СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК H02J9/06 H02J7/14 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электроснабжения потребителей, удаленных от централизированных электросетей.

Известна система автономного электроснабжения, содержащая тепловой двигатель, генератор и выпрямитель, выводы которого соединены с шинами постоянного тока.

Известная система электроснабжения не обеспечивает работу теплового двигателя и генератора в оптимальных по коэффициенту полезного действия режимах, так как эти режимы существенно изменяются при изменении мощности потребителей.

Известна система электроснабжения, содержащая тепловой двигатель с регулятором частоты вращения, синхронный генератор, механически связанный с тепловым двигателем, управляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены с выводами якорной обмотки синхронного генератора, блок накопителей энергии, подключенный к выводам постоянного тока управляемого выпрямителя, образующим шины постоянного тока, регулятор напряжения генератора, выводы которого соединены с выводами обмотки возбуждения синхронного генератора.

В известной системе электроснабжения энергия теплового двигателя преобразуется в электроэнергию стабилизированного напряжения, причем уровень мощности, потребляемой от теплового двигателя, полностью определяется мощностью потребителей, которая может иметь резко переменный и даже импульсный характер. При этом в известной системе электроснабжения режим теплового двигателя и положение рабочей точки теплового двигателя на механической и мощностной характеристиках существенным образом зависят от изменения суммарной мощности потребителей, что ухудшает экономичность теплового двигателя, снижает его ресурс, увеличивает токсичность выхлопных газов.

Целью изобретения является повышение экологичности, надежности, снижение расхода топлива и расширение функциональных возможностей.

Цель достигается тем, что в систему автономного электроснабжения введены преобразователь постоянного напряжения, включенный последовательно с блоком накопительной энергии, турбонагнетатель, установленный на входном патрубке теплового двигателя, электродвигатель переменного тока, механически связанный с турбонагнетателем, турбина, установленная на выходном патрубке теплового двигателя, вспомогательный генератор переменного тока, механически связанный с турбиной, инвертор, выводы переменного тока которого соединены с выводами электродвигателя переменного тока, вспомогательный управляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены с выводами вспомогательного генератора, выводы постоянного тока инвертора и вспомогательного управляемого выпрямителя соединены между собой и подключены к выводам блока накопителей энергии.

На чертеже приведена схема системы автономного электроснабжения.

Система автономного электроснабжения содержит тепловой двигатель 1, механически связанный с первым генератором 2 переменного тока, первый преобразователь 3, выводы переменного тока которого соединены с выводами генератора 2, а выводы постоянного тока соединены с шинами 4 постоянного тока, последовательно соединенные блок 5 накопителей энергии и второй преобразователь 6, свободные выводы которых подключены к выводам постоянного тока первого преобразователя 3.

Первые шины 7 переменного тока соединены с выводами генератора 2 и одними выводами переменного тока преобразователя 8 частоты и напряжения, другие выводы которого подключены к вторым шинам 9 переменного тока.

Выводы обмотки 10 возбуждения генератора соединены с выводами регулятора 11 напряжения генератора.

На входном патрубке 12 теплового двигателя 1 установлен турбонагнетатель 13, приводимый во вращение электродвигателем 14.

На выходном патрубке 15 теплового двигателя 1 установлена турбина 16, приводящая во вращение второй генератор 17. Выводы электродвигателя 14 и генератора 17 через соответственно инвертор 18 и выпрямитель 19 соединены с выводами блока 5 накопителей энергии.

В состав основного управляемого выпрямителя 3 преобразователя 6 постоянного напряжения, инвертора 18, вспомогательного управляемого выпрямителя 19, регулятора 11 напряжения и преобразователя 5 частоты входят собственные системы управления, обеспечивающие функционирование каждого блока в заданном режиме в соответствии с настройкой, производимой на этапе отладки режимов системы автономного электроснабжения.

Генератор 2 обеспечивает снабжение потребителей переменного тока, не требующих высокого качества электроэнергии, по системе шин 7. Потребители высококачественной электроэнергии переменного тока подключаются к системе шин 9.

Потребители энергии постоянного тока подключаются к системе шин 4.

Тепловой двигатель 1 может быть снабжен регулятором 20 частоты вращения. Для оптимизации режимов система автономного электроснабжения может быть снабжена системой 21 управления.

