СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК H02J9/06 

Система бесперебойного энергоснабжения относится к энергетике, в частности к бесперебойному энергоснабжению различных классов потребителей, и может быть использована для энергоснабжения частных домохозяйств в случае стихийных бедствий, в составе структурных подразделений МЧС как основной источник энергоснабжения при развертывании передвижных госпиталей, как основной источник энергоснабжения геологоразведывательных и поисковых партий, как основной источник энергоснабжения систем электрохимзащиты, систем телемеханики, станций радиорелейной связи при добыче и транспортировке полезных ископаемых.

Известна «МОБИЛЬНАЯ СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ» по патенту №106054 от 16.12.2010, опубл. 27.06.2011, МПК H02J 15/00, содержащая ветрогенератор, преобразователь солнечной энергии в электрическую, аккумуляторные батареи, выходы которых соединены через инвертор напряжения и распределительное устройство к нагрузке, и узел управления, при этом в нее введены узел радиоканала с антенной связи, подключенный к узлу управления, центральный пункт управления и колесное шасси, снабженное крепежными элементами для транспортировки по воздуху, аккумуляторные батареи содержат, по меньшей мере, три секции, ветрогенератор и преобразователь солнечной энергии в электрическую соединены с секциями аккумуляторных батарей через блок заряда аккумуляторных батарей, вход управления которого подключен к выходу узла управления, а корпус системы выполнен в виде установленного на колесном шасси вагончика, при этом в транспортном состоянии системы ветрогенератор находится внутри вагончика; входы-выходы узла управления подключены к соответствующим входам-выходам управления инвертора и распределительного устройства.

Наиболее близкой по технической сути является «СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ» по патенту №78012 от 24.03.2008, опубл. 10.11.2008, МПК H02J 3/28, содержащая источники электроэнергии, в том числе, по меньшей мере, один возобновляемый - солнечную батарею, генератор электроэнергии, двигатель внутреннего сгорания с устройством подачи топлива, аккумуляторные батареи, инвертор напряжения накопленной энергии, силовой коммутатор, нагрузку, блок управления, отличающаяся тем, что подключение каждого возобновляемого источника электроэнергии к аккумуляторной батарее осуществлено через конвертор напряжений, связанный с блоком управления, а аккумуляторные батареи подключены через инвертор к силовому коммутатору, а последний через стабилизатор - к электросети; устройство подачи топлива - двигатель внутреннего сгорания - генератор переменного тока образуют цепь резервного питания, вход которой подключен к блоку управления, а выход - через силовой коммутатор - к нагрузке; в качестве второго возобновляемого источника электроэнергии использован ветроэлектрогенератор.

В процессе выполнения ряда задач, например монтажа объектов в условиях относительной удаленности от населенных пунктов, аварийно-восстановительных работ и т.д., часто возникает потребность в использовании различного оборудования, потребляющего как постоянный, так и переменный ток. При этом зачастую невозможно предугадать конкретное место, время и режим проведения некоторых видов работ, типы и количество оборудования, которое потребуется для выполнения возникающих задач, а также тип и стабильность доступных источников тока. Использование существующих систем бесперебойного питания предполагает наличие дополнительных устройств для преобразования тока под конкретных потребителей, что увеличивает количество требуемого для осуществления задач оборудования, а также требует специальных знаний и навыков для компоновки, настройки и использования данного дополнительного оборудования. Кроме того, применение дополнительного трансформаторного оборудования накладывает ряд специфических логистических требований к средствам доставки систем бесперебойного энергоснабжения до места их применения. При этом в случае если работа в условиях отдаленности от стабильных источников тока затягивается по времени, возникает необходимость своевременного заряда аккумуляторных батарей. Зарядку батарей для соблюдения оптимального режима зарядки целесообразно осуществлять от наиболее стабильного из доступных источников тока. Применение существующих систем бесперебойного питания крайне затруднено в случае, когда параметры источников тока на месте выполнения задач не известны, а также не известны внешние, например погодные, условия работы. Таким образом, существующие системы узкоспециализированы и предполагают использование для зарядки аккумуляторных батарей конкретных заранее определенных источников тока, а также не позволяют осуществлять параллельное питание нескольких потребителей постоянного и переменного тока различных напряжений.

