Установка подачи электрической энергии и управление установкой
ELECTRIC POWER SUPPLY INSTALLATION AND PLANT CONTROL

Область техники
Изобретение относится к контроллеру для установки подачи электрической энергии и к установке подачи электрической энергии. Изобретение дополнительно относится к системе подачи электрической энергии и к способу для управления установкой подачи электрической энергии.
Известный уровень техники
В настоящее время более миллиарда людей существует без доступа к электрической энергии. Даже в пределах обозримого будущего 70 процентов этих людей не получат доступа к коммунальной сети электроснабжения (макросети). С одной стороны, это препятствует экономическому благополучию этих людей, включая их образование и состояние здоровья. С другой стороны, существует возрастающая потребность в электрической энергии, которая может поставляться независимо от коммунальной сети электроснабжения.
На современном рынке предлагается множество решений для достижения данной цели. Например, хотя доступны дизель-генераторы, они являются дорогостоящими в эксплуатации и - часто вследствие неудовлетворительного технического обслуживания - считаются ненадежными. Известны также маломощные установки солнечной энергетики, которые пригодны для частного использования, но имеют ограниченный диапазон емкостей и короткий срок службы и не рассчитаны на какое-либо расширение. На рынке имеются также изолированные системы (микросети), выполненные в привязке к конкретным приложениям. Высокие затраты на закупку изолированной системы в целом являются недостатком, как и тот факт, что в общем случае монтаж может быть осуществлен только опытным специалистом. Кроме того, изолированные системы данного типа обладают малой гибкостью и лишь ограниченной способностью к расширению. Во многих случаях новые и старые изолированные системы не могут быть объединены между собой или могут быть объединены лишь с существенными затратами. Обычно в изолированных системах имеется центральный контроллер, который при расширении должен быть перепрограммирован или адаптирован. Отказ одного критичного компонента может вывести из строя всю систему. Во многих случаях нельзя гарантировать также, что все аккумуляторные батареи, используемые в изолированной системе, имеют одно и то же состояние зарядки. Изолированная система данного типа, в которой устранены некоторые из указанных выше недостатков, известна из заявки EP 2 827 467 A2, в которой раскрываются устройство и способ для стабильной генерации электрической энергии.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является обеспечение усовершенствования в сопоставлении с известным уровнем техники и по меньшей мере частичное устранение недостатков техники известного уровня. В частности, изобретение призвано позволить конфигурирование и эксплуатацию установок подачи электрической энергии, которые предоставляют оптимальную надежность, гибкость в использовании и/или способность к расширению. Предпочтительно, должны быть возможны также экономичная эксплуатация и техническое обслуживание установок подачи электрической энергии.
Достижение данной цели определяется характеристиками пункта 1 формулы изобретения. В соответствии с изобретением контроллер для установки подачи электрической энергии содержит вход первого уровня заполнения, на который может быть доставлен первый уровень заполнения первого накопителя энергии установки подачи электрической энергии. Кроме того, контроллер содержит вход добавочного уровня заполнения, на который может быть доставлен добавочный уровень заполнения необязательного добавочного накопителя энергии добавочной установки подачи электрической энергии. Контроллер дополнительно содержит определитель номинального напряжения переменного тока, который выполнен с возможностью определения номинального напряжения переменного тока путем оценки первого уровня заполнения и/или добавочного уровня заполнения. Кроме того, контроллер содержит выход номинального напряжения переменного тока, с которого возможна доставка номинального напряжения переменного тока к генератору напряжения переменного тока установки подачи электрической энергии.
Контроллером по существу следует считать устройство, выходная переменная или выходные переменные которого поставляются в соответствии с его входными переменными. Соответствующий изобретению контроллер может содержать также регулятор с целью сведения к минимуму влияний любых помех и/или оказания воздействия на последние так, чтобы наблюдалось их требуемое изменение во времени.
Контроллер может содержать один или более микроконтроллеров для выполнения функций управления и регулировки.
Уровень заполнения обозначает энергию, которая помещена на хранение в накопитель энергии - то есть, энергию, доступную в накопителе энергии. При этом доступная энергия может зависеть от временной характеристики нагрузки. Вследствие этого уровень заполнения также может зависеть от нагрузки и, в частности, даже от будущей нагрузки. Уровень заполнения можно выразить также в виде относительной переменной, в которой доступная энергия соотносится с максимальной энергией полного накопителя энергии. В данном случае полный накопитель энергии имеет уровень заполнения 100%, а пустой накопитель энергии имеет уровень заполнения 0%.
В частности, уровень заполнения может обозначать также электрический заряд, который помещен на хранение в накопитель энергии - то есть, доступный заряд. В данном случае может быть составлено относительное выражение уровня заполнения, в котором доступный заряд соотнесен с максимальным зарядом полного накопителя энергии.
Под номинальным напряжением переменного тока понимается временная характеристика напряжения переменного тока, которое может быть выдано установкой подачи электрической энергии, в которой номинальное напряжение переменного тока может отличаться от абсолютной величины фактически имеющегося напряжения переменного тока. Временная характеристика номинального напряжения переменного тока может быть описана частотой, среднеквадратичным значением или точкой перехода через нуль во времени. Далее предполагается, что равным частотам соответствуют также одинаковые переходы через нуль.
Под термином "с возможностью доставки" следует понимать, что соответствующий изобретению контроллер, находящийся в обслуживании, соединен или может быть соединен с соответствующей изобретению установкой подачи электрической энергии таким образом, что необходимые эксплуатационные данные установки подачи электрической энергии - такие как, например, первый уровень заполнения первого накопителя энергии - могут быть переданы контроллеру согласно изобретению. В дополнение к этому добавочная установка подачи электрической энергии может быть подсоединена в режиме электрической проводимости к установке подачи электрической энергии, причем эксплуатационные данные от добавочной установки подачи электрической энергии - такие как, например, добавочный уровень заполнения добавочного накопителя энергии добавочной установки подачи энергии - также могут быть переданы соответствующему изобретению контроллеру. В целях фактической передачи можно рассматривать все известные способы передачи, включая, например, способы передачи на проводной основе и/или способы беспроводной передачи.
Соответствующий изобретению контроллер способен управлять установкой подачи электрической энергии, соединенной с добавочной установкой подачи электрической энергии в режиме электрической проводимости, путем оценки рабочей переменной - такой как, например, добавочный уровень заполнения - в добавочном контроллере добавочной установки подачи электрической энергии. Посредством соответствующего изобретению контроллера можно управлять сетью, состоящей из множества установок подачи электрической энергии, без центрального контроллера. Соответственно, отказ одного контролера приводит не к выходу из строя всех установок подачи электрической энергии (то есть, всей сети), а лишь к отказу соответствующей установки подачи электрической энергии. При этом может быть обеспечена надежная поставка энергоресурсов. В случае расширения или сужения сети - то есть, добавления в сеть или изъятия из сети установок подачи электрической энергии, не требуется никакое внесение изменений в оставшиеся контроллеры, так что все они могут непрерывно оставаться в обслуживании. Локальные расширения сети могут быть легко реализованы в любом месте. Поскольку не требуется подсоединение контроллера или установки подачи электрической энергии к коммунальной сети электроснабжения, возможно универсальное использование контроллера и установки подачи электрической энергии с высокой степенью гибкости и практичности. В частности, было продемонстрировано также, что возможны эксплуатация и техническое обслуживание установок подачи электрической энергии, имеющих соответствующие изобретению контроллеры, экономичным образом.
В варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока выполнен с возможностью определения номинальной частоты номинального напряжения переменного тока путем оценки первого уровня заполнения и/или добавочного уровня заполнения и/или контроллер выполнен с возможностью определения добавочного уровня заполнения добавочного накопителя энергии, исходя из добавочной частоты добавочного напряжения переменного тока в добавочном генераторе напряжения переменного тока добавочной установки подачи электрической энергии.
Преимущество данного варианта реализации состоит в том, что частота напряжения переменного тока установки подачи электрической энергии может быть использована, например, с целью доставки добавочного уровня заполнения добавочного накопителя энергии добавочной установки подачи электрической энергии к контроллеру. Контроллер способен также выводить значение добавочного уровня заполнения добавочной установки подачи энергии на основе добавочной частоты добавочного напряжения переменного тока добавочной установки подачи электрической энергии. Помимо силовых кабелей между установками подачи электрической энергии не требуются никакие линии сигнализации или передачи данных и аналогично никакие каналы беспроводной передачи.
В другом варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока выполнен таким образом, что номинальная частота по существу совпадает с добавочной частотой при условии, что добавочная установка подачи электрической энергии подсоединена к установке подачи электрической энергии в режиме электрической проводимости. В ином варианте номинальная частота по существу определяется путем оценки первого уровня заполнения.
