СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК H02J7/34 

Система относится к области электроэнергетики и, в частности, к системам автономного электроснабжения.

Известна система автономного электроснабжения, описанная в Википедии (ru.wikipedia.org/wiki Система автономного электроснабжения), которая выбрана в качестве прототипа настоящегоу изобретения как наиболее близкая по технической сущности.

Система является полуавтономной, т.к. обеспечивает потребителя электропитанием только во время отсутствия напряжения во внешней стационарной питающей сети.

Система содержит: ввод от внешней стационарной сети; электрогенератор с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и электростартером; блок коммутации (БК), выполняющий функции автоматического управления и слежения за системой; аккумуляторную батарею (АКБ); двунаправленный стабилизирующий инвертор, выполняющий функции преобразования переменного тока в постоянный для подзарядки АКБ при наличии напряжения сети и преобразования постоянного тока АКБ в переменный при отсутствии напряжения сети; потребителя напряжения переменного тока; систему автоматического пуска (САП) ДВС электрогенератора.

При наличии напряжения внешней электрической сети происходит зарядка АКБ системы через инвертор. После отключения сети инвертор быстро (<20 мс) переключается на питание от АКБ. БК следит за состоянием батарей и при их разряде посредством САП включает резервный источник энергии (генератор). После выхода на режим генератора БК переключает нагрузку на него, а инвертор снова начитает накапливать электроэнергию в аккумуляторные батареи. После зарядки батарей либо при перегреве генератора БК вновь переключает нагрузку на инвертор, а генератор выключается. Так происходит до появления напряжения во внешней сети.

Недостатком системы-прототипа является ее ограниченная перегрузочная способность по отношению к пиковым и дополнительным нагрузкам. Этот недостаток является следствием того, что перегрузочная способность системы ограничена допустимой перегрузочной способностью инвертора, через который проходит вся потребляемая электроэнергия.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известной системы автономного питания путем повышения ее перегрузочной способности в автономном режиме работы при возникновении пиковых и дополнительных нагрузок с помощью организации параллельной работы инвертора и электрогенератора.

Указанная задача решается за счет того, что в известную систему, содержащую: газо-бензо-дизельный электрогенератор с электростартером, систему автоматического пуска электрогенератора, двунаправленный стабилизирующий инвертор с функцией зарядного устройства, имеющий входы: первый - переменного тока для зарядного устройства и второй - постоянного тока для инвертирования в переменный ток, и выходы: первый - переменного тока для питания потребителя и второй - постоянного тока от зарядного устройства; аккумуляторную батарею с входом зарядки и выходами: первым - питания инвертора и вторым - информационным о степени заряженности батареи; блок коммутации с входами: первым и вторым силовыми переменного тока и третьим - информационным для контроля заряженности аккумуляторной батареи, и выходами: первым - силовым переменного тока для питания потребителя и вторым - информационным для управления системой автоматического пуска ДВС, выход которой подключен к системе управления ДВС; силовой выход генератора подключен ко второму силовому входу блока коммутации, его третий вход - ко второму выходу аккумуляторной батареи, ее вход - ко второму выходу инвертора, а ее первый выход - ко второму входу инвертора, согласно изобретению в систему введены дополнительно: блок синхронизации и распределения нагрузки с информационным входом и двумя информационными выходами и блок управления возбуждением генератора, а первый выход блока синхронизации и распределения нагрузки соединен посредством блока управления возбуждением с системой управления генератором, его второй выход - с системой управления ДВС, его вход - с дополнительно введенным третьим информационным выходом блока коммутации, причем первый вход инвертора соединен с выходом генератора, его первый выход - с первым входом блока коммутации, а первый выход блока коммутации подключен к потребителю электроэнергии.

На фиг.1 приведена функциональная схема системы.

