СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к энергетике, в частности к электроснабжению потребителей, подключенных к электроэнергетической системе, работающей на возобновляемых и/или не возобновляемых источниках энергии, и может быть использована при организации электроснабжения ответственных потребителей с нагрузкой большой мощности, чем генерирующие устройства и энергоисточники.
Известна система автономного электроснабжения потребителей (Р.Ф. патент на изобретение №2208890, приор. 06.02.2002 г.) решающая задачу расширения диапазона используемых мощностей возобновляемых источников энергии, при высоком коэффициенте использования энергии источников не только в режимах, когда мощность источника выше номинальной, но и в режимах, когда мощность ниже выбранной.
Система содержит устройства преобразования возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока, каждое из которых снабжено блоком согласования, и накопитель, подключенный к инвертору.
Недостатком этой системы является то, что в случае недостатка мощности поднятие напряжения за счет вольт-добавки приведет к падению напряжения за счет понижения значения силы тока.
Расширение диапазона используемых мощностей системы автономного электроснабжения потребителей за счет установки дополнительных устройств преобразования энергии возобновляемых источников энергии в энергию переменного тока и за счет устройств преобразования энергии не возобновляемых источников энергии в энергию переменного тока не возможно т.к. отсутствует управление параметрами устройств преобразования.
Известна так же, система автономного электроснабжения потребителей (Р.Ф. патент на изобретение №2153752, приор. 07.05.1999 г - прототип) решающая задачу электроснабжения потребителей, подключенных к электрической системе, работающей на возобновляемых источниках энергии. Система повышает надежность электроснабжения потребителей за счет увеличения длительности режима потребления пиковых нагрузок потребителем, вследствие использования накопителя с требуемой емкостью.
Система включает устройства преобразования возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока, каждое из которых соединено с блоком согласования с характеристиками накопителя, который имеет, соединенные последовательно: генератор, выпрямитель и стабилизатор. Блоки согласования с
характеристиками накопителя параллельно подключены к входу накопителя, а инверторы к выходу накопителя.
Отсутствие блока управления мощностями тока, производимого устройствами (УП) преобразования возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока не позволяет подключить дополнительные устройства (УП) преобразования, чем ограничивается мощность системы. Характеристики устройств (УП) преобразования, а именно: напряжение и мощность, различные и без блока управления мощностями их не возможно между собой согласовать. Расширение диапазона используемых мощностей системы автономного электроснабжения потребителей без наличия блока управления мощностями не возможно.
Эксплуатационное обслуживание одного накопителя, как правило, расположенного вблизи устройств преобразования в относительной дали от потребителя затруднено т.к. потребует отключение всей системы и потребителей.
При такой структуре системы устройства (УП) преобразования, имеющие различные напряжения и значения мгновенной мощности потребуют сложных элементов управления, в особенности устройств (УП) работающих на возобновляемых источниках энергии.
Полезная модель позволяет в системе автономного электроснабжения потребителей расширить диапазон используемых мощностей устройств (УП) за счет их количества и обеспечения возможности использования устройств (УП) преобразования возобновляемых и не возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока, а так же повысить надежность ее работы.
При выполнении системы с числом выходов блока управления мощностями равным числу инверторов и числу накопителей обеспечивается повышение надежности системы за счет дискретности элементов инверторов и накопителей, возможность применения стандартных маломощных инверторов, что приводит к общему снижению затрат на эксплуатацию и повышает ремонтопригодность.
Это достигается в системе автономного электроснабжения потребителей, включающей, устройства (УП) преобразования возобновляемых и/или не возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока, каждое из которых снабжено блоком согласования соединенным с ним, и накопитель, подключенный к инвертору.
Новым является то, что в нее введен дополнительно, по меньшей, мере, один накопитель и блок управления мощностями, размещенный между блоками согласования и накопителями, каждый из которых параллельно подсоединен к выходу блока управления
мощностями и к входу инвертора, блоки согласования подсоединены к входам блока управления мощностями, выход которого соединен с входом инвертора, при этом блок управления мощностями соединен сигнальными кабелями с каждым из устройств (УП).
Система автономного электроснабжения может дополнительно содержать, по меньшей, мере, один инвертор, а блок управления мощностями дополнительно иметь, по меньшей мере, один выход, при этом число выходов блока управления мощностями равно числу инверторов и числу накопителей.