Данный вариант реализации имеет преимущество в том, что контроллер способен синхронизировать напряжение переменного тока установки подачи электрической энергии с напряжением переменного тока добавочной установки подачи электрической энергии при условии, что обе установки подачи электрической энергии соединены между собой в режиме электрической проводимости. Если добавочная установка подачи электрической энергии не подсоединена, то контроллер может посредством номинальной частоты передавать первый уровень заполнения первого накопителя энергии установки подачи электрической энергии к подсоединенной нагрузке. Некоторые нагрузки способны использовать частоту напряжения переменного тока установки подачи электрической энергии, например, для инициирования ее выключения или включения. При этом контроллер предоставляет нагрузкам средство для оптимизации использования энергии установки подачи электрической энергии.
В другом варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока выполнен таким образом, что номинальная частота по существу совпадает с добавочной частотой при условии, что добавочная установка подачи электрической энергии подсоединена к установке подачи электрической энергии в режиме электрической проводимости и при этом добавочный уровень заполнения превышает уровень заполнения. В ином варианте номинальная частота по существу определяется путем оценки первого уровня заполнения.
Следовательно, если две установки подачи электрической энергии соединены между собой в режиме электрической проводимости, то тот контроллер из двух, которому соответствует установка, имеющая более высокий уровень заполнения, задает номинальную частоту напряжения переменного тока, а тот контроллер из двух, которому соответствует установка подачи электрической энергии, имеющая более низкий уровень заполнения, руководствуется заданной таким образом номинальной частотой. Это же применяется при соединении между собой более двух установок энергоснабжения в режиме электрической проводимости. Соответственно, контроллер может передавать значение максимально высокого уровня заполнения двух или более установок подачи электрической энергии, соединенных между собой электрическим способом, в виде соответствующей номинальной частоты напряжения переменного тока всем другим контроллерам и также нагрузкам, которые подсоединены к установкам подачи электрической энергии, соединенным между собой электрическим способом.
В альтернативном варианте исполнения тот контроллер из двух, которому соответствует установка, имеющая более низкий уровень заполнения, также может задавать номинальную частоту напряжения переменного тока, а тот контроллер из двух, которому соответствует установка подачи электрической энергии, имеющая более высокий уровень заполнения, руководствуется заданной таким образом номинальной частотой.
В конкретном варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока может оценивать первый уровень заполнения таким образом, что номинальная частота последовательно возрастает вместе с первым уровнем заполнения.
Контроллер может при этом устанавливать совместимость установки подачи электрической энергии с другими макро- или микросетями энергоснабжения, которые обычно работают на частоте напряжения переменного тока, которая последовательно уменьшается вместе с нагрузкой на энергоустановку. При этом высокая нагрузка энергоустановки соответствует низкому первому уровню заполнения, а низкая нагрузка энергоустановки соответствует высокому первому уровню заполнения. Это особенно эффективно в случае расширения существующих микросетей для включения в них установок подачи электрической энергии, содержащих соответствующий изобретению контроллер.
В другом конкретном варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока может оценивать первый уровень заполнения таким образом, что номинальная частота, по меньшей мере в одной области, находится в линейной зависимости от первого уровня заполнения.
Преимуществом данного варианта реализации является то, что он особенно прост в исполнении.
В другом варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока может оценивать первый уровень заполнения таким образом, что номинальная частота при первом уровне заполнения 0% может принимать значение в области 82% - 98% номинальной частоты, в частности, 84% - 96% номинальной частоты, в особых случаях 86% - 94% номинальной частоты, в исключительных случаях 88% - 92% номинальной частоты и в особо исключительных случаях 90% - 91% номинальной частоты, и где применяется конкретная частота сети 50 Гц или 60 Гц.
Под частотой сети следует понимать частоту, которая применяется, например, в обычном режиме эксплуатации макросети. В Европе традиционной частотой сети является 50 Гц, в Северной Америке частота сети равняется 60 Гц.
При этом обеспечивается совместимость с множеством различных макро- и микросетей.
В еще одном варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока может оценивать первый уровень заполнения таким образом, что номинальная частота при первом уровне заполнения 100% по существу совпадает с частотой сети, причем частота сети может, в частности, равняться 50 Гц или 60 Гц.
При этом обеспечивается совместимость с различными макро- и микросетями, в частности, с такими, которые имеют частоту сети 50 Гц и/или 60 Гц.
В еще одном варианте реализации контроллера возможно наличие в контроллере регулятора максимальной мощности для источника электроэнергии установки подачи электрической энергии.
Регулятор максимальной мощности представляет собой устройство, посредством которого электрическая нагрузка источника электроэнергии может быть отрегулирована таким образом, что от источника электроэнергии может быть отведена максимально возможная мощность. Регуляторы данного типа известны сами по себе специалисту в данной области.
Посредством контроллера может быть при этом обеспечено, что первый накопитель энергии заряжается с максимально возможной скоростью или что на первый накопитель энергии действует минимальная нагрузка, причем нагрузка в случае максимальной исходной мощности источника энергии подводится по существу не от первого накопителя энергии, а от источника энергии.
Совершенно не требуется подстройка электрической нагрузки источника электрической энергии регулятором максимальной мощности таким образом, что от источника электрической энергии отводится максимально возможная мощность. Возможны также рабочие состояния, в которых регулятор максимальной мощности регулирует электрическую нагрузку источника электрической энергии таким образом, что от источника электрической энергии отводится мощность, меньшая максимальной, или вообще не отводится мощность.
В конкретном варианте реализации контроллер дополнительно содержит вход избыточной мощности, к которому может быть доставлен избыток мощности от источника электрической энергии. Определитель номинального напряжения переменного тока при этом дополнительно рассчитан на возможность определения номинальной частоты по отношению к избыточной мощности в случае первого уровня заполнения 100%.
Под избыточной мощностью следует понимать максимальную потенциальную мощность источника электрической энергии за вычетом фактической мощности, поставляемой с выхода. Избыточную мощность можно выражать также в относительных терминах. Избыточная мощность 100% означает нулевую выходную мощность от источника энергии даже несмотря на то, что при соответствующей нагрузке вывод мощности был бы возможен.
При этом контроллер может передавать к нагрузке установки подачи электрической энергии информацию о наличии избыточной мощности. Определенные нагрузки, не являющиеся критичными по времени и имеющие относительно высокое потребление энергии - такие как, например, холодильная камера или водяной насос, который, к примеру, перекачивает воду из скважины в резервуар на большой высоте - могут использовать данную информацию с целью инициирования включения при наличии избыточной мощности. Контроллер при этом обеспечивает дополнительную возможность оптимального использования энергии от установки подачи электрической энергии.
В конкретном варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока может оценивать первый уровень заполнения таким образом, что номинальная частота последовательно возрастает вместе с избыточной мощностью.
При этом обеспечивается совместимость с дополнительными макро- и микросетями.
В другом конкретном варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока может оценивать первый уровень заполнения таким образом, что номинальная частота, по меньшей мере в одной области, находится в линейной зависимости от избыточной мощности.
Преимуществом данного варианта реализации является то, что он исключительно прост в исполнении.
В еще одном варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока может оценивать первый уровень заполнения таким образом, что номинальная частота при первом уровне заполнения 100% по существу совпадает с частотой сети при условии, что избыточная мощность равняется нулю. В альтернативном варианте исполнения номинальная частота при первом уровне заполнения 100% может принимать значение выше 100% (до 104%) частоты сети, если избыточная мощность находится на своем максимуме. В частности, частота сети может равняться 50 Гц или 60 Гц.
При этом обеспечивается совместимость с дополнительными различными макро- и микросетями.
В еще одном варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока выполнен с дополнительной возможностью определения номинального среднеквадратичного значения номинального напряжения переменного тока по отношению к разности уровней заполнения. Разность уровней заполнения вычисляется путем вычитания добавочного уровня заполнения из первого уровня заполнения.
Разность уровней заполнения, в частности, в установках подачи электрической энергии, соединенных между собой в режиме электрической проводимости, по существу нежелательна, и ее следует избегать, насколько это возможно. Для получения возможности влиять на данную разность уровней заполнения вначале определяется в промежуточном шаге номинальное среднеквадратичное значение напряжения переменного тока установки подачи электрической энергии. Номинальное среднеквадратичное значение напряжения переменного тока может быть изменено несколькими способами. Например, можно задержать или опередить во времени старт полуволны номинального напряжения переменного тока и/или задержать или опередить во времени окончание полуволны. Можно также, например, изменять амплитуду. В установке подачи электрической энергии с широтно-импульсной модуляцией напряжения переменного тока возможно изменение ширины импульсов. Контроллер при этом выдает промежуточную переменную, а именно, номинальное среднеквадратичное значение напряжения переменного тока с целью разрешить оказание влияния на разность уровней заполнения. Кроме того, посредством данной промежуточной переменной "номинальное среднеквадратичное значение" возможна очень быстрая реакция на разность уровней заполнения. При традиционной частоте сети 50 Гц или 60 Гц длительность полуволны по существу равняется 10 мс или 8,3 мс - то есть, номинальное среднеквадратичное значение может быть изменено с интервалом 10 мс или 8,3 мс. Существенное изменение разности уровней заполнения обычно длится несколько минут, если предположить, что изолированные системы обычно реализуют полный цикл зарядки-разрядки в течение одних суток (24 часов).
