжения АКБ 20 поступает на вход 9в ЦКУ 11. ЦКУ 11 проверяет свои выходы 1в, 2в на состояние «отключено» устройств подключения 8, 9 и входы 18в, 3в с датчиков 34 на состояние «выключено» устройства аварийного подключения 10 и датчика 28 на наличия напряжения внешних сетей 5. Если все нормально, ЦКУ 11 выдает команду на свой выход 2в и включает устройство подключения внешних сетей 9. При этом выходное напряжение от внешних сетей 5 поступает на вход блока функционирования инверторов 53. Блок функционирования инверторов 53 обратным преобразованием преобразует переменное напряжение 220/380В, поступающее от внешних сетей-5, в постоянное напряжение +48В, для шины низкого напряжения 29. Происходит рабочий заряд блока АКБ 54.
После получения сигнала с датчика измерения напряжения АКБ 20, поступающего на вход 9в ЦКУ 11, о достижении заряда АКБ 3 до верхнего рабочего уровня, ЦКУ 11 снимает сигнал со своего выхода 2в и отключает устройство подключения внешних сетей 9, тем самым отключая напряжение внешних сетей 5 от блока функционирования инверторов 53.
В процессе рабочего заряда АКБ 3 от внешних сетей 5 ЦКУ 11 сравнивает мощность источников питания от блока функционирования ветрогенератора 50 и блока функционирования солнечной панели 51 с мощностью нагрузки выходных сетей нагрузки 33. Мощность источников питания от блока функционирования ветрогенератора 50 и блока функционирования солнечной панели 51 вычисляют, используя данные с входов 9в, 25в, 26в, 27в ЦКУ 11 от датчиков 20, 14, 18. Мощность нагрузки выходных сетей нагрузки 33 вычисляют, используя данные с входов 17в ЦУ 11 от датчика измерения выходной мощности электростанции 42.
Если мощность источников питания от блока функционирования ветрогенератора 50 и блока функционирования солнечной панели 51 больше мощности нагрузки выходных сетей нагрузки 33, ЦКУ 11 также снимает сигнал со своего выхода 2в, отключая устройство подключения внешних сетей 9. Таким образом, давая возможность заряжаться АКБ 3 от блока функционирования ветрогенератора 50 и блока функционирования солнечной панели 51.
Управление устройством подключения нагрузки электростанции 7.
В управлении устройством подключения нагрузки электростанции 7 участвуют ключ управления устройством подключения нагрузки электростанции 44, устройство подключения нагрузки электростанции 7, датчик сигнализации положения устройства переключения 32, датчик измерения выходной мощности электростанции 42.
Для автоматического управления устройством подключения нагрузки электростанции 7 необходимо перевести в положение «авто» ключ управления устройством подключения нагрузки электростанции 44, сигнал поступает на вход 13в ЦКУ 11, и перевести в положение «авто» ключ управления электростанцией 47, сигнал поступает на вход 36в ЦКУ 11.
В исходном состоянии устройство подключения нагрузки электростанции 7 находится в нейтральном положении. К выходным сетям нагрузки электростанции 33 не подключены выходы переменного напряжения блока функционирования инверторов 53 и выходы переменного напряжения ДГУ 4. После перевода ключа управления устройством подключения нагрузки электростанции 44, ключ управления электростанцией 47 в положение «авто», сигналы поступают на входы 13в, 36в ЦКУ 11, ЦКУ 11 проверяет свой вход 14в (датчик 31), на отсутствие сигнала «авария» выходного напряжения блока функционирования инверторов 53. Если авария отсутствует, ЦКУ 11 выдает команду на свой выход 15, включает устройство подключения нагрузки электростанции 7 и подключает к выходным сетям нагрузки электростанции 33 выход переменного напряжения блока функционирования инверторов 53.
В случае если на вход 14в ЦКУ 11 с датчика 31 поступает сигнал «авария» выходного напряжения блока функционирования инверторов 53, ЦКУ 11 переходит к выполнению алгоритма в соответствии с ситуацией 2.
Управления вентиляцией электростанции.