Задачей предлагаемого технического решения является создание универсальной системы бесперебойного энергоснабжения, способной аккумулировать электроэнергию от большинства известных источников постоянного и переменного тока и позволяющей осуществлять как последовательное, так и параллельное питание нескольких потребителей постоянного и переменного тока различных напряжений в условиях нестабильного энергоснабжения или его временного отсутствия без применения дополнительного трансформаторного оборудования.

Поставленная задача решена за счет системы бесперебойного энергоснабжения, содержащей, по меньшей мере, одну аккумуляторную батарею, систему питания потребителей, блок управления, систему заряда батареи, включающую блок зарядных устройств, при этом система заряда батарей дополнительно содержит коммутационный блок по постоянному току, связанный через конверторный блок и блок зарядных устройств с аккумуляторной батареей; система заряда батареи дополнительно содержит коммутационный блок по переменному току, связанный через блок зарядных устройств с аккумуляторной батареей; система питания потребителей включает коммутационный блок нагрузки постоянного тока, связанный через конверторный блок с аккумуляторной батареей; система питания потребителей дополнительно включает коммутационный блок нагрузки переменного тока, связанный через инверторный блок с аккумуляторной батареей; блок управления взаимосвязан с блоком зарядных устройств, инверторным блоком, каждой аккумуляторной батареей и каждым конверторным блоком; система бесперебойного энергоснабжения дополнительно содержит блок стартерного режима, соединенный с аккумуляторной батареей и взаимосвязанный с блоком управления; система бесперебойного энергоснабжения дополнительно содержит блок параллельной работы с сетью и прочими устройствами соединенный с инверторным блоком и взаимосвязанный с блоком управления.

Сущноть технического решения проиллюстрирована чертежом, где на фиг.1- схема системы бесперебойного энергоснабжения.

На фиг.1 изображены аккумуляторная батарея 1, система 2 заряда батарей, система 3 питания потребителей, блок 4 управления, источники 5 постоянного тока, коммутационный блок 6 по постоянному току, конверторный блок 7, блок 8 зарядных устройств, источники 9 переменного тока, коммутационный блок 10 по переменному току, конверторный блок 11, коммутационный блок 12 нагрузки постоянного тока, нагрузки 13 постоянным током, инверторный блок 14, коммутационный блок 15 нагрузки переменного тока, нагрузки 16 переменным током, блок 17 стартерного режима, блок 18 параллельной работы с сетью и прочими устройствами.

Система бесперебойного энергоснабжения выполнена следующим образом.

Система бесперебойного энергоснабжения содержит взаимосвязанные между собой, по меньшей мере, одну аккумуляторную батарею 1, систему 2 заряда батарей, систему 3 питания потребителей, блок 4 управления. Аккумуляторные батареи 1 опционально выполнены литий-титанатными. Система заряда батарей 1 содержит коммутационный блок 6 по постоянному току, связанный через конверторный блок 7 с блоком 8 зарядных устройств. Конверторный блок 7 опционально связан с аккумуляторными батареями 1. Система 2 заряда батарей также содержит коммутационный блок 10 по переменному току, связанный с блоком 8 зарядных устройств. Блок 8 зарядных устройств связан с каждой аккумуляторной батареей 1. Система 3 питания потребителей включает коммутационный блок 12 нагрузки постоянного тока, связанный с каждой аккумуляторной батареей 1 через конверторный блок 11. Система 3 питания потребителей также дополнительно включает коммутационный блок 15 нагрузки переменного тока, связанный с аккумуляторной батареей 1 через инверторный блок 14. Система бесперебойного энергоснабжения опционально содержит блок 17 стартерного режима, соединенный с аккумуляторной батареей 1 и блок 18 параллельной работы с сетью и прочими устройствами, связанный с инверторным блоком 14. Блок 4 управления взаимосвязан с блоком 8 зарядных устройств, инверторным блоком 14, каждой аккумуляторной батареей 1, конверторным блоком 11, конверторным блоком 7, блоком 17 стартерного режима и блоком 18 параллельной работы с сетью и прочими устройствами. Система бесперебойного энергоснабжения опционально содержит ветрогенератор постоянного тока и солнечный модуль, подсоединенные к коммутационному блоку 6 по постоянному току, а также ДВС генератор переменного тока, ветрогенератор переменного тока, подсоединенные к коммутационному блоку 6 по переменному току. Система 3 питания потребителей опционально содержит нагрузку постоянным током 48 В, нагрузку постоянным током 24 В, нагрузку постоянным током 12 В, содержит нагрузку однофазную 220 В и нагрузку трехфазную 380 В.