В предпочтительном варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока дополнительно рассчитан на возможность регулировки номинального среднеквадратичного значения номинального напряжения переменного тока таким образом, что разность уровней заполнения стремится к нулю.
Тем самым обеспечивается, что каждый отдельный накопитель энергии в сети различных установок подачи электрической энергии в стационарном состоянии принимает равное с другими значение уровня заполнения. В свою очередь, это означает, что все накопители энергии используются оптимальным образом при условии, что в идеале все они достигают нулевого уровня заполнения в одно и то же время. Кроме того, на установки подачи электрической энергии и, в частности, на накопители энергии действует идентичная циклическая нагрузка, и тем самым они по существу подвергаются одинаковому старению. В свою очередь, это упрощает техническое обслуживание установок подачи электрической энергии, поскольку окончание срока их службы может быть запланировано на одно и то же время и, как следствие, все установки подачи электрической энергии или их отдельные компоненты могут быть заменены одновременно.
Предпочтительно, определитель номинального напряжения переменного тока может быть выполнен с возможностью регулировки номинального среднеквадратичного значения номинального напряжения переменного тока таким образом, что разность уровней заполнения стремится к нулю. Регулировка номинального среднеквадратичного значения номинального напряжения переменного тока может быть выполнена без измерения напряжения переменного тока на втором контактном выводе генератора напряжения переменного тока и, в частности, без измерения среднеквадратичного значения напряжения переменного тока на втором контактном выводе генератора напряжения переменного тока.
В предпочтительном варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока дополнительно рассчитан на возможность определения номинального среднеквадратичного значения номинального напряжения переменного тока в соответствии с выходным током из генератора напряжения переменного тока.
При этом можно управлять выходным током генератора напряжения переменного тока или регулировать его по отношению к разности уровней заполнения.
Ток с выхода генератора напряжения переменного тока предпочтительно проходит через второй контактный вывод генератора напряжения переменного тока.
В предпочтительном варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока дополнительно рассчитан на возможность задания номинального напряжения переменного тока по меньшей мере для одного цикла номинального напряжения переменного тока равным нулю, если возникает перенапряжение внутри генератора напряжения переменного тока.
Преимущество от этого состоит в том, что, например, в случае сброса нагрузки на установке подачи электрической энергии ток, выдаваемый генератором напряжения переменного тока, может быть немедленно отключен и/или может быть включен обратно лишь по истечении заданного промежутка времени одного или более циклов номинального напряжения переменного тока.
Предпочтительно, напряжение может быть измерено в промежуточной цепи внутри генератора напряжения переменного тока. Это позволяет отказаться от измерения напряжения переменного тока генератора напряжения переменного тока.
В другом предпочтительном варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока дополнительно содержит вход нагрузочной мощности, на который может быть доставлена нагрузочная мощность нагрузки, подсоединенной к установке подачи электрической энергии. Кроме того, определитель номинального напряжения переменного тока в этой связи дополнительно содержит вход мощности генератора, к которому может быть доставлена мощность генератора, выдаваемая генератором напряжения переменного тока установки подачи электрической энергии. Определитель номинального напряжения переменного тока дополнительно рассчитан на возможность определения номинального среднеквадратичного значения таким образом, что мощность генератора превышает мощность нагрузки, если первый уровень заполнения превышает добавочный уровень заполнения. Кроме того, определитель номинального напряжения переменного тока дополнительно рассчитан на возможность определения номинального среднеквадратичного значения таким образом, что мощность генератора является меньшей мощности нагрузки, если первый уровень заполнения не достигает добавочного уровня заполнения. Более того, определитель номинального напряжения переменного тока дополнительно рассчитан на возможность определения номинального среднеквадратичного значения таким образом, что мощность генератора равняется мощности нагрузки, если первый уровень заполнения совпадает с добавочным уровнем заполнения.
Контроллер может управлять установкой подачи электрической энергии таким образом, что добавочная установка подачи электрической энергии в зависимости от ее добавочного уровня заполнения либо сбрасывает нагрузку, либо дополнительно нагружается. Например, распределение нагрузки между установками подачи электрической энергии может происходить таким образом, что установка подачи электрической энергии, имеющая накопитель энергии повышенной емкости, например, благодаря ее менее продвинутому состоянию старения, нагружается в большей степени, нежели установка подачи электрической энергии, имеющая накопитель энергии меньшей емкости.
Таким способом может быть обеспечено распределение нагрузки между различными установками подачи электрической энергии, соединенными между собой в режиме электрической проводимости, в результате которого все уровни заполнения уравновешиваются во времени.
В другом варианте реализации контроллер дополнительно содержит вход мощности энергообмена, к которому может быть доставлена мощность энергобмена, проходящая от установки подачи электрической энергии к добавочной установке подачи электрической энергии. Кроме того, контроллер в связи с этим дополнительно содержит автоматический выключатель, выполненный с возможностью установления электрически проводящего соединения между установкой подачи электрической энергии и добавочной установкой подачи электрической энергии и обрыва электрически проводящего соединения, если мощность энергообмена оказывается меньше нуля и первый уровень заполнения не превышает первое предварительно определенное пороговое значение уровня заполнения, либо мощность энергообмена превышает нуль и первый уровень заполнения не превышает второе предварительно определенное пороговое значение уровня заполнения.
Преимущество данного варианта реализации состоит в том, что доступны различные дополнительные функции защиты для установки подачи электрической энергии, в частности, ее накопителя энергии. Во-первых, данный вариант реализации обеспечивает защиту от полной разрядки Во-вторых нагрузка защищена по отношению к добавочной установке подачи электрической энергии в случае, когда добавочная установка подачи электрической энергии получает мощность от установки подачи электрической энергии в течение продолжительного времени таким образом, что пороговое значение первого уровня заполнения достигается или превышается.
Дополнительное преимущество предоставляется дополнительной функцией защиты для добавочной установки подачи электрической энергии, где добавочная установка подачи электрической энергии, например, защищается от дефектной нагрузки на установку подачи электрической энергии.
Сразу после устранения неисправности автоматический выключатель можно заново замкнуть вручную либо разомкнуть для последующего замыкания контроллером.
В другом варианте реализации контроллер дополнительно содержит оптический и/или акустический индикатор, который выполнен с возможностью генерации предупредительного сигнала, если электрически проводящее соединение между установкой подачи электрической энергии и добавочной установкой подачи электрической энергии было оборвано автоматическим выключателем.
С помощью данного оптического и/или акустического индикатора оператор очень просто идентифицирует контроллер, к которому применено защитное аварийное отключение. Соответственно поддерживаются идентификация неисправности и устранение неисправности оператором.
В другом варианте реализации автоматический выключатель выполнен таким образом, что первое предварительно определенное пороговое значение уровня заполнения превышает второе предварительно определенное пороговое значение уровня заполнения.
Таким способом достигается, что защита сети добавочных установок подачи электрической энергии реализуется при более высоком первом уровне заполнения установки подачи электрической энергии, нежели защита установки подачи электрической энергии по отношению к сети добавочных установок подачи электрической энергии.
В другом варианте реализации определитель номинального напряжения переменного тока выполнен с возможностью определения номинальной частоты, которая совпадает с сетевой частотой коммунальной сети электроснабжения, где установка подачи электрической энергии подсоединена к коммунальной сети электроснабжения в режиме электрической проводимости.
Хотя контроллер в соответствии с изобретением способен управлять установкой подачи электрической энергии при отсутствии соединения с коммунальной системой электроснабжения (макросетью), подключение к коммунальной системе электроснабжения и синхронизация с ней возможны. Соответственно, может быть обеспечена дополнительная электрическая энергия, например, с целью повышения первого уровня заполнения первого накопителя энергии. В альтернативном варианте исполнения установка подачи электрической энергии может доставлять энергию в коммунальную сеть электроснабжения. Подключение установки подачи электрической энергии к коммунальной сети электроснабжения осуществляется таким образом, что возможен поток электричества от коммунальной сети электроснабжения к установке подачи электрической энергии или в обратном направлении.