В управлении вентиляцией электростанцией участвуют ключ управления вентиляцией электростанции 46, датчик измерения внутренней температуры контейнера 35, датчик измерения уличной температуры 36, воздушный клапан отбора тепла ДГУ для нужд контейнера 38, воздушный клапан приточного и вытяжного воздуха 39, вентилятор вытяжного воздуха 40.
Для управления вентиляцией электростанции в автоматическом режиме необходимо перевести в положение «авто» ключ управления вентиляцией электростанции 46, сигнал поступает на вход 7в ЦКУ 11. Для работы вентиляции электростанции в автоматическом режиме не требуется дополнительно переводить в положение «авто» ключ управления электростанцией 47.
Вентиляция электростанции предназначена для поддержания необходимой температуры внутри контейнера в летнее и зимнее время года. В летнее время года температура не должна подниматься выше заданной величины, в зимнее время года температура не должна опускаться ниже заданной величины.
Информация с датчика измерения внутренней температуры контейнера 35 и с датчика измерения уличной температуры 36 поступает на вход 34в и 35в ЦКУ 11. Если внутренняя температура в контейнере в летнее время года превышает заданный уровень (значение настраивается), ЦКУ 11 выдает команды на собственные выходы 5в, 6в и открывает воздушные клапаны приточного и вытяжного воздуха 39 и включает вентилятор вытяжного воздуха 40. Если температура в контейнере в зимнее время года опустится ниже заданного аварийного значения (параметр настраивается), ЦКУ 11 переходит к выполнению алгоритма в соответствии с ситуацией 3.
Все вышесказанное говорит о выполнении поставленной технической задачи и о промышленной применимости заявленного способа управления автономной контейнерной электростанцией и системы для ее осуществления.
Перечень позиций:
1 Ветрогенератор
2 Солнечная панель
3 Аккумуляторная батарея АКБ
4 Дизельная генераторная установка
5 Внешние сети
6 Инверторы
7 Устройство подключения нагрузки электростанции
8 Устройство подключения ДГУ
9 Устройство подключения внешних сетей
10 Устройство аварийного подключения
11 Центральный контроллер управления ЦКУ
12 Устройство торможения
13 Контроллер ветрогенератора
14 Датчик измерения общего тока заряда контроллера ветрогенератора
15 Контроллер солнечной панели
16 Датчик измерения токов внешних источников
17 Датчик измерения токов нагрузки потребителей
18 Датчик измерения токов заряда
19 Датчик измерения токов заряда/разряда АКБ
20 Датчик измерения напряжения АКБ
21 Аккумулятор ДГУ
22 Устройство заряда аккумулятора
23 Внешний топливный бак
24 Система подкачки топлива из внешнего бака
25 Датчик измерения выходной мощности ДГУ
26 Датчик измерения выходного напряжения ДГУ
27 Датчик измерения уровня топлива во внешнем топливном баке
28 Датчик измерения напряжения внешних сетей
29 Шина низкого напряжения
30 Датчик измерения токов инверторов на шине низкого напряжения
31 Датчик контроля выходного напряжения инверторов
32 Сигнализация положения устройства переключения
33 Выходные сети нагрузки
34 Сигнализация положения устройства аварийного подключения
35 Датчик измерения внутренней температуры контейнера
36 Датчик измерения уличной температуры
37 Вентилятор охлаждения контроллера солнечной панели
38 Воздушный клапан отбора тепла ДГУ для нужд контейнера
39 Воздушный клапан приточного и вытяжного воздуха
40 Вентилятор вытяжного воздуха
41 Датчик измерения скорости ветра
42 Датчик измерения выходной мощности электростанции
43 Ключ управления устройствами подключения ДГУ и внешних сетей
44 Ключ управления устройством подключения нагрузки электростанции
45 Ключ управления ДГУ
46 Ключ управления вентиляцией электростанции
47 Ключ управления электростанции
48 Система подключения к интернету
49 Дистанционное управление
50 Блок функционирования ветрогенератора
51 Блок функционирования солнечной панели
52 Блок функционирования ДГУ
53 Блок функционирования инверторов
54 Блок аккумуляторных батарей