Система бесперебойного энергоснабжения работает следующим образом. Систему бесперебойного энергоснабжения доставляют на место эксплуатации. В зависимости от типа потребляемого тока и требуемого напряжения, потребителя подключают к одной из нагрузок, подсоединенных либо к коммутационному блоку 12 нагрузки постоянного тока, либо к коммутационному блоку 15 нагрузки переменного тока. В случае необходимости потребитель может быть подключен к блоку 17 стартерного режима. Для питания потребителей постоянного тока ток от аккумуляторных батарей 1 поступает в конверторный блок 11, где приобретает необходимые для питания потребителя параметры, откуда поступает через коммутационный блок 12 к потребителю. Для потребителей переменного тока постоянный ток от аккумуляторной батареи 1 поступает в инверторный блок 14, где трансформируется в переменный ток с необходимыми параметрами и через коммутационный блок 15 поступает к потребителю. Для заряда аккумуляторных батарей 1, в зависимости от типа доступного источника тока, систему бесперебойного энергоснабжения подключают либо через коммутационный блок 6 по постоянному току, либо через коммутационный блок 10 по переменному току. Для заряда аккумуляторных батарей 1 от источника 5 постоянного тока ток через коммутационный блок 6 поступает в конверторный блок 7, где стабилизируется, автоматически конвертируется и далее проходит через соответствующее зарядное устройство блока 8, где приобретает необходимые для заряда батарей 1 параметры. Для заряда аккумуляторных батарей 1 от источников 9 переменного тока ток через коммутационный блок 10 по переменному току поступает в соответствующее зарядное устройство блока 8, где трансформируется в постоянный ток и приобретает необходимые для заряда батарей 1 параметры. Управление всеми процессами осуществляется при помощи блока 4 управления, который опционально также выполняет функцию контроля работы всех систем. Блок управления 4 при источниках постоянного тока на входе контролирует конверторный блок 7 и через связь с блоком 8 зарядных устройств выдает команду на напряжение и ток заряда. Блок управления 4 также контролирует напряжение, температуру и ток заряда-разряда каждой аккумуляторной батареи 1 и дает команду на их отключение при достижении максимально допустимого уровня заряда-разряда. Для увеличения длительности работы нескольких объединенных в блок аккумуляторных батарей 1, блок управления 4 также выполняет функцию балансировки между ними, которая осуществляется увеличением и уменьшением тока на конкретную батарею 1. Кроме того, блок управления 4 контролирует стартерный режим разряда. Также блок управления 4 контролирует параллельную работу с сетью, определяя ее параметры и подстраиваясь на корректную работу. Блок управления 4 также контролирует работу инверторного блока 14.

За счет применения независимо подключенных коммутационного блока 12 нагрузки постоянного тока и коммутационного блока 15 нагрузки переменного тока система бесперебойного энергоснабжения может обеспечивать как последовательное, так и параллельное питание нескольких потребителей постоянного и переменного тока различных напряжений. За счет применения независимо подключенных коммутационного блока 6 по постоянному току и коммутационного блока 10 по переменному току система бесперебойного энергоснабжения способна аккумулировать электроэнергию от большинства известных источников постоянного и переменного тока одновременно. Наличие блока управления 4, контролирующего и синхронизирующего работу всех основных компонентов системы, позволяет оптимизировать процессы питания различных потребителей и аккумуляции энергии от разных источников. Таким образом, данная система является универсальной и позволяет осуществлять аккумуляцию электроэнергии от большинства известных, в том числе возобновляемых источников электроэнергии, обеспечивая при этом питанием широкий спектр потребителей. Предлагаемая система бесперебойного энергоснабжения позволяет согласованно работать с большинством известных источников электрической энергии, включая как возобновляемые источники электрической энергии (ВИЭ-фотогальванические модули, ветрогенераторые установки переменного и постоянного тока, геотермальные, приливные и т.д.), имеющие различные параметры выходного напряжения, так и невозобновляемые (линия электропередачи, ДВС-генераторные установки). Система бесперебойного энергоснабжения может функционировать как автономно, так и в параллель с сетью. Предлагаемое устройство способно выполнять функции кластера для создания цепей любой энегоемкости в зависимости от потребности электрооборудования. Устройство способно работать как автономно, как основной источник питания, так в параллель с сетью, сглаживая пики потребления, запасая энергию от альтернативных источников и выдавать ее потребителю по мере потребности, срабатывая автоматически.