В другом варианте реализации контроллер дополнительно содержит память данных для хранения рабочих данных установки подачи электрической энергии.
Рабочие данные установки подачи энергии могут включать в себя информацию об отдельных компонентах установки подачи электричкой энергии - таких как мощность источника, избыточная мощность, первый уровень заполнения, нагрузочная мощность, мощность энергообмена и/или мощность генератора. Рабочие данные установки подачи энергии могут включать в себя также добавочный уровень заполнения, который сообщается добавочной установкой подачи электрической энергии контроллеру.
Мощность источника представляет собой фактическую мощность, выдаваемую источником электрической энергии установки подачи электрической энергии.
Память данных позволяет осуществлять последующую оценку или дальнейшее применение сохраняемых рабочих данных. Это эффективно с точки зрения оптимизации управления.
В предпочтительном варианте реализации контроллер дополнительно содержит устройство прогнозирования для предсказания будущего первого уровня заполнения и/или будущего добавочного уровня заполнения.
При осведомленности относительно будущего первого уровня заполнения и/или будущего добавочного уровня заполнения возможно приложение к работе контроллера дополнительных оптимизаций согласно изобретению, что будет продемонстрировано далее.
В другом предпочтительном варианте реализации контроллера устройство прогнозирования использует рабочие данные из памяти данных для предсказания будущего первого уровня заполнения и/или будущего добавочного уровня заполнения.
В частности, в случае последовательно повторяющихся рабочих комбинаций предпочтительно использовать рабочие данные из прошлого, которые были записаны на сохранение в память, с целью предсказания будущего первого уровня заполнения. Это позволяет обеспечивать исключительно высокие точность и надежность. Для использования рабочих данных из памяти данных можно использовать также обучающие алгоритмы - такие как нейронные сети.
Контроллер может быть выполнен также с возможностью распознавания предварительно определенных шаблонов нагрузки и оценки этих шаблонов при определении номинальной частоты.
В другом варианте реализации контроллер дополнительно содержит передающее устройство для передачи рабочих данных, в частности, рабочих данных из памяти данных во внешнюю базу данных и/или к внешнему компьютеру.
Передача рабочих данных во внешнюю базу данных и/или к внешнему компьютеру предоставляет преимущество, состоящее в том, что компьютер и/или база данных может выполнить дополнительные оценки и/или дополнительную обработку рабочих данных, включая, например, выписку счета-фактуры.
В особенно предпочтительном варианте реализации контроллера определитель номинального напряжения переменного тока дополнительно рассчитан на возможность определения номинального напряжения переменного тока при оценке будущего первого уровня заполнения и/или будущего добавочного уровня заполнения.
При этом повышается эффективность использования емкости первого накопителя энергии установки подачи электрической энергии, поскольку для управления установкой подачи электрической энергии используется прогноз будущих уровней заполнения, а не текущие уровни заполнения.
Другой аспект настоящего изобретения относится к установке подачи электрической энергии, содержащей соответствующий изобретению контроллер, первый накопитель энергии и генератор напряжения переменного тока, имеющий первый контактный вывод и второй контактный вывод. Первый контактный вывод генератора напряжения переменного тока подсоединен к первому накопителю энергии в режиме электрической проводимости. Генератор напряжения переменного тока выполнен с возможностью генерации напряжения переменного тока, которое совпадает с номинальным напряжением переменного тока на втором контактном выводе.
Под накопителем энергии следует понимать накопитель для электрической энергии.
Под генератором напряжения переменного тока следует понимать любой преобразователь, способный генерировать напряжение переменного тока.
Номинальными значениями напряжения переменного тока могут являться, например, 10 В/60 Гц и/или 230 В/50 Гц.
Непрерывная выходная мощность генератора напряжения переменного тока может находиться в пределах диапазона от1 Вт до 1 МВт, в частности от 10 Вт до 10 кВт, в особых случаях от 100 Вт до 500 Вт и в еще более особых случаях от 200 Вт до 300 Вт
Даже при отсутствии соединения с коммунальной сетью электроснабжения (макросетью) установка подачи электрической энергии, соответствующая изобретению, может поставлять напряжение переменного тока, которое по существу совпадает с напряжением переменного тока из коммунальной сети электроснабжения.
Соответствующая изобретению установка подачи электрической энергии может быть легко смонтирована даже неспециалистом. Кроме того, установка подачи электрической энергии может быть подсоединена на стороне напряжения переменного тока, например, на своем втором контактном выводе к одной или более добавочным установкам подачи электрической энергии в режиме электрической проводимости таким образом, что может быть создана сеть параллельно соединенных установок подачи электрической энергии. Это означает, что сеть может быть расширена по мере необходимости - от одиночной установки подачи электрической энергии до любого требуемого и неограниченного количества установок подачи электрической энергии.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии первый накопитель энергии может воспринимать напряжение, являющееся по существу напряжением постоянного тока.
Это может упростить взаимодействие с другими компонентами установки подачи электрической энергии, если последняя также работает с напряжениями постоянного тока.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии первым накопителем энергии является накопитель электрохимической энергии.
Накопители электрохимической энергии имеются на рынке в больших количествах для широчайшего разнообразия условий применения и вследствие этого могут быть использованы в установке подачи электрической энергии экономически эффективным образом.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии первым накопителем энергии является топливный элемент.
Поскольку топливные элементы экологически благоприятны и обычно не требуют технического обслуживания, их можно эффективно использовать в установке подачи электрической энергии. При условии наличия топлива, требуемого топливному элементу в процессе работы, может быть дополнительно воспринят первый уровень заполнения 100%.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии первый накопитель энергии является перезаряжаемым.
Это особенно предпочтительно, если установка подачи электрической энергии содержит источник энергии, электрическая энергия которого может быть далее сохранена в первом накопителе энергии.
2
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии первый накопитель энергии содержит один или более первичных гальванических элементов литий-ионного, литий-полимерного, литий-марганцевого, литий-железофосфатного, литий-воздушного, литий-титанатного, литий-серного типа, типов Na-NiCl, Na-S, Na-ion, Ni-Cd, Ni-Fe, Ni-H, Ni-MH, Ni-ZN и/или свинцово-кислотного типа.
Преимущественно могут быть использованы первичные гальванические элементы указанного выше типа, поскольку они производятся в больших объемах и привлекательны с экономической точки зрения.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии первым накопителем энергии является не требующая технического обслуживания или требующая его в небольшом объеме свинцово-кислотная аккумуляторная батарея.
Свинцово-кислотные аккумуляторы производятся в особенно больших объемах и в множестве разновидностей, в частности, включая варианты для циклической нагрузки, применительно к которой они могут быть особенно эффективно использованы в установке подачи электрической энергии в соответствии с изобретением. Более того, имеются действующие стандарты на свинцово-кислотные аккумуляторы, так что их технические характеристики особенно понятны, и свинцово-кислотные аккумуляторы для замены легко доступны.
При использовании не требующих технического обслуживания или требующих его в небольшом объеме свинцово-кислотных аккумуляторов - например, свинцово-кислотных аккумуляторов с клапанной регулировкой типа VRLA (свинцово-кислотные с клапанной регулировкой) и/или свинцово-кислотных аккумуляторов закрытого типа SLA (свинцово-кислотные закрытые) дополнительно снижаются затраты на сервисное обслуживание установки подачи электрической энергии.
Возможно использование свинцово-кислотных аккумуляторов с электродами OPzS, поскольку они имеют сравнительно длительный срок службы и поэтому являются исключительно экономичными.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии первый накопитель энергии содержит последовательно соединенные первичные гальванические элементы в количестве от 3 до 24, в частности, 4, 6, 8, 10, 12 или 20 элементов.
Это позволяет адаптировать напряжение к требованиям генератора напряжения переменного тока и/или источника электрической энергии.
В другом варианте реализации установка подачи электрической энергии может дополнительно содержать детектор уровня заполнения для определения первого уровня заполнения первого накопителя энергии.
При этом установка подачи электрической энергии оказывается независимой от любой передачи первого уровня заполнения по другому маршруту или другим способом. Известны детекторы уровня заполнения для разнообразных накопителей энергии, в частности, для свинцово-кислотных аккумуляторов.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии детектор уровня заполнения выполнен с возможностью оценивать одну или более переменных величин рабочих данных первого накопителя энергии после определения первого уровня заполнения.
Точность детектора уровня заполнения может быть при этом повышена.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии возможен выбор рабочих данных для первого накопителя энергии из следующей группы: электрическое напряжение первого накопителя энергии, баланс токов первого накопителя энергии, температура первого накопителя энергии, внутреннее сопротивление первого накопителя энергии и/или концентрация электролита первого накопителя энергии.