Задающие входы системы 21 управления соединены с пультом 22 управления, а входы обратных связей - с датчиком 23 напряжения генератора 2, с датчиком 24 уровня токсичности, с датчиком 25 частоты вращения теплового двигателя 1, с датчиком 26 активной мощности генератора 2, с датчиком 27 подачи топлива теплового двигателя.

Выходы системы 21 управления соединены с управляющими входами соответствующих блоков.

Система автономного электроснабжения работает следующим образом.

Тепловой двигатель 1 работает в точке оптимальной по расходу топлива и экологичности.

Генератор 2 снабжает энергией потребителей, подключенных к шинам 4, 7, 9 постоянного и переменного тока.

Избыток или недостаток мощности теплового двигателя 1 при изменении суммарной мощности потребителей компенсируется энергией блока 5 накопителей, причем значительное по величине, но не длительные отклонения мощности потребителей компенсируются энергией емкостного накопителя (например, молекулярного конденсатора), длительные отклонения мощности потребителей от мощности, обусловленной оптимальным режимом теплового двигателя, компенсируются аккумуляторной батареей.

При таком способе функционирования системы электроснабжения можно существенно снизить требования к регулятору 20 частоты вращения теплового двигателя 1, повысить ресурс узлов теплового двигателя 1 и генератора 2, уменьшить расход топлива и потери энергии в электрооборудовании.

Блоки 3, 5, 6 функционируют аналогично агрегатам бесперебойного питания таким образом, что, когда суммарная мощность потребителей меньше мощности теплового двигателя 1, ее избыток энергии запасается в блок 5 накопителей энергии (аккумуляторных батарей и емкостных молекулярных накопителей), а когда суммарная мощность потребителей больше мощности теплового двигателя 1, потребители постоянного тока обеспечиваются энергией от блока накопителей 5 через преобразователь 6 постоянного напряжения.

В зависимости от режима теплового двигателя 1 и уровня напряжения на выходе блока 5 емкостного накопителя энергия выхлопных газов, преобразованная блоками 16, 17 и 19 в электроэнергию постоянного тока, может обеспечивать работу системы турбонаддува (блоки 18, 14 и 13) и дополнительный заряд блока 5 накопителей энергии или система турбонаддува будет обеспечиваться энергией как от системы утилизации энергии выхлопных газов, так и от блока 5 накопителей энергии.

Причем основной источник энергии - тепловой двигатель 1, потребители электроэнергии, система утилизации выхлопных газов и турбонаддув, преобразователи и накопители энергии образуют единую саморегулирующуюся энергетическую сеть.

Таким образом, система автономного электроснабжения обеспечивает эффективное снабжение электроэнергией разнородных потребителей при оптимизации по КПД режимов теплового двигателя, генератора и преобразователей энергии.

Использование: в электротехнике, в системах автономного электроснабжения. Сущность: система содержит тепловой двигатель, генератор, выпрямитель, накопитель энергии, нагрузку постоянного и переменного тока. Последовательно с накопителем включен преобразователь. К выходному патрубку теплового двигателя подключены турбина и второй генератор, связанный через выпрямитель - с накопителем энергии и через инвертор и электродвигатель - с турбонагнетателем, установленным на входном патрубке теплового двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ, содержащая тепловой двигатель с регулятором частоты вращения, синхронный генератор, механически связанный с тепловым двигателем, управляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены с выводами якорной обмотки синхронного генератора, блок накопителей энергии, подключенный к выводам постоянного тока управляемого выпрямителя, образующими шины постоянного тока, регулятор напряжения генератора, выводы которого соединены с выводами обмотки возбуждения синхронного генератора, отличающаяся тем, что в нее введены преобразователь постоянного напряжения, включенный последовательно с блоком накопителей энергии, турбонагнетатель, установленный на входном патрубке теплового двигателя, электродвигатель переменного тока, механически связанный с турбонагнетателем, турбина, установленная на выходном патрубке теплового двигателя, вспомогательный генератор переменного тока, механически связанный с турбиной, инвертор, выводы переменного тока которого соединены с выводами электродвигателя переменного тока, вспомогательный управляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены с выводами вспомогательного генератора, выводы постоянного тока инвертора и вспомогательного управляемого выпрямителя соединены между собой и подключены к выводам блока накопителей энергии. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в нее введен преобразователь частоты, входные выводы которого соединены с выводами якорной обмотки основного генератора переменного тока, являющиеся первой системой шин переменного тока, а выходные выводы преобразователя частоты образуют вторую систему шин переменного тока.