Техническим эффектом предлагаемого технического решения является создание универсальной системы бесперебойного энергоснабжения, способной аккумулировать электроэнергию от большинства известных источников постоянного и переменного тока и позволяющей осуществлять как последовательное, так и параллельное питание нескольких потребителей постоянного и переменного тока различных напряжений в условиях нестабильного энергоснабжения или его временного отсутствия без применения дополнительного трансформаторного оборудования, также способного выполнять функции кластера, для создания цепей любой энегоемкости в зависимости от потребности электрооборудования, также способного работать как автономно как основной источник питания, так и в параллель с сетью, сглаживая пики потребления, запасая энергию от альтернативных источников и выдавать ее потребителю по мере потребности, срабатывая автоматически за счет системы бесперебойного энергоснабжения, содержащей, по меньшей мере, одну аккумуляторную батарею, систему питания потребителей, блок управления, систему заряда батареи, включающую блок зарядных устройств, при этом система заряда батарей дополнительно содержит коммутационный блок по постоянному току, связанный через конверторный блок и блок зарядных устройств с аккумуляторной батареей; система заряда батареи дополнительно содержит коммутационный блок по переменному току связанный через блок зарядных устройств с аккумуляторной батареей; система питания потребителей включает коммутационный блок нагрузки постоянного тока, связанный через конверторный блок с аккумуляторной батареей; система питания потребителей дополнительно включает коммутационный блок нагрузки переменного тока, связанный через инверторный блок с аккумуляторной батареей; блок управления взаимосвязан с блоком зарядных устройств, инверторным блоком, каждой аккумуляторной батареей и каждым конверторным блоком; система бесперебойного энергоснабжения дополнительно содержит блок стартерного режима, соединенный с аккумуляторной батареей и взаимосвязанный с блоком управления; система бесперебойного энергоснабжения дополнительно содержит блок параллельной работы с сетью и прочими устройствами, соединенный с инверторным блоком и взаимосвязанный с блоком управления.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - обеспечение последовательного или параллельного питания нескольких потребителей постоянного и переменного тока различных напряжений без применения дополнительного трансформаторного оборудования. Система бесперебойного энергоснабжения содержит, по меньшей мере, одну аккумуляторную батарею, систему питания потребителей, блок управления, блок стартерного режима, блок параллельной работы с сетью и прочими устройствами, систему заряда батареи, включающую блок зарядных устройств, коммутационный блок по постоянному току, связанный через конверторный блок и блок зарядных устройств с аккумуляторной батареей, и коммутационный блок по переменному току, связанный через блок зарядных устройств с аккумуляторной батареей; система питания потребителей включает коммутационный блок нагрузки постоянного тока, связанный через конверторный блок с аккумуляторной батареей, и коммутационный блок нагрузки переменного тока, связанный через инверторный блок с аккумуляторной батареей; блок управления взаимосвязан с блоком зарядных устройств, инверторным блоком, каждой аккумуляторной батареей и каждым конверторным блоком. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система бесперебойного энергоснабжения, содержащая, по меньшей мере, одну аккумуляторную батарею, систему питания потребителей, блок управления, систему заряда батареи, включающую блок зарядных устройств, отличающаяся тем, что система заряда батарей дополнительно содержит коммутационный блок по постоянному току, связанный через конверторный блок и блок зарядных устройств с аккумуляторной батареей; система заряда батареи дополнительно содержит коммутационный блок по переменному току, связанный через блок зарядных устройств с аккумуляторной батареей; система питания потребителей включает коммутационный блок нагрузки постоянного тока, связанный через конверторный блок с аккумуляторной батареей; система питания потребителей дополнительно включает коммутационный блок нагрузки переменного тока, связанный через инверторный блок с аккумуляторной батареей.

2. Система бесперебойного энергоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что блок управления взаимосвязан с блоком зарядных устройств, инверторным блоком, каждой аккумуляторной батареей и каждым конверторным блоком.

3. Система бесперебойного энергоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок стартерного режима, соединенный с аккумуляторной батареей и взаимосвязанный с блоком управления.

4. Система бесперебойного энергоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок параллельной работы с сетью и прочими устройствами, соединенный с инверторным блоком и взаимосвязанный с блоком управления.