Система содержит: электрогенератор 1 переменного тока, газо-бензо-дизельный ДВС 2 с электростартером, двунаправленный стабилизирующий инвертор 3 с функцией зарядного устройства, имеющий входы: первый - 4 переменного тока для зарядного устройства и второй - 5 постоянного тока для инвертирования в переменный ток, и выходы: первый - 6 переменного тока от выхода собственно инвертора и второй - 7 постоянного тока от выхода зарядного устройства; аккумуляторную батарею 8 с входом 9 зарядки и выходами: первым -10 для питания инвертора 3 и вторым - 11 информационным о степени заряженности батареи 8; блок 12 коммутации с входами: первым - 13 и вторым -14 силовыми переменного тока и третьим - 15 информационным для контроля заряженности аккумуляторной батареи, и выходами: первым - 16 силовым переменного тока для питания потребителя 17, вторым - 18 информационным для управления системой 19 автоматического пуска ДВС, третьим - 20 информационным, блок 21 синхронизации и распределения нагрузки с информационным входом 22 и двумя информационными выходами: первым - 23 и вторым 24, блок 25 управления возбуждением генератора. Выход генератора 1 соединен со входом 4 инвертора 3 и входом 14 блока 12 коммутации. Вход 5 инвертора 3 и его выход 7 соединены соответственно с выходом 10 и входом 9 аккумуляторной батареи 8, а выход 6 инвертора - со входом 13 блока 12 коммутации, вход которого 15 соединен с выходом 11 аккумуляторной батареи 8. Выходы 16, 18, 20 блока 12 коммутации соединены соответственно со входом потребителя 17 электроэнергии, со входом системы управления ДВС 2 через систему 19 автоматического пуска, со входом блока 21 синхронизации и распределения нагрузки. Выход 23 блока 21 соединен с системой возбуждения генератора 1 через блок 25 управления возбуждением, а его выход 24 - со входом системы управления ДВС 2.

Система не имеет ввода от внешней стационарной сети и работает полностью автономно. В процессе работы системы без перегрузок потребитель 17 непрерывно получает электроэнергию от АКБ 8 через инвертор 3 и БК 12 (его вход 13 соединен с выходом 16). БК 12 контролирует степень заряженности АКБ 8 по входу 15 и, по мере необходимости, посредством САП 19 периодически запускает ДВС 2, и генератор 1 через двунаправленный инвертор 3 подзаряжает АКБ 8 до напряжения необходимой величины. АКБ 8 и инвертор 3 поддерживают кратковременные пиковые нагрузки мощностью в 2-3 раза выше номинальной. При появлении избыточной дополнительной продолжительной нагрузки БК 12 по выходу 18 дает команду САП 19 на запуск ДВС 2, не дожидаясь разряда АКБ 8. После запуска ДВС 2 и выхода на режим БК 12 по выходу 20 подает команду БСРН 21 синхронизировать генератор 1 с инвертором 3. БСРН 21 анализирует информацию о частотах и фазах напряжений инвертора 3 и генератора 1, поступающую на его вход 22 с выхода 20 БК 12, и выравнивает частоты и фазы, воздействуя сигналами управления с выхода 24 на вход системы управления ДВС 2. Одновременно с этим БСРН 21 посредством БУВ 25, воздействуя на систему возбуждения генератора 1, выравнивает его напряжение с напряжением инвертора. После выравнивания частот, фаз и напряжений БК 12 подключает генератор 1 параллельно инвертору 3, подсоединяя его вход 14 к выходу 16. В течение непродолжительного отрезка времени, необходимого для запуска ДВС 2 и синхронизации генератора 1 с инвертором 3, инвертор поддерживает избыточную нагрузку потребителя 17. После параллельного подсоединения генератора 1 к инвертору 3 БСРН 21 посредством БУВ 25 увеличивает ток возбуждения генератора 1 и переводит избыток реактивной составляющей тока потребления с инвертора на генератор, а, воздействуя сигналами с выхода 24 на систему управления ДВС 2, БСРН 21 увеличивает вращательный момент на валу генератора и угол выбега его ротора, также переводя избыток активной составляющей тока потребления с инвертора на генератор. Таким образом, инвертор 3 разгружается до уровня номинальной мощности, а всю его избыточную нагрузку принимает на себя генератор 1. Если АКБ 8 разряжается до снятия дополнительной нагрузки, БСРН 21 еще больше увеличивает активную составляющую тока генератора 1, чтобы обеспечить зарядку АКБ 8 с выхода 7 инвертора 3 по входу 9. Таким образом, потребитель 17 может развить мощность, равную суммарной мощности инвертора 3 и генератора 1 без их перегрузки.

