Устройство для автоматического подключения и переключения источников питания нагрузки для гибридных электростанций на базе фотоэлектрических модулей, аккумуляторных батарей и дизель-генераторной установки (ДГУ)

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области электротехники и энергетики, в частности к автономным системам электроснабжения трехфазным переменным током объектов, удаленных от систем централизованного электроснабжения, при использовании возобновляемых видов энергии, например энергии солнца.
Уровень техники
Известна дизель-электрическая станция контейнерного исполнения, содержащая два дизель-электрических агрегата, включающих щит управления агрегатом и силовую установку, состоящую из дизельного двигателя, блока датчиков, блока исполнительных устройств, блока контроля параметров, блока коррекции частоты вращения вала двигателя, генератора переменного тока, регулятора напряжения генератора и блока коррекции напряжения, двух панелей переключения источников питания, блока коммутации и распределения электроэнергии переменного тока, потребителей трехфазного и однофазного переменного тока, вспомогательных потребителей однофазного переменного тока, блока ввода цепей питания, линии питания от внешней электросети, линии питания внешних потребителей, щита питания собственных нужд и системы охранно-пожарной сигнализации [RU 2345465, C1, H02K 7/18, 27.01.09].
Недостатком устройства является низкая надежность в условиях несвоевременной доставки топлива при ее автономной работе.
Известно устройство, содержащее микроконтроллер, к которому подключены два дизель-генератора, два выключателя, два блока управления, блок прогнозирования нагрузки, с подключенным входом к датчику температуры и выходом связанным с микроконтроллером, при этом вход каждого дизель-генератора соединен со своим блоком управления, а выход связан с соответствующим выключателем, выходы которых подключены к шине устройства [RU 109801, U1, F02B 63/00, 27.10.11].
Недостатком устройства также является низкая надежность в условиях несвоевременной доставки топлива при ее автономной работе.
Известно устройство, содержащее генератор электрической энергии, выполненный в виде дизельного двигателя, к выходу которого подключен синхронный генератор, выход которого подключен к нагрузке устройства, систему управления, выход которой подключен к дизельному двигателю и синхронному генератору, выпрямительно-зарядное устройство, вход которого подключен к выходу синхронного генератора и к системе управления, буферный накопитель энергии, выполненный в виде блока аккумуляторных батарей и вход которого соединен с выходом выпрямительно-зарядного устройства, автономный инвертор, вход которого подключен к выходу буферного накопителя энергии и к системе-контроллеру управления, а выход соединен с нагрузкой устройства [RU 113885, U1, H02J 7/34, 27.02.12].
Недостатком устройства является ограниченность функциональных возможностей при автономной работе.
Также известна полезная модель содержащая генератор электрической энергии в виде ДГУ, 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 [RU 122212, U1, H02J 7/32, 20.11.12].
Недостатком данной полезной модели является отсутствие альтернативных источников получения электроэнергии при аварии блока функционирования дизельной генераторной установки.
Известен способ управления автономной контейнерной электростанцией заключающийся в том, что генерируют электрическую энергию посредством ДГУ, заряжают аккумуляторные батареи от ДГУ, контролируют требуемый уровень заряда центральным контроллером управления, принимают/передают посредством центрального контроллера управления сигналы от блока функционирования ДГУ 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 [RU 2598864, C1, H02J 7/00, 27.09.2016].
Недостатком данного изобретения является зарядка аккумуляторных батарей от ДГУ, что увеличивает расход топлива ДГУ, снижает КПД системы.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является блочно-комплектное устройство электроснабжения (БКЭС), выполненное по варианту 1, сущность которого состоит в том, что БКЭС содержит блок-бокс, внутреннее пространство которого разделено перегородками по крайней мере на два отсека, снабженные отдельными входами; основной и резервный источники электроснабжения (ИЭ); коммутирующее устройство, на которое подается напряжение от основного и резервного ИЭ, и которое выполнено с возможностью подачи на свой выход напряжения от основного или резервного ИЭ в зависимости от наличия и качества напряжения основного ИЭ. При этом во втором отсеке размещен резервный ИЭ, выполненный в виде дизель-генератора. При этом основной ИЭ выполнен в виде фотоэнергетической системы, содержащей солнечные модули, и размещенные в первом отсеке блок сопряжения и управления и блок аккумуляторных батарей [RU 109801, U1, F02B 63/00, 27.10.11].
