ВОЗБУДИТЕЛЬ БЛОКА ГЕНЕРИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ, БЛОК ГЕНЕРИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ И ОБОРУДОВАНИЕ ВЫВОДА ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ Российский патент 2016 года по МПК H02J3/32 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к системе электрической мощности и, в частности, к возбудителю блока генерирования мощности, блоку генерирования мощности и оборудованию вывода энергии в электрической сети.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время микросеть может относиться к генерированию мощности в малом масштабе, системе распределения и обслуживания, состоящей из одной или более частей из распределенного блока генерирования мощности, устройства преобразования энергии, устройства мониторинга, защитного устройства и связанных нагрузок. В этом случае так называемый “малый масштаб” означает, что он имеет относительно меньший масштаб по сравнению с основной сетью. Микросеть может работать в непосредственном соседстве/параллельном соединении/соединении с сетью с внешней электрической сетью (такой как основная сеть, и т.д.), или может также работать автономно. Вообще говоря, микросеть является автономной системой, которая может реализовать самоконтроль, самозащиту и самоуправление.

Существуют обычно различные типы блоков генерирования мощности в микросети, такие как первый блок генерирования мощности энергии и второй блок генерирования мощности энергии и т.д. В этом случае первый блок генерирования мощности энергии возбуждается источниками возобновимой энергии, например, и может быть, в частности, воплощен как блок генерирования мощности возобновимой энергии периодического действия, возбуждаемый источниками возобновимой энергии периодического действия, такими как фотогальванические (PV) источники, ветровые и т.д.; и второй блок генерирования мощности энергии возбуждается, например, традиционными источниками энергии, такими как уголь, газ, дизельное топливо, малая гидроэнергия, и т.д. В частности, блок генерирования мощности возобновимой энергии периодического действия состоит из устройства извлечения энергии и устройства преобразования электронной энергии в мощность и соединен с микросетью в качестве соединенного с сетью блока. В этом случае устройство преобразования электронной энергии в мощность может быть, например, преобразователем или инвертором, и т.д., в котором преобразователь используется для выполнения общего преобразования мощности, например, входного сигнала переменного тока (AC) в выходной сигнал постоянного тока (DC) (то есть, AC/DC), DC/AC, DC/DC, AC/AC, и т.д., в то время как инвертор основным образом используется для того, чтобы реализовать преобразование DC/AC. Поскольку блок генерирования мощности возобновимой энергии периодического действия имеет особенности низкой плотности энергии, высокой восприимчивости к погоде и окружающим условиям, сильной флуктуации выходной мощности и трудно прогнозируемой точности, полная инсталляционная способность блоков генерирования мощности возобновимой энергии периодического действия в микросети часто страдает от сильного ограничения. Если это ограничение превышено, безопасная и устойчивая работа микросети не может быть обеспечена, и это может неблагоприятно вызвать нестабильность для внешней электрической сети, соединенной с ней.

Обычный способ для блока генерирования мощности возобновимой энергии периодического действия, который должен быть соединен с микросетью, является тем, который показан на Фиг. 1, который также называется как первый режим микросети, в котором генераторная установка мощности, использующая традиционные источники энергии (такие как малый гидроэнергоблок, дизельный генератор, и т.д.), устанавливает и стабилизирует напряжение и частоту микросети, а блок генерирования мощности возобновимой энергии периодического действия в качестве соединенного с сетью блока соединен с микросетью посредством блока управления источника тока. В частности, Фиг. 1 включает в себя следующие части: внешняя электрическая сеть 11 и микросеть 12. В этом случае внешняя электрическая сеть 11 может быть основной сетью или микросетью, отличающейся от микросети 12. Кроме того, микросеть 12 включает в себя: одну или более фотогальванических цепей PV1,…, PVn, одну или более цепей силы ветра, дизельный или гидравлический генератор 106, нагрузку 107 и коммутатор 108. Кроме того, фотогальванические цепи, цепи силы ветра, дизельный или гидравлический генератор 106 и нагрузка 107 все пдсоединены к точке общего соединения (PCC). В частности, шина AC смонтирована на PCC. Кроме того, каждая из фотогальванических цепей включает в себя: набор PV 101 и инвертор DC/AC 102; и каждая из цепей силы ветра включает в себя: ветрогенератор 103, инвертор AC/DC 104, и инвертор DC/AC 105. В этом режиме, чтобы гарантировать надежную и стабильную работу микросети, обеспечение условия обычного источника мощности с большой способностью, чтобы поддержать стабильность напряжения и частоты в микросети. В этом случае блок генерирования мощности возобновимой энергии периодического действия не участвует в регулировании напряжения и частоты в микросети, что очень ограничивает пропорцию его полной способности генерирования мощности в микросети.