Отличительные признаки заявляемого решения находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом: повышением перегрузочной способности автономной системы электроснабжения при возникновении пиковых и дополнительных нагрузок

При изучении патентной и технической литературы авторы не нашли источника, содержащего признаки, отличающие заявляемое решение. Это позволяет считать его соответствующим критерию «новизна».

Несмотря на актуальность проблемы, аналогичное решение с указанным результатом не было предложено ранее, и оно не является очевидным для специалиста, что позволяет считать его соответствующим критерию «изобретательский уровень».

Описанная система является технически завершенной, выполнена на известной элементной базе и может быть изготовлена промышленным способом.

Система автономного электроснабжения относится к области электроэнергетики. Технический результат - повышение перегрузочной способности системы в автономном режиме работы при возникновении пиковых и дополнительных нагрузок путем обеспечения параллельной работы инвертора и электрогенератора. Задача решена за счет того, что в схему дополнительно введены блок синхронизации и распределения нагрузки с информационным входом и двумя информационными выходами и блок управления возбуждением генератора, а первый выход блока синхронизации и распределения нагрузки соединен посредством блока управления возбуждением с системой управления генератором, его второй выход - с системой управления ДВС, его вход - с дополнительно введенным третьим информационным выходом блока коммутации, причем первый вход инвертора соединен с выходом генератора, его первый выход - с первым входом блока коммутации, а первый выход блока коммутации подключен к потребителю электроэнергии. Обеспечение параллельной работы инвертора и электрогенератора позволяет решить проблему энергоснабжения охранной сигнализации загородного дома, на производстве и т.д. в период отсутствия электроэнергии. 1 ил.

Система автономного электроснабжения, содержащая: газо-бензо-дизельный электрогенератор с электростартером, систему автоматического пуска электрогенератора, двунаправленный стабилизирующий инвертор с функцией зарядного устройства, имеющий входы: первый - переменного тока для питания зарядного устройства и второй - постоянного тока для инвертирования в переменный ток, и выходы: первый - переменного тока для питания потребителя и второй - постоянного тока от зарядного устройства; аккумуляторную батарею с входом зарядки и выходами: первым - питания инвертора и вторым - информационным о степени заряженности батареи; блок коммутации с входами: первым и вторым силовыми переменного тока и третьим - информационным для контроля заряженности аккумуляторной батареи, и выходами: первым - силовым переменного тока для питания потребителя и вторым - информационным для управления системой автоматического пуска ДВС, выход которой подключен к системе управления ДВС; силовой выход генератора подключен ко второму силовому входу блока коммутации, его третий вход - ко второму выходу аккумуляторной батареи, ее вход - ко второму выходу инвертора, а ее первый выход - ко второму входу инвертора, отличающаяся тем, что в нее введены дополнительно: блок синхронизации и распределения нагрузки с информационным входом и двумя информационными выходами и блок управления возбуждением генератора, а первый выход блока синхронизации и распределения нагрузки соединен посредством блока управления возбуждением с системой управления генератором, его второй выход - с системой управления ДВС, его вход - с дополнительно введенным третьим информационным выходом блока коммутации, причем первый вход инвертора соединен с выходом генератора, его первый выход - с первым входом блока коммутации, а первый выход блока коммутации подключен к потребителю электроэнергии.