Если детектор уровня заполнения оценивает указанные выше рабочие данные для первого накопителя энергии, точность детектора может быть еще более повышена.
В другом варианте реализации установка подачи электрической энергии дополнительно содержит источник электрической энергии, который выполнен с возможностью подключения к первому накопителю энергии в режиме электрической проводимости.
Посредством источника энергии может быть увеличено время, в течение которого возможна поставка электрической энергии установкой подачи электрической энергии.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии источник электрической энергии может переносить и/или генерировать электрическое напряжение, являющееся по существу напряжением постоянного тока.
Это может упростить взаимодействие с другими компонентами установки подачи электрической энергии, если последняя также работает с напряжениями постоянного тока.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии возможна эксплуатация источника электрической энергии с использованием возобновляемых энергий.
Соответственно, источник энергии и при этом также установка подачи электрической энергии не зависят от наличия и/или поставки, например, ископаемых видов топлива.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии возможен выбор возобновляемых энергий из следующей группы: солнечная энергия, ветряная энергия, водяная энергия, энергия приливов, геотермальная энергия и/или биоэнергия.
Указанная выше группа возобновляемых энергий характеризуется высокой степенью доступности и может поэтому эффективно использоваться источником электрической энергии установки подачи электрической энергии в соответствии с изобретением.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии источником электрической энергии является фотовольтовая солнечная панель.
Фотовольтовые солнечные панели представлены на рынке в широком разнообразии моделей, являются привлекательными по цене, прочными и не требуют технического обслуживания.
В другом варианте реализации установка подачи электрической энергии дополнительно содержит преобразователь напряжения, который электрическим способом соединен на входной стороне с источником электрической энергии, а на выходной стороне - с первым накопителем энергии.
При этом может быть обеспечена подстройка напряжения источника электрической энергии под напряжение первого накопителя энергии. Более того, посредством преобразователя напряжения, например, может быть задана рабочая точка источника электрической энергии.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии преобразователь напряжения представляет собой преобразователь напряжения постоянного тока.
Это может упростить взаимодействие с другими компонентами установки подачи электрической энергии, если последняя также работает с напряжениями постоянного тока.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии преобразователь напряжения выполнен таким образом, что исходная мощность, которую способен поставлять источник электрической энергии, может достигать своего максимального значения.
Исходная мощность, которую способен поставлять источник электрической энергии, может в этом случае достигать своего максимального значения, например, если регулятор максимальной мощности контроллера управляет преобразователем напряжения и/или регулирует его работу.
Таким образом может быть обеспечено, что первый накопитель энергии заряжается с максимально возможной скоростью или что на первый накопитель энергии действует минимальная нагрузка, при условии, что нагрузка в случае доступности максимальной мощности источника энергии поставляется по существу не первым накопителем энергии, а источником энергии.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии генератор напряжения переменного тока выполнен с исключительной возможностью однонаправленной передачи энергии от первого контактного вывода ко второму контактному выводу.
При этом генератор напряжения переменного тока может быть изготовлен простым и экономичным способом.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии генератор напряжения переменного тока представляет собой преобразователь напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока.
При этом генератор напряжения переменного тока может быть изготовлен исключительно простым и экономичным способом.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии преобразователь напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока содержит повышающий преобразователь.
Повышающий преобразователь представляет собой устройство, повышающее напряжение постоянного тока, и именуется также вольтодобавочным преобразователем.
Изменения в напряжении в первом накопителе энергии и/или в напряжении переменного тока в генераторе напряжения переменного тока могут быть соответствующим образом компенсированы.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии преобразователь напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока содержит инвертор, имеющий трансформатор.
При этом может быть обеспечена гальваническая изоляция между источником электрической энергии и первым накопителем энергии на одной стороне и напряжением переменного тока на втором контактном выводе генератора напряжения переменного тока на второй стороне, что способствует безопасности установки подачи электрической энергии.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии второй контактный вывод выполнен с возможностью подсоединения к нагрузке.
Одну или более нагрузок можно напрямую подсоединить к установке подачи электрической энергии, что не только практично, но также уменьшает сложность монтажа, поскольку установка подачи электрической энергии может располагаться децентрализованно - то есть, в непосредственной близости к нагрузке.
В другом варианте реализации установка подачи электрической энергии дополнительно содержит зарядное устройство, которое на входной стороне может быть подсоединено к сети электроснабжения, а на выходной стороне соединено с первым накопителем энергии.
Зарядное устройство предоставляет преимущество, состоящее в том, что первый накопитель энергии является заряжаемым не только от источника энергии, но также из коммунальной сети электроснабжения при условии, что последняя соединена с установкой подачи электрической энергии.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии зарядное устройство может быть подсоединено на входной стороне ко второму контактному выводу генератора (50) напряжения переменного тока.
При условии, что установка подачи электрической энергии соединена с добавочной установкой подачи электрической энергии в режиме электрической проводимости, образуя тем самым изолированную сеть, как дополнительно описано далее, зарядное устройство может отводить электрическую энергию из изолированной сети и вводить указанную энергию в первый накопитель энергии, в результате чего может быть повышен первый уровень заполнения. Количество энергии, соответствующее отведенной энергии, может быть введено, например, из добавочной установки подачи энергии в изолированную сеть. Вводимая таким способом энергия может исходить от источника электрической энергии добавочной установки подачи электрической энергии или от коммунальной сети электроснабжения, которая подсоединена, например, к добавочной установке подачи электроэнергии. Соответственно, первый уровень заполнения первого накопителя энергии установки подачи электрической энергии может быть повышен даже в том случае, если установка подачи электрической энергии не имеет доступа к выделенному источнику электрической энергии.
В другом варианте реализации установка подачи электрической энергии дополнительно содержит внутреннее сопротивление, величину которого выбирают таким, что напряжение переменного тока, когда в установке подачи электрической энергии имеется номинальная мощность, находится в диапазоне 90 - 98% номинального напряжения, в особых случаях в диапазоне 90 - 95% номинального напряжения и в еще более особых случаях - в диапазоне 90 - 92% номинального напряжения.
Это позволяет распределять пассивную нагрузку между множеством установок подачи электрической энергии, которые соединены между собой в режиме электрической проводимости. Одновременно с этим наблюдается совместимость с диапазонами напряжений, определенными согласно применимым стандартам - такими как ±10% запаса по номинальному напряжению.
Внутреннее сопротивление может быть, например, смоделировано, причем среднеквадратичное значение напряжения переменного тока регулируется по отношению к току на выходе генератора напряжения переменного тока. Преимущество этого состоит в том, что КПД установки подачи электрической энергии очень высок даже несмотря на то, что внутреннее сопротивление, наблюдаемое на втором контактном выводе, является относительно большим.
В другом варианте реализации установка подачи электрической энергии дополнительно содержит корпус, допускающий штабелирование.
При этом множество установок подачи электрической энергии согласно изобретению может быть смонтировано или возведено в одном месте исключительно простым и экономящим пространство размещения способом.
В частности, корпус содержит в области нижней стороны и/или верхней стороны отличительный признак конструкции, в частности, по меньшей мере один выступ, углубление и/или вырез. Нижняя сторона, в частности, является опорной поверхностью корпуса установки подачи энергии, выполненной, в частности, в горизонтальной ориентации. Верхняя сторона обычно представляет собой сторону корпуса, расположенную в той же плоскости, что и нижняя cторона.
Отличительные признаки конструкции данного типа могут предотвратить любое проскальзывание корпуса на опорной поверхности. Более того, таким способом может быть обеспечено надежное штабелирование нескольких установок подачи электрической энергии.
В особенно предпочтительной компоновке нижняя сторона корпуса содержит по меньшей мере один отличительный признак конструкции и верхняя сторона содержит по меньшей мере еще один отличительный признак конструкции. Преимущественно, по меньшей мере один отличительный признак конструкции на нижней стороне выполнен в форме, являющейся дополнительной по отношению по меньшей мере к одному отличительному признаку конструкции на верхней стороне. В частности, после штабелирования двух установок подачи электрической энергии по меньшей мере один отличительный признак конструкции (например, выступ) на верхней стороне корпуса установки подачи электрической энергии контактирует по меньшей мере с одним отличительным признаком конструкции (например, пазом) на нижней стороне корпуса добавочной установки подачи электрической энергии.
При этом установки подачи энергии могут быть уложены в штабеля с исключительно положительным эффектом и устойчивостью.
Настоящее изобретение дополнительно относится к системе подачи электрической энергии, содержащей установку подачи электрической энергии в соответствии с изобретением и по меньшей мере одну добавочную установку подачи электрической энергии в соответствии с изобретением, причем установка подачи электрической энергии и добавочная установка подачи электрической энергии соединены между собой в режиме электрической проводимости. В частности, добавочной установкой подачи электрической энергии является установка подачи электрической энергии, соответствующая изобретению.