На основании первого режима микросети, см. заявку на патент Германии DE 10 2005 023 290 A1, которая принадлежат SMA Germany, предлагает решение топологии и управления для двунаправленного батарейного инвертора (названного в дальнейшем двунаправленным преобразователем), чтобы улучшить пропорцию способности генерирования мощности упомянутого блока генерирования мощности возобновимой энергии периодического действия в микросети. Согласно этой заявке на патент, микросеть может быть составлена из двунаправленного преобразователя и обычного блока генерирования мощности (такого как дизельная генераторная установка мощности или маленькая гидравлическая генераторная установка), работающих в параллельном соединении, которое является вторым режимом микросети, показанным на Фиг. 2. В этом режиме набор батарей и двунаправленный преобразователь используются как линия регулирования энергии, чтобы участвовать в управлении балансом активной мощности в микросети, так чтобы связанная пропорция блока генерирования мощности возобновимой энергии периодического действия в микросети могла быть увеличена посредством регулирования активной мощности в микросети, и в то же самое время операционная стабильность микросети могла быть обеспечена. Композиционная структура согласно Фиг. 2 аналогична таковой из Фиг. 1, и различие заключается в том, что микросеть на Фиг. 2 также включает в себя одну или более батарейных цепей, то есть батарейную цепь 1 - батарейную цепь n, где значение n может быть установлено согласно практическим потребностям, и специально здесь не задано. Кроме того, каждая из батарейных цепей включает в себя: батарею 209 и двунаправленный инвертор 210 DC/AC. Однако, так как уровни мощности в настоящее время доступных выходных сигналов в двунаправленных преобразователях ограничены и из-за технических причин, количество двунаправленных преобразователей, работающих в параллельном соединении, также очень ограничено, такой режим микросети страдает от сильного ограничения его системных возможностей. Кроме того, в этом режиме микросети, так как двунаправленный преобразователь достигает регулирования частоты системы посредством пассивного регулирования активной мощности, что вызывает гистерезис в управлении мощностью, и двунаправленный преобразователь имеет ограниченные влияния регулирования на реактивную мощность, этот режим микросети не может фундаментально решить проблему малой связанной пропорции блока генерирования мощности возобновимой энергии периодического действия в микросети.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ввиду этого в настоящем изобретении предложены возбудитель блока генерирования мощности, блок генерирования мощности и оборудование вывода энергии, оказывающие улучшенные воздействия на стабильность подачи мощности посредством электрической сети, используя источник энергии периодического действия. Чтобы достигнуть вышеупомянутой задачи, техническое решение, предоставленное различными вариантами осуществления настоящего изобретения, включает в себя:

блок генерирования мощности в электрической сети, включающий в себя:

контроллер возбуждения для генерирования сигнала возбуждения согласно первому управляющему сигналу и второму управляющему сигналу, полученному таким образом;

преобразователь для преобразования входной энергии от первого напряжения во второе напряжение согласно упомянутому сигналу возбуждения, и вывода ее к электродвигателю, соединенному с упомянутым возбудителем блока генерирования мощности;

при этом упомянутый первый управляющий сигнал является информацией текущего состояния упомянутого электродвигателя, и упомянутый второй управляющий сигнал включает в себя частоту электрической сети и/или амплитуду напряжения упомянутой электрической сети.

Информация текущего состояния упомянутого электродвигателя включает в себя одно или любую комбинацию из следующего: напряжение якоря электродвигателя, ток якоря электродвигателя, скорость ротора электродвигателя; и

упомянутый контроллер возбуждения используется для генерирования упомянутого сигнала возбуждения согласно упомянутой частоте электрической сети и информации текущего состояния упомянутого электродвигателя.

Информация текущего состояния упомянутого электродвигателя также включает в себя выходной вращающий момент электродвигателя, и упомянутый второй управляющий сигнал также включает в себя амплитуду напряжения электрической сети; и

упомянутый контроллер возбуждения используется для генерирования упомянутого сигнала возбуждения согласно информации о системе хранения энергии в электрической сети, амплитуде напряжения упомянутой электрической сети, упомянутой частоты электрической сети и информации текущего состояния упомянутого электродвигателя.

Упомянутый контроллер возбуждения включает в себя:

модуль генерирования сигнала скорости вращения для регулирования сигнала ошибки между заданной частотой и упомянутой частотой электрической сети, так чтобы получить опорный сигнал скорости вращения, который должен быть выдан в модуль генерирования сигнала возбуждения;

причем упомянутый модуль генерирования сигнала возбуждения используется для генерирования упомянутого сигнала возбуждения согласно упомянутому опорному сигналу скорости вращения и информации текущего состояния упомянутого электродвигателя.

Упомянутый модуль генерирования сигнала скорости вращения включает в себя автоматический контроллер и ограничитель амплитуды.

Упомянутый преобразователь является инвертором постоянного тока в переменный ток или преобразователем постоянного тока в постоянный ток.

Блок генерирования мощности в электрической сети включает в себя:

устройство извлечения (получения) энергии для получения одного или более типов источников энергии периодического действия;

контроллер зарядки для вывода первого напряжения посредством использования полученного источника энергии периодического действия;

возбудитель блока генерирования мощности для преобразования упомянутого первого напряжения во второе напряжение согласно первому управляющему сигналу, введенному электродвигателем, и второму управляющему сигналу, введенному упомянутой электрической сетью, так чтобы возбуждать упомянутый электродвигатель;

при этом упомянутый электродвигатель используется для того, чтобы заставить синхронный генератор работать под влиянием упомянутого второго напряжения; и

упомянутый синхронный генератор соединен с точкой общего соединения электрической сети для вывода электроэнергии, генерируемой таким образом, к электрической сети.