Недостатком наиболее близкого аналога заявленной полезной модели является низкая надежность при условии пасмурной погоды или отсутствия солнечного света, т.к. основным ИЭ является фотоэнергетическая система.
Сущность заявляемой полезной модели состоит в том, что, устройство содержащее программируемый контроллер, управляющий работой рубильников с моторизированными приводами, контакторов и автоматических выключателей, обеспечивающих возможность подключения и переключения фотоэлектрических модулей, аккумуляторных батарей и дизель-генераторной установки (ДГУ), при этом в случае отсутствии напряжения от фотоэлектрических модулей и аккумуляторных батарей программируемый контроллер подает команду на запуск ДГУ, а работа ДГУ продолжается до тех пор, пока контроллер не зафиксирует нормальное напряжение от фотоэлектрических модулей и аккумуляторных батарей, после чего подается команда «Стоп» на ДГУ.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности бесперебойного электроснабжения, снижение расхода топлива ДГУ путем оптимизации ее работы в системе, увеличение величины пиковой мощности, вырабатываемой в системе, без увеличения установленной мощности электрогенерирующих устройств, повышение КПД системы.
Краткое описание чертежей
Однолинейная электрическая схема устройства приведена на фигуре 1.
Осуществление полезной модели
Питание нагрузки может осуществляться от трех источников - фотоэлектрические модули (ввод 1), аккумуляторные батареи (ввод 2) и дизель-генераторная установка (ввод 3). Коммутация нагрузки осуществляется с помощью рубильников с моторизированным приводом либо с помощью контакторов. Управление работой моторизированных приводов (либо контакторов) осуществляется программируемым контроллером. Описание логики работы контроллера: при наличии нормального напряжения на Вводе 1 и Вводе 2, контроллер подает команду на включение 4QS - 7QS в левом положении. Питание с Ввода 1 на Нагрузку 1 поступает через рубильник 1QS, автоматический выключатель 1QF и далее последовательно через контакты реверсивного рубильника с моторным приводом 4QS, 6QS. Питание с Ввода 2 на Нагрузку 2 поступает через рубильник 2QS, автоматический выключатель 2QF и далее последовательно через контакты реверсивного рубильника с моторным приводом 5QS, 7QS. В этом случае питание нагрузки Выхода 2 осуществляется от Ввода 1 (фотоэлектрические модули). Программируемый контроллер может производить переключение на питание от ввода 2 (АКБ) в соответствии с заданными установками по напряжению путем подачи команды на 5QS, который переводится в правое положение. Цепь прохождения питания - Ввод 1, 1QS, 1QF, 5QS и далее как и при обычной работе 7QS, 5QF на нагрузку Выхода 2. При отсутствии напряжения на Вводе 1 (фотоэлектрические модули), выдается аналогичная команда, но при этом 4QS переводится в другое положение. При отсутствии напряжения на Вводе 1 и Вводе 2 через время Т1 подается команда на запуск ДГУ (Ввод 3). После появления нормального напряжения на Вводе 3, через время задержки Т2 контроллер подает команду на переключение 6QS, 7QS в правое положение. Работа ДГУ продолжается до тех пор, пока контроллер не зафиксирует на Вводе 1 и Вводе 2 нормальное напряжение, после чего подается команда «Стоп» на ДГУ, a 4QS, 5QS, 6QS, 7QS переключаются в левое положение. В моменты пикового потребления в случае недостаточной мощности фотоэлектрических модулей и АКБ, контроллер выдает команду на запуск ДГУ, после появления нормального напряжения на Вводе 3, через время задержки Т2, 7QS переключается в правое положение, чем обеспечивается питание нагрузки через Выход 2 от ДГУ.