В соответствующей изобретению системе подачи электрической энергии может быть образована любая требуемая изолированная система (микросеть) без необходимости какого-либо предварительного проектирования с прикладной спецификой. Изолированная система, образованная посредством соответствующей изобретению системы подачи электрической энергии, может быть расширена в соответствии с требованиями способом, позволяющим избежать неоправданно высоких инвестиционных затрат. После каждого расширения путем добавления соответствующих изобретению установок подачи электрической энергии все существующие установки подачи электрической энергии сохраняют работоспособность. Соответственно, каждое расширение можно осуществить в любом требуемом месте децентрализованным образом. Можно также соединить между собой изолированные системы, первоначально эксплуатируемые раздельно, в любой момент последующего времени и тем самым объединить их для образования более крупной изолированной системы. С любой точки зрения изолированная система, или соответствующая изобретению система подачи электрической энергии характеризуется высокой степенью гибкости и экономичности. Более того, отказ одной установки подачи электрической энергии системы подачи электрической энергии не приводит к отказу всей системы подачи электрической энергии, благодаря чему обеспечиваются чрезвычайно высокие показатели надежности и готовности.
Установки подачи электрической энергии системы подачи электрической энергии могут быть соединены между собой в режиме электрической проводимости через вторые контактные выводы генераторов напряжения переменного тока установок подачи электрической энергии.
В другом варианте реализации установки подачи электрической энергии установка подачи электрической энергии и добавочная установка подачи электрической энергии электрическим способом соединены между собой по параллельной схеме.
При этом монтаж соответствующей изобретению системы подачи электрической энергии является исключительно простым.
Другой целью изобретения является способ для управления соответствующей изобретению установкой подачи электрической энергии, включающий следующие шаги: a) определение номинального напряжения переменного тока путем оценки первого уровня заполнения первого накопителя энергии установки подачи электрической энергии и/или добавочного уровня заполнения добавочного накопителя энергии добавочной установки подачи электрической энергии и b) передача номинального напряжения переменного тока к генератору напряжения переменного тока генератору напряжения переменного тока установки подачи электрической энергии.
Контроллер и установка подачи электрической энергии конкретно определены, как описано выше. В частности, в соответствующем изобретению способе выполняются шаги и/или функции процесса, описанные применительно к контроллеру и к режиму эксплуатации установки подачи электрической энергии.
С помощью соответствующего изобретению способа для управления установкой подачи электрической энергии можно управлять множеством установок подачи электрической энергии при отсутствии центрального контроллера.
Другие предпочтительные варианты реализации и комбинации заложенных в изобретение характеристик проистекают из последующего подробного описания и из пунктов формулы изобретения в целом.
Краткое описание чертежей
Ниже перечислены чертежи, используемые в качестве иллюстраций примеров реализации изобретения.
На фиг. 1 изображен контроллер, соответствующий изобретению.
Фиг. 2 иллюстрирует соотношение между номинальной частотой и первым уровнем заполнения.
Фиг. 3 иллюстрирует соотношение между номинальной частотой и избыточной мощностью.
Фиг. 4 иллюстрирует соотношение между номинальным среднеквадратичным значением и разностью уровней заполнения.
На фиг. 5 изображен добавочный контроллер.
На фиг. 6  изображена соответствующая изобретению установка подачи электрической энергии.
На фиг. 7 изображена первая расширенная установка подачи электрической энергии.
На фиг. 8 изображена вторая расширенная установка подачи электрической энергии.
На фиг. 9 показан генератор напряжения переменного тока, содержащий повышающий преобразователь и инвертор, имеющий трансформатор.
На фиг. 10 изображена система подачи электрической энергии.
На фиг. 11 показан корпус установки подачи электрической энергии.
В принципе, идентичные компоненты обозначаются на фигурах одинаковыми ссылочными номерами.
Средства осуществления изобретения
На фиг. 1 изображен соответствующий изобретению контроллер 10 для установки подачи электрической энергии. В режиме обслуживания контроллер 10 подключен к установке подачи электрической энергии посредством соединения для передачи сигналов таким образом, что рабочие данные могут быть переданы от контроллера 10 к установке подачи электрической энергии и в обратном направлении. Соединение для передачи сигналов между контроллером 10 и установкой подачи электрической энергии не рассчитано на передачу электрической энергии в объеме, превышающем требования функции передачи информационных сигналов. Соединение для передачи сигналов между контроллером 10 и установкой подачи электрической энергии может быть выполнено в виде каналов передачи сигналов либо может быть реализовано в оптическом или беспроводном режиме. Контроллер 10 содержит вход 11 первого уровня заполнения, на который в режиме обслуживания доставляется первый уровень 41 заполнения первого накопителя энергии установки подачи электрической энергии. Добавочный уровень 141 заполнения необязательного добавочного накопителя энергии добавочной установки подачи электрической энергии доставляется на вход 12 добавочного уровня заполнения контроллера 10. Контроллер 10 дополнительно содержит определитель 13 номинального напряжения переменного тока, имеющий выход 15 номинального напряжения переменного тока. Оба входа контроллера 10, вход 11 первого уровня заполнения и вход 12 добавочного уровня заполнения, соединены с определителем 13 номинального напряжения переменного тока. В режиме обслуживания выход 15 номинального напряжения переменного тока подсоединен к генератору напряжения переменного тока установки подачи электрической энергии таким образом, что номинальное напряжение 14 переменного тока, определенное определителем 13 номинального напряжения переменного тока, пересылается генератору напряжения переменного тока. Определитель 13 номинального напряжения переменного тока определяет номинальное напряжение 14 переменного тока путем оценки первого уровня 41 заполнения и/или добавочного уровня 141 заполнения. В режиме обслуживания генератор напряжения переменного тока выдает напряжение переменного тока, которое совпадает с номинальным напряжением 14 переменного тока и становится доступным, например, нагрузке, которая подсоединена к установке подачи электрической энергии.
На фиг. 2 представлен вариант реализации изобретения в рабочем состоянии, в котором определитель 13 номинального напряжения переменного тока определяет номинальную частоту 16 номинального напряжения 14 переменного тока по отношению к первому уровню 41 заполнения. На фиг. 2 приведены примеры значений для частоты сети 50 Гц. Для частоты сети 60 Гц (не представлена здесь) значения могут быть экстраполированы на основе примеров значений для 50 Гц, например, в линейном соотношении. На частоте сети 50 Гц и при первом уровне заполнения 0% определитель 13 номинального напряжения переменного тока определяет номинальное напряжение 14 переменного тока с номинальной частотой 16, равной 45,5 Гц. При первом уровне 41 заполнения, равном 100%, определитель 13 номинального напряжения переменного тока определяет номинальное напряжение 14 переменного тока, имеющее номинальную частоту 16, равную 50 Гц, что совпадает с частотой сети. Номинальная частота 16 повышается с постоянным и линейным изменением по отношению к первому уровню 41 заполнения.
На фиг. 3 представлен вариант реализации изобретения в рабочем состоянии, в котором определитель 13 номинального напряжения переменного тока при уровне заполнения 100% определяет номинальную частоту 16 номинального напряжения 14 переменного тока по отношению к избыточной мощности 81. На фиг. 3 приведены примеры значений для частоты сети 50 Гц. Для частоты сети 60 Гц (не представлена здесь) значения могут быть экстраполированы на основе примеров значений для 50 Гц, например, в линейном соотношении. На частоте сети 50 Гц и при избыточной мощности 81, равной 0%, определитель 13 номинального напряжения переменного тока определяет номинальное напряжение 14 переменного тока, имеющее номинальную частоту 16, равную 50 Гц, что совпадает с частотой сети. При избыточной мощности 81, равной 100%, определитель 13 номинального напряжения переменного тока определяет номинальное напряжение 14 переменного тока, имеющее номинальную частоту 16, равную 52 Гц. Номинальная частота 16 повышается с постоянным и линейным изменением по отношению к избыточной мощности 81.
Соотношение между номинальной частотой 16 и первым уровнем 41 заполнения, представленное на фиг. 2, и соотношение между номинальной частотой 16 и избыточной мощностью 81, представленное на фиг. 3 (при уровне заполнения 100%) используются определителем 13 номинального напряжения переменного тока в конкретных случаях, когда установка подачи электрической энергии, содержащая контроллер 10 в соответствии с изобретением, в режиме обслуживания соединена только с нагрузкой, но не с добавочной установкой подачи электрической энергии и не с коммунальной сетью электроснабжения. В данном рабочем состоянии номинальное среднеквадратичное значение номинального напряжения 14 переменного тока определяется определителем 13 номинального напряжения переменного тока таким образом, что мощность, поставляемая установкой подачи электрической энергии, по существу совпадает с мощностью нагрузки, которая подсоединена к установке подачи электрической энергии.