Блок генерирования мощности также включает в себя трансформатор для преобразования второго напряжения, генерируемого упомянутым возбудителем блока генерирования мощности, в третье напряжение, которое должно быть выдано в упомянутый электродвигатель, причем упомянутый электродвигатель является электродвигателем среднего или высокого напряжения.

Блок генерирования мощности также включает в себя модуль хранения энергии;

в котором первая сторона упомянутого контроллера зарядки соединена с упомянутым устройством извлечения энергии, вторая сторона упомянутого контроллера зарядки соединена с первой стороной упомянутого возбудителя блока генерирования мощности, и упомянутый модуль хранения энергии соединен со второй стороной упомянутого контроллера зарядки и первой стороной упомянутого возбудителя блока генерирования мощности.

Упомянутый модуль хранения энергии включает в себя систему хранения энергии и устройство управления хранением энергии;

в котором упомянутое устройство управления хранением энергии используется для получения информации об упомянутой системе хранения энергии, служащей в качестве третьего управляющего сигнала, который должен быть введен в упомянутый возбудитель блока генерирования мощности.

Упомянутый возбудитель блока генерирования мощности используется для преобразования упомянутого первого напряжения в упомянутое второе напряжение согласно упомянутому третьему управляющему сигналу, введенному упомянутым модулем хранения энергии, первому управляющему сигналу, введенному упомянутым электродвигателем, и второму управляющему сигналу, введенному упомянутой электрической сетью.

Упомянутый первый управляющий сигнал включает в себя напряжение якоря электродвигателя, ток якоря электрического электродвигателя, скорость ротора электродвигателя, и выходной момент электродвигателя; упомянутый второй управляющий сигнал включает в себя частоту электрической сети, амплитуду напряжения электрической сети; и упомянутый третий управляющий сигнал включает в себя напряжение системы хранения энергии.

Упомянутый третий управляющий сигнал также включает в себя ток системы хранения энергии, температуру системы хранения энергии, и состояние зарядки системы хранения энергии.

Упомянутое устройство извлечения энергии является фотогальванической цепью, и упомянутый контроллер зарядки является преобразователем постоянного тока в постоянный ток; или

упомянутое устройство извлечения энергии является ветрогенератором, и упомянутый контроллер зарядки является преобразователем переменного тока в постоянный ток.

Блок генерирования мощности включает в себя множество цепей блока генерирования мощности;

в котором каждая из цепей блока генерирования мощности включает в себя упомянутое устройство извлечения энергии, упомянутый контроллер зарядки, упомянутый модуль хранения энергии, упомянутый возбудитель блока генерирования мощности, упомянутый электродвигатель и упомянутый синхронный генератор.

Блок генерирования мощности включает в себя множество цепей ввода энергии, при этом каждая из цепей ввода энергии включает в себя коммутатор, упомянутое устройство извлечения энергии и упомянутый контроллер зарядки, причем упомянутый коммутатор скомпонован во второй стороне упомянутого контроллера зарядки; и

упомянутая каждая цепь ввода энергии соединена с первой стороной упомянутого возбудителя блока генерирования мощности и упомянутым модулем хранения энергии через упомянутый коммутатор.

Блок генерирования мощности включает в себя множество цепей возбуждения, при этом каждая из цепей возбуждения включает в себя коммутатор, упомянутое устройство извлечения энергии, упомянутый контроллер зарядки, упомянутый модуль хранения энергии и упомянутый возбудитель блока генерирования мощности, причем упомянутый коммутатор скомпонован во второй стороне упомянутого возбудителя блока генерирования мощности; и

упомянутая каждая цепь возбуждения соединена с упомянутым электродвигателем через упомянутый коммутатор.

Блок генерирования мощности включает в себя:

множество цепей ввода энергии, в котором каждая из цепей ввода энергии включает в себя первый коммутатор, упомянутое устройство извлечения энергии и упомянутый контроллер зарядки, причем упомянутый первый коммутатор скомпонован во второй стороне упомянутого контроллера зарядки;

множество цепей вывода энергии, в котором каждая из цепей вывода энергии включает в себя второй коммутатор, упомянутый возбудитель блока генерирования мощности, упомянутый электродвигатель, упомянутый синхронный генератор, причем упомянутый второй коммутатор скомпонован в первой стороне упомянутого возбудителя блока генерирования мощности;

при этом упомянутая каждая цепь ввода энергии соединена с упомянутым модулем хранения энергии через упомянутый первый коммутатор, и упомянутая каждая цепь вывода энергии соединена с упомянутым модулем хранения энергии через упомянутый второй коммутатор.

Упомянутый возбудитель блока генерирования мощности включает в себя второй преобразователь и контроллер возбуждения;

в котором упомянутый контроллер возбуждения используется для генерирования сигнала возбуждения, который должен быть предоставлен упомянутому второму преобразователю согласно упомянутому первому управляющему сигналу, упомянутому второму управляющему сигналу и упомянутому третьему управляющему сигналу.