Введение в систему автономного электроснабжения потребителей дополнительно, по меньшей, мере, одного накопителя т.е наличие как минимум двух и более накопителей обеспечивает возможность их размещения в непосредственной близости к потребителю. При обрыве связи между накопителем и блоком управления мощностями потребитель обеспечивается электроэнергией на время емкости накопителя, достаточной для восстановления связей т.е. повышается надежность работы системы.
Наличие блока управления мощностями, размещенного между блоками согласования и накопителями, каждый из которых параллельно подсоединен к выходу блока управления мощностями и к входу инвертора, а так же подсоединение блоков согласования к входам блока управления мощностями, выход которого соединен с входом инвертора обеспечивает возможность подключения дополнительных мощностей устройств (УП). Выходные параметры устройств (УП) преобразования возобновляемых и/или не возобновляемых источников энергии по параметрам напряжения и мощности различны и только блок управления мощностями может обеспечить единое значение напряжения и баланс мощности необходимый для работы накопителя и потребителя.
Блок управления мощностями соединен сигнальными кабелями с каждым из устройств (УП), что обеспечивает регулирование параметров мощности устройств (УП) и номинальную мощность для работы всей системы, а так же расширение диапазона используемых мощностей за счет увеличения количества устройств (УП).
Т.о. расширяется диапазон используемых мощностей устройств (УП) за счет их количества и обеспечения возможности использования устройств (УП) преобразования возобновляемых и не возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока.
Наличие дополнительно, по меньшей, мере, одного инвертора т.е. двух и более инверторов, а так же исполнение блока управления мощностями с, по меньшей мере, одним дополнительным выходом и выполнение системы с числом выходов блока управления мощностями равным числу инверторов и числу накопителей обеспечивает повышение надежности системы за счет дискретности элементов инверторов и
накопителей и возможность применения стандартных маломощных инверторов, что приводит к общему снижению затрат на эксплуатацию и повышает ремонтопригодность.
На фиг.1 изображена система автономного электроснабжения потребителей с двумя накопителями и инвертором
На фиг.2 изображена система автономного электроснабжения потребителей с четырьмя накопителями и инверторами.
Система автономного электроснабжения потребителей, содержит устройства 1 (УП) преобразования возобновляемых и/или не возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока, имеющие управляющие органы (на фиг. не показаны), каждое из которых снабжено блоком 2 согласования, соединенным с ним силовым кабелем. В качестве устройств 1 (УП) могут быть использованы: ветроагрегаты и гидроагрегаты, преобразующие энергию воды и ветра в электрическую энергию переменного тока, а так же солнечные батареи, преобразующие энергию солнечного света в электрическую энергию постоянного тока. Кроме того, могут быть использованы устройства преобразования, работающие на не возобновляемых источниках, например, дизель-бензо электростанции, паровые турбоагрегаты, газовые турбины и пр.
Блок 3 управления мощностями, размещен между блоками 2 согласования и накопителями 4, которых может быть два, три, четыре и более. Каждый из накопителей 4 (фиг.1) параллельно подсоединен силовым кабелем к выходу блока 3 управления мощностями и к входу инвертора 5. Блоки 2 согласования подсоединены силовыми кабелями к входам блока 3 управления мощностями, выход которого соединен с входом инвертора 5. Каждый инвертор 5 соединен с нагрузкой потребителя 6. На фиг.1 инвертор 5 соединен с нагрузкой двух потребителей 6. Потребители 6 могут быть подсоединены к инвертору 5 и в большем количестве. Блок 3 управления мощностями соединен сигнальными кабелями с каждым из устройств 1 (УП).
Блок 3 управления мощностями выполняет функции коммутации силовых электрических связей системы для стабилизации мощности на его выходе с выдачей управляющих сигналов на органы управления устройств 1 (УП).
При использовании специально изготовленных для данной системы устройств 1 (УП) преобразующих энергию возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока (УП) блок 2 согласования будет включать только выпрямитель 7 и стабилизатор 8. При не специально изготовленных устройствах 1 (УП) преобразования возобновляемых и не возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока блок 2 согласования будет включать преобразователь напряжения 9 (увеличивающий или понижающий напряжение), выпрямитель 7 и стабилизатор 8. В
качестве преобразователя напряжения 9 могут быть использованы трансформаторы, умножители напряжения и делители напряжения. Внутренние связи элементов блока 2 согласования выполнены силовыми кабелями.