В противоположность соединению для передачи сигналов между контроллером 10 и установкой подачи электрической энергии, электрически проводящим соединением между установкой подачи электрической энергии и подсоединенной к ней нагрузкой является силовой канал, предназначенный для передачи электрической энергии. Аналогично, соединительным элементом между установкой подачи электрической энергии и добавочной установкой подачи электрической энергии или между установками подачи электрической энергии в целом всегда является силовой канал. Силовой канал может быть использован также для передачи информационных сигналов в дополнение к передаче энергии.
Если дополнительно имеется добавочная установка подачи электрической энергии, не важно, имеют ли два накопителя энергии двух установок подачи электрической энергии один и тот же уровень заполнения. Первый уровень 41 заполнения первого накопителя энергии установки подачи электрической энергии может отличаться от добавочного уровня 141 заполнения добавочного накопителя энергии добавочной установки подачи энергии. Как следствие, два определителя номинального напряжения переменного тока могут аналогичным образом определить различающиеся между собой номинальные частоты для двух установок подачи электрической энергии; например, определитель 13 номинального напряжения переменного тока контроллера 10 установки подачи электрической энергии определяет номинальную частоту 16, которая отличается от добавочной номинальной частоты добавочной установки подачи электрической энергии. Если потребовалось бы соединение между собой в режиме электрической проводимости, например, в виде параллельной схемы только таких установок подачи электрической энергии, работающих на различающихся между собой номинальных частотах, полученное рабочее состояние оказалось бы нежелательным. С целью избежать этого установка подачи электрической энергии синхронизирована с другой установкой подачи электрической энергии. Например, контроллер 10 выполнен с возможностью определения добавочного уровня заполнения добавочного накопителя энергии на основе добавочной частоты добавочного напряжения переменного тока добавочного генератора напряжения переменного тока добавочной установки подачи электрической энергии. С этой целью контроллер 10 установки подачи электрической энергии подсоединен к добавочному напряжению переменного тока добавочного генератора напряжения переменного тока добавочной установки подачи электрической энергии по цепи передачи сигналов. Однако в это время напряжение переменного тока генератора напряжения переменного тока установки подачи электрической энергии еще не подведено к добавочному напряжению переменного тока добавочного генератора напряжения переменного тока добавочной установки подачи электрической энергии по силовому каналу, и таким образом предотвращается нежелательное рабочее состояние. Определитель 13 номинального напряжения переменного тока теперь определяет номинальную частоту 16 по отношению к добавочному уровню 141 заполнения. Как следствие, установка подачи электрической энергии теперь генерирует напряжение переменного тока на частоте, которая по существу совпадает с добавочной частотой добавочного напряжения переменного тока добавочной установки подачи электрической энергии. Два напряжения переменного тока двух генераторов напряжения переменного тока теперь могут быть соединены между собой в режиме электрической проводимости, например, по параллельной схеме через силовой канал без возникновения нежелательного рабочего состояния.
В любое время соответствующий изобретению контроллер 10 обеспечивает, что переходы чрез нуль напряжений переменного тока происходят одновременно на одной и той же частоте.
На фиг. 4 представлен вариант реализации в рабочем состоянии, в котором номинальное среднеквадратичное значение 19 номинального напряжения 14 переменного тока определяется по отношению к разности 20 уровней заполнения, причем разность 20 вычисляется путем вычитания добавочного уровня 141 заполнения из первого уровня 41 заполнения. Данное рабочее состояние может возникнуть, если установка подачи электрической энергии подсоединена к добавочной установке подачи электрической энергии в режиме электрической проводимости по силовому каналу, например, в виде схемы параллельного соединения установки подачи электрической энергии с добавочной установкой подачи электрической энергии. В конкретном случае, когда разность 20 уровней заполнения равняется нулю (точка пересечения осей на фиг. 4), номинальное среднеквадратичное значение 19 номинального напряжения переменного тока определяется, как описано выше, таким образом, что выходная мощность от любой установки подачи электрической энергии по существу покрывает нагрузку, подсоединенную к соответствующей установке подачи электрической энергии. Если разность 20 уровней заполнения выражается положительным значением, то есть, первый уровень 41 заполнения превышает добавочный уровень 141 заполнения, номинальное среднеквадратичное значение 19 номинального напряжения переменного тока установки подачи электрической энергии повышается (правосторонняя половина фиг. 4) и при условии отсутствия изменений в нагрузках добавочное номинальное среднеквадратичное значение добавочного номинального напряжения переменного тока добавочной установки подачи энергии соответственно уменьшается (см. левостороннюю половину фиг. 4). Как следствие, установка подачи электрической энергии, имеющая более высокий уровень заполнения, дополнительно нагружается, в то время как нагрузка на установку подачи электрической энергии, имеющую более низкий уровень заполнения, сбрасывается. Динамический режим установок подачи электрической энергии является "взаимно поддерживающим". Это приводит к ускоренному понижению первого (более высокого) уровня 41 заполнения, в то время как добавочный (более низкий) уровень 141 заполнения понижается не столь быстро, вообще не понижается или даже повышается вплоть до такого времени, когда оба уровня заполнения сравниваются между собой. При этом разность уровней заполнения сокращается во времени до тех пор, когда в итоге становится равной нулю. Динамический режим добавочного контроллера добавочной установки подачи электрической энергии при этом является таким же, как в том случае, если бы он был подключен только к нагрузке, но не к добавочной установке подачи энергии, и его добавочная номинальная частота изменяется в соответствии с его добавочным уровнем 141 заполнения. Это означает, что с течением времени становятся равными не только уровни заполнения (то есть, первый уровень 41 заполнения и добавочный уровень 141 заполнения), но также номинальные частоты - то есть, первая номинальная частота 16 и добавочная номинальная частота.
На фиг. 5 представлен вариант реализации соответствующего изобретению контроллера 10, содержащего регулятор 17 максимальной мощности. В режиме обслуживания фактическая мощность 82 источника передается от источника электрической энергии установки подачи электрической энергии к регулятору 17 максимальной мощности через вход 33 компонентной фактической мощности источника контроллера 10. Регулятор 17 максимальной мощности изменяет номинальную мощность 83 источника на выходе 34 компонентной номинальной мощности источника контроллера 10 таким образом, что мощность источника, поставляемая источником энергии, достигает своего максимального значения. В зависимости от источника электрической энергии выход 34 номинальной мощности источника регулятора 17 максимальной мощности может быть подсоединен к преобразователю напряжения установки подачи электрической энергии по цепи передачи сигналов таким образом, что преобразователь напряжения может задать напряжения и токи, необходимые для обеспечения максимальной мощности источника применительно к источнику электрической энергии.
На фиг. 5 дополнительно представлен вариант реализации контроллера 10, содержащего вход 18 избыточной мощности, который подсоединен к генератору 13 номинального напряжения переменного тока по цепи передачи сигналов таким образом, что избыточная мощность 81 может быть доставлена к генератору 13 номинального напряжения переменного тока.
В определенном варианте реализации избыточная мощность 81 может быть определена регулятором 17 максимальной мощности и доставлена посредством регулятора 17 максимальной мощности к генератору 13 номинального напряжения переменного тока, как изображено пунктирной линией в виде соединения 35 для сигнала избыточной мощности. Избыточная мощность может возникать, если регулятор 17 максимальной мощности регулирует номинальную мощность источника на выходе 34 номинальной мощности источника таким образом, что мощность источника, поставляемая источником энергии, совпадает не с максимальной потенциальной мощностью, а с пониженной мощностью.
На фиг. 5 дополнительно представлен вариант реализации контроллера 10, содержащего вход 21 мощности нагрузки, который подсоединен к генератору 13 номинального напряжения переменного тока таким образом, что мощность 22 нагрузки может быть доставлена к генератору 13 номинального напряжения переменного тока. Контроллер 10 дополнительно содержит вход 23 мощности генератора, который подсоединен к генератору 13 номинального напряжения переменного тока таким образом, что мощность 24 генератора может быть доставлена к генератору 13 номинального напряжения переменного тока.
На фиг. 5 дополнительно представлен вариант реализации контроллера 10, в котором на выходе 15 номинального напряжения переменного тока имеется номинальное напряжение 14 переменного тока, имеющее номинальную частоту 16 и номинальное среднеквадратичное значение 19.