Упомянутый контроллер возбуждения включает в себя модуль генерирования сигнала скорости вращения и модуль генерирования сигнала возбуждения;

в котором упомянутый модуль генерирования сигнала скорости вращения используется для регулирования сигнала ошибки между заданной частотой и упомянутой частотой электрической сети, чтобы получить опорный сигнал скорости вращения, который должен быть выдан в упомянутый модуль генерирования сигнала возбуждения, и упомянутый модуль генерирования сигнала возбуждения генерирует упомянутый сигнал возбуждения.

Когда упомянутый электродвигатель является двигателем переменного тока, упомянутый второй преобразователь является инвертором постоянного тока в переменный ток; или

когда упомянутый электродвигатель является двигателем постоянного тока, упомянутый второй преобразователь является преобразователем постоянного тока в постоянный ток.

Оборудование вывода энергии в электрической сети включает в себя:

вышеописанный возбудитель блока генерирования мощности для преобразования упомянутого первого напряжения во второе напряжение согласно первому управляющему сигналу, введенному электродвигателем, и второму управляющему сигналу, введенному упомянутой электрической сетью, чтобы возбуждать упомянутый электродвигатель;

в котором упомянутый электродвигатель используется для того, чтобы заставить синхронный генератор работать под влиянием упомянутого второго напряжения; и

упомянутый синхронный генератор соединен с точкой общего соединения электрической сети для вывода электроэнергии, генерируемой таким образом, к электрической сети.

Микросеть включает в себя вышеупомянутый блок генерирования мощности, причем упомянутый блок генерирования мощности подсоединен к точке общего соединения микросети; и

также включает в себя одну или более нагрузок, соединенных с упомянутой точкой общего соединения.

Можно видеть из вышеупомянутого, что возбудитель блока генерирования мощности, блок генерирования мощности, оборудование вывода энергии в электрическую сеть, предоставленные в вариантах осуществления настоящего изобретения, могут достигнуть лучших воздействий на стабильность подачи мощности электрической сети.

Вышеупомянутое решение, технические признаки, преимущества настоящего изобретения и его реализации описаны ниже ясным и легко понятым способом посредством описания вариантов осуществления со ссылками на сопроводительные чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 является структурой топологии обычной микросети;

Фиг. 2 является структурой топологии микросети с двунаправленным преобразователем;

Фиг. 3 является структурой топологии микросети, использующей самосинхронизирующийся инвертор;

Фиг. 4a является возбудителем блока генерирования мощности, созданным на основе вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4b является блоком генерирования мощности, созданным на основе вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4c является структурой топологии микросети, созданной на основе вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 5 является структурой состава модуля ввода энергии в варианте осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 6 является структурой состава модуля вывода энергии в варианте осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 7 является структурной схематической диаграммой возбуждаемого переменным током блока генерирования мощности в варианте осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 8 является диаграммой системы управления для возбуждаемого переменным током блока генерирования мощности, показанного на Фиг. 7;

Фиг. 9 является структурой состава возбудителя переменного тока в блоке генерирования мощности, показанного на Фиг. 7;

Фиг. 10 является структурной схематической диаграммой возбуждаемого постоянным током блока генерирования мощности в варианте осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 11 является структурой состава возбудителя постоянного тока в блоке генерирования мощности, показанном на Фиг. 10;

Фиг. 12 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности, работающего в одиночной цепи в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором возбудитель переменного тока возбуждает электродвигатель переменного тока среднего или высокого напряжения после повышения напряжения посредством трансформатора и затем возбуждает синхронный генератор;

Фиг. 13 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности, работающего во множественных цепях в параллельном соединении, в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором возбудитель переменного тока возбуждает электродвигатель переменного тока и затем возбуждает синхронный генератор;

Фиг. 14 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности, работающего во множественных цепях в параллельном соединении, в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором возбудитель постоянного тока возбуждает электродвигатель постоянного тока и затем возбуждает синхронный генератор;

Фиг. 15 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором множество наборов возбудителей переменного тока соединены параллельно на стороне хранения энергии, совместно возбуждают электродвигатель переменного тока, и затем возбуждают синхронный генератор;

Фиг. 16 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором множество наборов возбудителей постоянного тока соединены параллельно на стороне хранения энергии, совместно возбуждают электродвигатель постоянного тока, и затем возбуждают синхронный генератор;

Фиг. 17 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором множество наборов возбудителей переменного тока соединены параллельно на стороне вывода, совместно возбуждают электродвигатель переменного тока, и затем возбуждают синхронный генератор;

Фиг. 18 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором множество наборов возбудителей постоянного тока соединены параллельно на стороне вывода, совместно возбуждают электродвигатель постоянного тока, и затем возбуждают синхронный генератор;

Фиг. 19 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности, работающего со множественными цепями параллельно и имеющего общую систему хранения энергии в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором возбудитель переменного тока возбуждает электродвигатель переменного тока и затем возбуждает синхронный генератор; и

Фиг. 20 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности, работающего во множественных цепях в параллельном соединении и имеющего общую систему хранения энергии в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором возбудитель постоянного тока возбуждает электродвигатель постоянного тока и затем возбуждает синхронный генератор.