На (фиг.2) изображена схема исполнения системы автономного электроснабжения имеющая дополнительно, по меньшей, мере, один инвертор 5 т.е. она должна содержать два и более инверторов 5. Соответственно блок 3 управления мощностями дополнительно содержит, по меньшей мере, один выход, при этом число выходов блока 3 управления мощностями равно числу инверторов 5, числу накопителей 4 и числу потребителей 6.
Система автономного электроснабжения работает следующим образом:
Устройства 1 (УП) преобразуют энергию возобновляемых и/или не возобновляемых источников в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенератора (на фиг. не обозначен). При применении специально изготовленных для данной системы устройств 1 (УП) преобразующих энергию возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока в блоке 2 согласования переменный ток преобразуется в постоянный ток посредством выпрямителя 7 и с помощью стабилизатора 8 стабилизируется напряжение.
При не специально изготовленных устройствах 1 (УП) преобразующих энергию возобновляемых и не возобновляемых источников блок 2 согласования будет включать преобразователь напряжения 9 (увеличивающий или понижающий напряжение). Напряжение переменного тока преобразуется в напряжение соответствующее напряжению всей системы. Ток из переменного преобразуется в постоянный посредством выпрямителя 7 и напряжение стабилизируется стабилизатором 8.
Из блока 2 согласования постоянный ток соответствующего напряжения поступает на входы блока 3 управления мощностями, выполняющего функции коммутации, стабилизации мощности и выдачи управляющих сигналов на устройства 1 (УП). Он обеспечивает возможность работы не специально спроектированных по напряжению и мощности устройств 1 (УП) преобразующих энергию возобновляемых и/или не возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока т.к. обеспечивает баланс энергии между накопителями 4 и нагрузкой потребителей 6. Блок 3 управления мощностями соединен сигнальными кабелями с каждым из устройств 1 (УП) по которым проходят управляющие сигналы, которые регулируют мощность каждого из устройств 1 (УП) вплоть до остановки т.о. обеспечивая рациональный расход топлива в устройствах преобразования не возобновляемых источников энергии, за счет работы устройств преобразования возобновляемых источников энергии. Например, энергии возобновляемых источников достаточно для работы всей системы. В этом случае блок
управления мощностями 3 подаст сигнал на устройства 1 (УП) преобразования энергии не возобновляемых источников вплоть до остановки.
В случае использования в системе автономного электроснабжения потребителей устройств 1 (УП) преобразования энергии не возобновляемых источников блок 3 управления мощностями подает сигналы на останов, снижение или увеличение мощности, что ведет к снижению расхода топлива. Т.о. расширяется диапазон используемых мощностей устройств (УП) за счет их количества и обеспечения возможности использования устройств (УП) преобразования возобновляемых и не возобновляемых источников энергии в электрическую энергию переменного тока.
Схема, изображенная на фиг.1 характерна для мощностей до 100 кВт. Схема, изображенная на фиг.2 характерна для мощностей более 100 кВт.
На фиг.1 Электрическая энергия из выхода блока 3 управления мощностями подается на вход инвертора 5 и накопителей 4. В момент большого потребления электроэнергии (в режимах суточных пиковых нагрузок) потребителем 6 недостаток мощности, вырабатываемой устройствами 1 (УП) компенсируется накопителями 4. При этом, устройства 1 (УП) работают в стабильном базовом режиме т.к. резкое изменение нагрузок у потребителя компенсируется накопителями 4.
На фиг.2. Электрическая энергия из выходов блока 3 управления мощностями подается на силовую линию, каждая из которых связана с потребителем 6. На каждой силовой линии накопитель 4 и инвертор 5.
За счет разбивки большой мощности тока с блока 3 управления мощностями на линии к каждому потребителю 6 (за счет дискретности элементов инверторов и накопителей) повышается надежность системы автономного электроснабжения, а так же обеспечивается возможность применения стандартных маломощных инверторов, что приводит к общему снижению затрат на эксплуатацию и повышает ремонтопригодность.