Кроме того, на фиг. 5 представлен вариант реализации контроллера 10, содержащего вход 25 мощности энергообмена, который подсоединен к автоматическому выключателю 27 (показан в разомкнутом состоянии) по цепи передачи сигналов таким образом, что возможна передача мощности 26 энергообмена к автоматическому выключателю 27. Аналогично, первое предварительно определенное пороговое значение 28 уровня заполнения и второе предварительно определенное пороговое значение 29 уровня заполнения могут быть доставлены к автоматическому выключателю 27. Автоматический выключатель 27 может образовать силовой канал (выделен жирным цветом) между установкой подачи электрической энергии и добавочной установкой подачи электрической энергии (в не показанном здесь включенном состоянии). Если установка подачи электрической энергии с замкнутым автоматическим выключателем 27 получает электрическую мощность 26 энергообмена от добавочной установки подачи электрической энергии и первый уровень 41 заполнения тем не менее понижается настолько, что доходит до первого предварительно определенного порогового значения 28 уровня заполнения либо переходит через него, делается предположение о дефектной нагрузке на установку подачи электрической энергии, и автоматический выключатель 27 выполняет аварийное отключение. Это означает, что установка подачи электрической энергии "приносится в жертву" с целью избежать любой ненужной добавочной нагрузки на добавочную установку подачи электрической энергии. Если установка подачи электрической энергии с замкнутым автоматическим выключателем 27 поставляет электрическую мощность 26 энергообмена к добавочной установке подачи электрической энергии и первый уровень 41 заполнения понижается настолько, что доходит до второго предварительно определенного порогового значения 29 уровня заполнения либо переходит через него, делается предположение о дефектной нагрузке на добавочную установку подачи электрической энергии, и автоматический выключатель 27 выполняет аварийное отключение. Это означает, что установка подачи электрической энергии осуществляет самозащиту с целью предотвращения любой ненужной добавочной нагрузки от добавочной установки подачи электрической энергии.
В другом варианте реализации упомянутое выше состояние ошибки, как показано на фиг. 5, может быть отображено индикатором 36, причем индикатор 36 генерирует оптический и/или акустический предупредительный сигнал, например, посредством мигающего светового индикатора (в частности, такого как светодиод) или путем изменения цвета свечения индикатора с зеленого на желтый либо красный и/или с помощью акустического сигнала - такого как, например, короткий писк.
Сразу же после устранения пользователем состояния ошибки возможен ввод указанным пользователем подтверждения в контроллер 10 таким образом, что автоматический выключатель 27 может быть заново замкнут.
На фиг. 5 представлены варианты реализации контроллера 10, содержащего память 30 данных, устройство 31 прогнозирования и/или блок 32 передатчика. Памятью 30 данных, устройством 31 прогнозирования и блоком 32 передатчика могут являться традиционно используемые устройства. Память данных подсоединена по цепи передачи сигналов среди прочего к определителю 13 номинального напряжения переменного тока с целью получить доступ к эксплуатационным данным и обеспечить возможность их сохранения. Блок 32 передатчика подсоединен по цепи передачи сигналов среди прочего к памяти данных. Устройство 31 прогнозирования подсоединено по цепи передачи сигналов среди прочего к памяти данных и доставляет будущий первый уровень 42 заполнения к определителю 13 номинального напряжения переменного тока.
На фиг. 6 представлена соответствующая изобретению установка 1 подачи электрической энергии. Первый накопитель 40 энергии, например, свинцово-кислотная аккумуляторная батарея с клапанной регулировкой (типа VLRA) подсоединена по силовому каналу (выделен жирным цветом) к первому контактному выводу 51 генератора 50 напряжения переменного тока в режиме электрической проводимости. Выход 15 номинального напряжения переменного тока контроллера 10 в соответствии с изобретением подсоединен по цепи передачи сигналов (изображена в тусклом цвете) к генератору 50 напряжения переменного тока, который поставляет напряжение 54 переменного тока, соответствующее номинальному напряжению 14 переменного тока, ко второму контактному выводу 52, к которому может быть подсоединена нагрузка (не показана) либо добавочная установка подачи энергии (не показана) по силовому каналу (выделен жирным цветом).
Первый накопитель 40 энергии может быть выполнен с возможностью передачи первого уровня 41 заполнения контроллеру 10.
Необязательный добавочный уровень 141 заполнения может быть передан, например, от добавочной установки подачи электрической энергии посредством блока 32 передатчика (см. фиг. 5) к определителю 13 номинального напряжения переменного тока (см. фиг 5) контроллера 10.
На фиг. 7 представлен вариант реализации установки 1 подачи электрической энергии, содержащей детектор 45 уровня заполнения. По цепи передачи сигналов (изображена в тусклом цвете) детектор 45 уровня заполнения может получить рабочие данные от накопителя 40 энергии и определить первый уровень 41 заполнения, который далее пересылается контроллеру 10.
На фиг. 7 дополнительно представлен вариант реализации установки подачи электрической энергии, содержащей источник 80 электрической энергии - например, фотовольтовую солнечную панель. Источник 80 электрической энергии подсоединен к первому накопителю 40 электрической энергии по силовому каналу (выделен жирным цветом).
На фиг. 8 представлен вариант реализации установки 1 подачи электрической энергии, содержащей преобразователь 90 напряжения, который расположен между источником энергии и первым накопителем 40 энергии и может быть подсоединен по цепи передачи сигналов к регулятору 17 максимальной мощности (см. фиг. 5) контроллера 10.
На фиг. 8 дополнительно представлен вариант реализации установки подачи электрической энергии, содержащей зарядное устройство 43, которое подсоединено на одной стороне по силовому каналу (выделен жирным цветом) к первому накопителю 40 энергии, а на другой стороне - по силовому каналу (выделен жирным цветом) к коммунальной сети электроснабжения.
Вариант реализации, представленный на фиг. 8A, отличается от варианта реализации, показанного на фиг. 8, лишь тем, что силовой канал входной стороны (выделен жирным цветом) зарядного устройства 43 подсоединен ко второму контактному выводу 52 генератора 50 напряжения переменного тока. Если ко второму контактному выводу 52 дополнительно подсоединена коммунальная сеть электроснабжения, зарядное устройство 43 также подсоединено к коммунальной сети электроснабжения через второй контактный вывод.
На фиг. 9 представлен вариант исполнения генератора напряжения переменного тока, содержащего повышающей преобразователь и инвертор, имеющий трансформатор.
Установка 1 подачи энергии, например, целиком размещена в корпусе, имеющем соответствующие доступные штепсельные разъемы - такие как гнездовые выходы и штекеры.
На фиг. 10 представлен вариант реализации системы 2 подачи электрической энергии, содержащей соответствующую изобретению установку 1 подачи энергии и соответствующую изобретению добавочную установку 101 подачи энергии. Обе установки 1, 101 подачи энергии соединены между собой по силовому каналу в электрически проводящем режиме, например, с включением по параллельной схеме. В соответствии с изобретением добавочный контроллер 110 добавочной установки 101 подачи энергии может быть полностью идентичен контроллеру 10, как продемонстрировано на фиг. 5 в различных формах исполнения. На фиг. 10 показан будущий добавочный уровень 142 заполнения добавочной установки 101 подачи электрической энергии в добавочном контроллере - в целях экономии места без представления детально проработанного соотношения, показанного на фиг. 5.
На фиг. 11 представлен вариант исполнения допускающего штабелирование кубовидного корпуса 95, в котором размещаются все компоненты установки подачи электрической энергии, кроме источника электрической энергии. В частности, в области нижней поверхности 97 корпус содержит два кубовидных паза 98. На верхней стороне 96 имеются выступы 99, совпадающие по форме с пазами 98. Корпус дополнительно содержит контактные выводы для электрической мощности в виде гнездовых выходов и штекеров, которые здесь не показаны.
В контексте изобретения указанные выше варианты реализации могут быть изменены требуемым образом.
Например, представленная на фиг. 10 система 2 подачи энергии может быть составлена из более чем двух и/или из различающихся между собой установок подачи электрической энергии. Первый накопитель 40 энергии может быть составлен также из множества потенциально различающихся между собой накопителей энергии. Например, аккумулятор и топливный элемент могут быть объединены для образования накопителя энергии.
Понятно также, что вместо одиночного источника 80 электрической энергии предлагается множество потенциально различающихся между собой источников энергии. Так, например, фотовольтовая солнечная панель может быть объединена с ветряной турбиной с целью снижения зависимости генерации энергии от погодных условий.
Суммируя вышеизложенное, можно заметить, что соответствующий изобретению контроллер обеспечивает возможность исключительно эффективного и целевого управления установками подачи электрической энергии. Установки подачи энергии, содержащие контроллеры данного типа, могут быть объединены между собой простым и гибким способом без необходимости сложных операций монтажа или калибровки. Это позволяет просто и надежно осуществлять подачу электрической энергии, которая может быть доступной независимо от коммунальной сети электроснабжения и может быть гибким образом адаптирована к изменяющимся требованиям.