В частности, ссылочные позиции, используемые в вышеупомянутых чертежах, являются следующими:

Фиг. 1: внешняя эклектическая сеть 11, микросеть 12, цепь PV 101, инвертор 102 DC/AC, ветрогенератор 103, инвертор 104 AC/DC, инвертор 105 DC/AC, дизельный или гидравлический генератор 106 мощности, нагрузка 107 и коммутатор 108;

Фиг. 2: батарея 209, двунаправленный инвертор 210 DC/AC;

Фиг. 3: внешняя эклектическая сеть 31, гидравлический генератор 301 мощности, дизельный генератор 302 мощности, цепь PV 303, преобразователь 304 DC/DC, батарея 305, самосинхронизирующийся инвертор 306, нагрузка 307 и коммутатор 308;

Фиг. 4a-4c: внешняя эклектическая сеть 41, цепь SPU 42, модуль 43 ввода энергии, модуль 44 вывода энергии, гидравлический генератор 401 мощности, дизельный генератор 402 мощности, устройство 403 извлечения энергии, контроллер 404 зарядки, модуль 405 хранения энергии, возбудитель 406 блока генерирования мощности, электродвигатель 407, синхронный генератор 408, нагрузка 409, контроллер 4061 возбуждения и преобразователь 4062;

Фиг. 5: цепь PV 501, преобразователь 502 DC/DC, ветрогенератор 503, и преобразователь 504 AC/DC;

Фиг. 6: первый подмодуль 61 вывода энергии, второй подмодуль 62 вывода энергии, возбудитель 601 постоянного тока SPU, электродвигатель 602 постоянного тока, синхронный генератор 603, возбудитель 604 переменного тока SPU, электродвигатель 605 переменного тока и синхронный генератор 606;

Фиг. 7: устройство 701 извлечения энергии, контроллер 702 зарядки, модуль 703 сохранения энергии, возбудитель 704 переменного тока SPU, электродвигатель 705 переменного тока, синхронный генератор 706, инвертор 7041 DC/AC, контроллер 7042 возбуждения, система хранения энергии 7031, и администратор 7032 хранения энергии;

Фиг. 8: система 807 управления возбуждением и импульс 8043 возбуждения;

Фиг. 9: модуль 9044 генерирования сигнала возбуждения и модуль 9045 генерирования сигнала скорости вращения;

Фиг. 10: возбудитель 1004 постоянного тока SPU, электродвигатель 1005 постоянного тока, преобразователь 1014 DC/DC, и контроллер 1024 возбуждения;

Фиг. 11: модуль 1144 генерирования сигнала возбуждения и модуль 1145 генерирования сигнала скорости вращения;

Фиг. 12: устройство 1201 извлечения энергии, контроллер 1202 зарядки, батарея 1203, возбудитель 1204 переменного тока SPU, электродвигатель 1205 переменного тока, синхронный генератор 1206 и трансформатор 1207;

Фиг. 13: устройство 1301 извлечения энергии, контроллер 1302 зарядки, батарея 1303, возбудитель 1304 переменного тока SPU, электродвигатель 1305 переменного тока, синхронный генератор 1306, устройство 1311 извлечения энергии, контроллер 1312 зарядки, батарея 1313, возбудитель 1314 переменного тока SPU, электродвигатель 1315 переменного тока и синхронный генератор 1316;

Фиг. 14: устройство 1401 извлечения энергии, контроллер 1402 зарядки, батарея 1403, возбудитель 1404 постоянного тока SPU, электродвигатель 1405 постоянного тока, синхронный генератор 1406, устройство 1411 извлечения энергии, контроллер 1412 зарядки, батарея 1413, возбудитель 1414 постоянного тока SPU, электродвигатель 1415 постоянного тока и синхронный генератор 1416;

Фиг. 15: устройство 1501 извлечения энергии, контроллер 1502 зарядки, батарея 1503, возбудитель 1504 переменного тока SPU, электродвигатель 1505 переменного тока, синхронный генератор 1506, коммутатор 1507, устройство 1511 извлечения энергии, контроллер 1512 зарядки и коммутатор 1517;

Фиг. 16: устройство 1601 извлечения энергии, контроллер 1602 зарядки, батарея 1603, возбудитель 1604 постоянного тока SPU, электродвигатель 1605 постоянного тока, синхронный генератор 1606, коммутатор 1607, устройство 1611 извлечения энергии, контроллер 1612 зарядки и коммутатор 1617;

Фиг. 17: устройство 1701 извлечения энергии, контроллер 1702 зарядки, модуль 1703 хранения энергии, возбудитель 1704 переменного тока SPU, электродвигатель 1705 переменного тока, синхронный генератор 1706, коммутатор 1707, устройство 1711 извлечения энергии, контроллер 1712 зарядки, модуль 1713 хранения энергии, возбудитель 1714 переменного тока SPU и коммутатор 1717;

Фиг. 18: устройство 1801 извлечения энергии, контроллер 1802 зарядки, батарея 1803, возбудитель 1804 постоянного тока SPU, электродвигатель 1805 постоянного тока, синхронный генератор 1806, коммутатор 1807, устройство 1811 извлечения энергии, контроллер 1812 зарядки, батарея 1813, возбудитель 1814 постоянного тока SPU и коммутатор 1817;

