КОМПОНОВКА МОДУЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Область техники.
Полезная модель относится к области создания автономных источников питания, автономного энергетического машиностроения на твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ) для нужд станций катодной защиты при транспорте нефти и газа и предназначена для распределения электроэнергии, вырабатываемой энергоустановкой.
Уровень техники.
Известно техническое решение «Управление распределением электроэнергии» (RU 450406, МПК H02J 13/00, H02J 3/06, 09.03.2009). Данное техническое решение представляет собой интерфейс между сетью передачи электроэнергии и конечными потребителями электричества. В соответствии с изобретением распределительный контроллер, предназначенный для управления распределением электроэнергии, выполнен с возможностью его подключения к устройствам технологического процесса. Распределительный контроллер, кроме того, выполнен с возможностью передавать описание отдельного участка сети в другой распределительный контроллер, управляющий второй или соседней областью распределения электроэнергии, к которой подключена указанная отдельная сеть, вследствие изменений конфигурации электросети. Благодаря такой возможности передачи описаний участка сети, переходящей в другое управление, нет необходимости сохранять или обновлять описание всей сети в каждом контроллере системы распределения электроэнергии. Это, в свою очередь, снижает требование по выделению памяти и вычислительной мощности для распределительных контроллеров. Недостатком данного технического решения является неавтономность от внешних источников электроэнергии.
Раскрытие полезной модели.
Модуль распределения электрической энергии представляет собой систему, которая осуществляет направление электроэнергии. вырабатываемой горячим боксом энергоустановки на топливных элементах, на нужды потребителя, самой энергоустановки и зарядку аккумуляторных батарей.
Целью предлагаемого технического решения является оптимизация распределения электрической энергии и автономность системы (независимость от внешних источников электроэнергии). Это достигается за счет направления получаемой электрической энергии не только на нужды потребителя, но и на зарядку аккумуляторных батарей и собственные нужды энергоустановки.
Новизна предлагаемого решения обеспечивается рядом возможностей. Модуль распределения эклектической энергии может получать энергию, вырабатываемую в горячем боксе, в широком диапазоне (напряжением 87,5-167 В и током от 0 до 80 А). Компоновка данного модуля позволяет преобразовывать энергию, полученную в горячем боксе, в «удобную» для потребителя форму: переменный ток 220 В и 550 Гц; постоянный ток +24 В. Модуль обеспечивает безопасность и сохранность топливной батареи горячего бокса за счет ограничения скорости нарастания токонагрузки на уровне 0,5 А на 1 кВт установленной мощности, что позволяется предотвратить перегрев энергоустановки и разрушение кристаллической решетки электролита (без ограничения токонаргузки количество смеси окислителя в катодном тракте будет недостаточно для протекания реакции, что приведет к разрушению электролита). Так же модуль обеспечивает возможность работы энергоустановки, в то числе длительного стартового разогрева энергоустановки без использования внешних источников электроэнергии в местах эксплуатации, где нет возможности подведения внешних источников тока. Модуль обеспечивает бесперебойное питание потребителя при сбросе/набросе нагрузки в режиме безопасной для топливной батареи. Модуль обеспечивает контроль и регулировку выходных электрических параметров топливной батареи, а так же контроль и диагностику работоспособности элементов энергоустановки по анализу токопотребления и других электрических параметров.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как оно может быть использовано для нужд станций катодной защиты при транспорте нефти и газа.
Краткое описание чертежей.
Фиг.1 - Принципиальная схема компоновки модуля распределения электрической энергии.
Осуществление полезной модели.
Фиг.1 представляет собой принципиальную схему модуля распределения электрической энергии для энергоустановок на топливных элементах. Модуль распределения электрической энергии представляет собой систему, которая осуществляет направление электроэнергии, вырабатываемой горячим боксом энергоустановки на топливных элементах. Горячий бокс включает в себя инжектор для нагнетания газа в реформер, реформер для генерации синтез-газа, топливная батарея, а так же теплообменник. Из горячего бокса полученная энергия поступает в модуль распределения электрической энергии для дальнейшего перераспределения энергии на зарядку аккумуляторных батарей (АКБ), на нужды самой установки и на нужды непосредственного потребителя.
Модуль распределения электрической энергии содержит балластный резистор (Р1), несколько фильтров (Ф1, Ф2), несколько широтно-импульсных модуляторов (ШИМ1, ШИМ2), тормозной резистор (Р2), несколько преобразователей постоянного тока в переменный (П1, П2). ряд контакторов (К1-К5) и измерительных приборов (измерители тока I и напряжения U).
Электрическая энергия, выработанная в горячем боксе за счет топливной батареи, поступает в модуль распределения электрической энергии. При первоначальном запуске энергоустановки контактор К1 замкнут, а К2 разъединен, таким образом, что электроэнергия проходит через резистор Р1 для обеспечения подключения нагрузки к горячему боксу на время стартового разогрева. Далее электроэнергия поступает в фильтр Ф1 для фильтрации выходного сигнала из горячего бокса от низкочастотных и высокочастотных помех. По окончанию стартового разогрева энергоустановки контактор К2 замыкается.
Далее сигнал проходит через широтно-импульсный модулятор ШИМ2 и фильтр Ф2, чтобы из импульсного сигнала отфильтровать сигнал постоянного напряжения. После чего происходит распределение электрической энергии между внешним потребителем, собственными нуждами энергоустановки и зарядом аккумуляторных батарей.
Перед тем, как потребитель получит электроэнергию происходит преобразование постоянного тока в переменный за счет П1. То же происходит с электроэнергией, идущей на собственные нужды с помощью преобразователя П2.
Энергия, поступаемся для подзарядки аккумуляторных батарей АКБ, проходит через контактор К3, который автоматически размыкается только в аварийных случаях при перегреве аккумуляторных батарей АКБ.
Помимо этого вся система снабжена датчиками измерения силы тока и напряжения в ключевых местах.
В случае отсутствия потребителя, невозможно осуществить остановку работы энергоустановки, а, следовательно, и выработку электроэнергии мгновенно, поэтому электрическая энергия будет еще какое-то время вырабатываться в горячем боксе и поступать в модуль распределения электрической энергии. На этот случай модуль распределения эклектической энергии содержит тормозной резистор Р2, который подкачается за счет широтно-импульсного преобразователя ШИМ1. Эта конструкция позволяет сбросить часть нагрузки в случае отсутствия потребителя и отводит часть мощности на резистор Р2. а значит и предохраняет модуль распределения электрической энергии от перегрева и обеспечивают ее безопасность.