Фиг. 19: устройство 1901 извлечения энергии, контроллер 1902 зарядки, батарея 1903, возбудитель 1904 переменного тока SPU, электродвигатель 1905 переменного тока, синхронный генератор 1906, первый коммутатор 1907, второй коммутатор 1908, устройство 1911 извлечения энергии, контроллер 1912 зарядки, возбудитель 1914 переменного тока SPU, электродвигатель 1915 переменного тока, синхронный генератор 1916, первый коммутатор 1917 и второй коммутатор 1918;

Фиг. 20: устройство 2001 извлечения энергии, контроллер 2002 зарядки, батарея 2003, возбудитель 2004 постоянного тока SPU, электродвигатель 2005 постоянного тока, синхронный генератор 2006, первый коммутатор 2007, второй коммутатор 2008, устройство 2011 извлечения энергии, контроллер 2012 зарядки, возбудитель 2014 постоянного тока SPU, электродвигатель 2015 постоянного тока, синхронный генератор 2016, первый коммутатор 2017 и второй коммутатор 2018.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Чтобы сделать задачу, техническое решение и преимущества настоящего изобретения более очевидными и ясными, настоящее изобретение описано подробно ниже со ссылками на сопроводительные чертежи и посредством вариантов осуществления.

Фиг. 3 показывает структуру микросети, отличающуюся от Фиг. 1 или 2, то есть третий режим микросети, который включает в себя следующие части: внешняя электрическая сеть 31 и микросеть. Кроме того, микросеть включает в себя одну или более гидравлических цепей, одну или более дизельных цепей, одну или более цепей инвертора, нагрузку 307 и коммутатор 308. Кроме того, каждая из гидравлических цепей включает в себя гидравлический генератор 301, каждая из дизельных цепей включает в себя дизельный генератор 302, и каждая из цепей инвертора включает в себя сеть PV 303, преобразователь DC/DC 304, батарею 305 и самосинхронизирующийся инвертор 306. В этом случае самосинхронизирующийся инвертор 306 может использовать решение, в котором автоматическая параллельная работа инверторов источников напряжения достигается без зависимости от сигналов синхронизации и сигналов связи, которая предложена в патенте US 6 693 809 B2, принадлежащем Germany ISET. Согласно описанию этого патента, такой инвертор имеет характеристики неравномерности регулирования, аналогичные таковым обычных синхронных генераторных установок. Соответственно, такой инвертор может работать в параллельном соединении с дизельным генератором или малым гидравлическим генератором или другими блоками генерирования мощности, которые имеют внешние характеристики синхронного генератора, чтобы сформировать микросеть с ними. В частности, в этой структуре микросети самосинхронизирующийся инвертор 306 находится в параллельном соединении с малым гидравлическим генератором 301, и они оба вместе участвуют в регулировании напряжения и частоты микросети. Теоретически, ограничение возможностей блока генерирования мощности возобновимой энергии периодического действия в микросети может быть значительно и эффективно улучшено в соответствии с этим решением. Однако в настоящее время это оборудование находится все еще в состоянии исследования, и нет никакого зрелого продукта, доступного на рынке.

Кроме того, возбудитель блока генерирования мощности в электрической сети предложен в вариантах осуществления настоящего изобретения. В частности, такая электрическая сеть является, главным образом, микросетью, и она может также быть основной сетью. Как показано на Фиг. 4a и 4b, возбудитель 406 блока генерирования мощности включает в себя контроллер 4061 возбуждения для генерирования сигнала возбуждения согласно первому управляющему сигналу и второму управляющему сигналу, полученному таким образом, и преобразователь 4062 для преобразования входной энергии из первого напряжения во второе напряжение согласно упомянутому сигналу возбуждения, и вывода ее к электродвигателю 407, соединенному с упомянутым возбудителем 406 блока генерирования мощности, причем упомянутый первый управляющий сигнал является информацией текущего состояния электродвигателя 407, то есть, информацией, относящейся к текущему условию электродвигателя 407, которое может включать в себя одно или более из напряжения якоря электродвигателя, тока якоря электродвигателя и скорости вращения ротора электродвигателя, и упомянутый второй управляющий сигнал включает в себя частоту электрической сети и/или амплитуду напряжения электрической сети, возвращенный электрической сетью, где расположен возбудитель 406 блока генерирования мощности. Кроме того, информация текущего состояния упомянутого электродвигателя 407 включает в себя выходной вращающий момент электродвигателя T_L. Соответственно, выходной вращающий момент T_L электродвигателя должен быть рассмотрен, когда сигнал возбуждения генерируется контроллером 4061 возбуждения. При практической реализации каждый управляющий сигнал может быть получен возбудителем 406 блока генерирования мощности, используя датчик. Например, возбудитель 406 блока генерирования мощности получает напряжение V_a,b,c якоря его от электродвигателя переменного тока посредством множества датчиков. Для другого примера возбудитель 406 блока генерирования мощности получает напряжение электрической сети из PCC посредством множества датчиков, и затем частота f электрической сети отделяется от напряжения электрической сети.

Блок генерирования мощности (интеллектуальный блок мощности, SPU) возбуждается, например, источником энергии периодического действия или источником возобновимой энергии или источником возобновимой энергии периодического действия и т.д. Как показано на Фиг. 4c, в конкретном варианте осуществления настоящего изобретения каждая из цепей SPU является синхронным блоком генерирования мощности, возбуждаемым источником возобновимой энергии периодического действия, внешние характеристики блока генерирования мощности являются такими же, как таковые других обычных блоков генерирования мощности (таких как малый гидравлический генератор, дизельный генератор, и т.д.), и эти цепи могут работать в параллельном соединении вместе так, чтобы поставлять мощность нагрузке 409, или в параллельном соединении с внешней электрической сетью 41. Конечно, в микросети, показанной на Фиг. 4c, обычные блоки генерирования мощности, такие как гидравлический генератор или дизельный генератор, и т.д., могут не содержаться в ней, вместо этого множество цепей SPU находятся в параллельном соединении и соединены в сеть для работы. Нужно отметить, что SPU, предоставленный вариантами осуществления настоящего изобретения, также способен подавать мощность к электрической сети стабильно, даже если источник энергии для возбуждения SPU, показанного на Фиг. 4b, имеет особенности, такие как нестабильная выходная мощность, флуктуации и т.д. В частности, каждая из цепей SPU 42, показанных на Фиг. 4b, включает в себя модуль 43 ввода энергии, модуль 405 хранения энергии и модуль 44 вывода энергии. В этом случае модуль 405 хранения энергии включает в себя систему хранения энергии, которая может быть свинцовой кислотной батареей, литиевой батареей, никель-металл-гидридной батареей или другими формами хранения энергии, и может также включать в себя устройство управления хранением энергии для получения информации о системе хранения энергии.

Модуль 43 ввода энергии включает в себя формы источников возобновимой энергии периодического действия, такие как фотогальванический, силы ветра, приливной и т.д., и выводит относительно стабильное напряжение постоянного тока посредством соответствующего электронного контроллера мощности. В частности, модуль 43 ввода энергии включает в себя устройство 403 извлечения энергии для получения одного или более типов источников энергии периодического действия, и контроллер 404 зарядки. Кроме того, Фиг. 5 показывает примерную структуру состава модуля 43 ввода энергии, который включает в себя следующие части: одну или более PV цепей и одну или более цепей силы ветра. В этом случае каждая из PV цепей включает в себя множество PV 501, преобразователь 502 DC/DC, и каждая из цепей силы ветра включает в себя ветрогенератор 503 (такой как ветряная мельница), и преобразователь 504 AC/DC. Можно видеть из Фиг. 5, что фотогальваническое генерирование мощности выводится преобразователем 502 DC/DC, генерирование силы ветра выводится преобразователем 504 AC/DC, и модуль 405 хранения энергии может быть заряжен многими видами источников энергии в параллельном соединении.

Модуль 44 вывода энергии включает в себя возбудитель 406 блока генерирования мощности (возбудитель SPU), электродвигатель (мотор) 407, синхронный генератор (SG) 408, и модуль 44 вывода энергии может образовывать оборудование и возбудитель 406 блока генерирования мощности, электродвигатель 407 и синхронный генератор 408 все помещены в корпус оборудования. В этом случае электродвигатель 407 используется для преобразования электрической энергии в механическую энергию. Во время практического применения электродвигатель разделяется на двигатель постоянного тока и двигатель переменного тока согласно различным используемым источникам мощности. Синхронный генератор 408 используется для преобразования механической энергии в электрическую энергию, и его ротор и статор поддерживают синхронную скорость при вращении. Нужно отметить, что электродвигатель 407 и синхронный генератор 408 по существу могут быть достигнуты, используя обычные методы, которые не описаны излишне здесь. Во время практической работы возбудитель блока генерирования мощности может возбуждать двигатель переменного тока (или двигатель постоянного тока), вынуждать синхронный генератор запускаться, и затем выводить электрическую энергию промышленной частоты (выходная частота его составляет 50 Гц или 60 Гц). Фиг. 6 показывает примерную структуру состава модуля 44 вывода энергии, который включает в себя следующие части: один или более первый подмодуль 61 вывода энергии и один или более второй подмодуль 62 вывода энергии. Кроме того, каждый первый подмодуль 61 вывода энергии включает в себя возбудитель 601 постоянного тока SPU, двигатель 602 постоянного тока и синхронный генератор 603, и каждый из второго подмодуля 62 вывода энергии включает в себя возбудитель 604 переменного тока SPU, двигатель 605 переменного тока и синхронный генератор 606.

На Фиг. 4b кабельное соединение используется между устройством 403 извлечения энергии и контроллером 404 зарядки, между контроллером 404 зарядки и возбудителем 406 блока генерирования мощности, между модулем 405 хранения энергии и контроллером 404 зарядки и возбудителем 406 блока генерирования мощности, между возбудителем 406 блока генерирования мощности и электродвигателем 407, и между синхронным генератором 408 и PCC, причем стрелки представляют направление потока энергии, и механическое соединение используется между электродвигателем 407 и синхронным генератором 408.

Может быть замечено из Фиг. 4b, что блок 42 генерирования мощности, созданный на основе вариантов осуществления настоящего изобретения, имеет следующие основные признаки: (a) он имеет внешние характеристики, аналогичные таковым обычных блоков генерирования мощности; (b) последний каскад вывода энергии является синхронным генератором; и (c), он запитывается источником возобновимой энергии периодического действия, и электродвигатель возбуждается электронным преобразователем мощности и затем возбуждает синхронный генератор, чтобы тот работал.

В частности, регулирование мощности для SPU, показанного на Фиг. 4b, разделено на регулирование активной мощности и регулирование неактивной мощности. В этом случае регулирование активной мощности достигается возбудителем 406 блока генерирования мощности, чтобы гарантировать стабильность частоты электрической сети, и регулирование неактивной мощности достигается системой управления возбуждения синхронного генератора 408 как такового. Для регулирования неактивного мощности синхронный генератор 408 регулирует свое собственное напряжение возбуждения, посредством определения условий изменения амплитуды напряжения электрической сети так, чтобы управлять выходным напряжением синхронного генератора 408, гарантировать стабильность амплитуды напряжения электрической сети, и достигнуть задачи регулирования блока генерирования мощности для вывода неактивной мощности.

Основная функция возбудителя 406 блока генерирования мощности включает в себя: определение возможного текущего состояния следующего момента посредством получения текущей информации текущего состояния каждой составной части микросети, и обеспечение сигнала возбуждения в следующий момент электродвигателя 407 посредством соответствующей логики контроллера возбуждения, чтобы гарантировать стабильную работу всего блока генерирования мощности. В частности, возбудитель 406 блока генерирования мощности получает информацию о микросети в текущем цикле управления (такую как частота электрической сети, амплитуда напряжения, и т.д.), информацию текущего состояния об электродвигателе (такую как напряжение якоря, ток, скорость вращения ротора, выходной вращающий момент, и т.д.) и информацию о системе хранения энергии (такую как напряжение, ток, температура, и т.д.), и дает импульсный сигнал возбуждения для следующего цикла управления посредством соответствующей логики управления возбуждением, чтобы достигнуть задачи регулирования блока генерирования мощности, чтобы вывести активную мощность. Например, если частота электрической сети в настоящий момент t1 повышается относительно предыдущего момента t0, то скорость вращения электродвигателя уменьшается посредством сигнала возбуждения, генерируемого возбудителем 406 блока генерирования мощности так, чтобы частота электрической сети в следующий момент t2 была уменьшена, чтобы гарантировать стабильность электрической сети.

В частности, Фиг. 4c показывает примерную структуру электрической сети, созданной на основе SPU, которая включает в себя следующие части: внешняя электрическая сеть 41 и микросеть. Кроме того, микросеть включает в себя одну или более гидравлических цепей, одну или более дизельных цепей, одну или более цепей SPU 42 и нагрузку 409. Можно заметить, что эта структура микросети отличается от первого - третьего режимов микросети, и структура микросети, показанная на Фиг. 4c, может упоминаться как четвертый режим микросети с целью отличия. Кроме того, каждая из гидравлических цепей включает в себя гидравлический генератор 401, и каждая из дизельных цепей включает в себя дизельный генератор 402.

Кроме того, Фиг. 7 показывает примерную структуру состава цепи 42 SPU, упомянутая цепь 42 SPU является возбуждаемым переменным током блоком генерирования мощности, включающим следующие части: устройство 701 извлечения энергии, контроллер 702 зарядки, модуль 703 сохранения энергии, возбудитель 704 переменного тока SPU, электродвигатель 705 переменного тока и синхронный генератор 706. Кроме того, возбудитель 704 переменного тока SPU включает в себя: инвертор 7041 DC/AC и контроллер 7042 возбуждения. Кроме того, контроллер 7042 возбуждения имеет следующие входы: напряжение V_batt набора батарей; напряжение V_a,b,c якоря электродвигателя переменного тока; ток I_a,b,c якоря электродвигателя переменного тока; скорость n вращения ротора электродвигателя переменного тока (или угол Θ положения ротора); выходной вращающий момент T_L электродвигателя переменного тока; частота f(γ, P) электрической сети, в которой γ - угол вылета ротора синхронного генератора, и P является активной мощностью; амплитуда напряжения |U|(Q) электрической сети, в которой Q - неактивная мощность; температура T_batt набора батарей, этот вход является необязательным; ток I_batt набора батарей, этот вход является необязательным; и состояние зарядки SOC батареи, этот вход является необязательным. Кроме того, напряжение, прикладываемое к синхронному генератору 706 на Фиг. 7, является напряжением E_f возбуждения. Нужно отметить, что легко изменить частоту возбуждаемого переменным током блока генерирования мощности и отрегулировать его скорость.

В частности, Фиг. 8 является примерным соединением цепи SPU 42, показанной на Фиг. 7. Для контроллера 7042 возбуждения входы, такие как напряжение V_batt набора батарей, температура T_batt набора батарей, ток I_batt набора батарей, состояние зарядки SOC батареи, и т.д. предоставляются устройством 7032 управления хранением энергии в модуле 703 хранения энергии, в котором температура T_batt набора батарей, ток I_batt набора батарей, состояние зарядки SOC батареи являются необязательными входами, показанные толстыми пунктирными линиями на Фиг. 8; входы, такие как частота f электрической сети, амплитуда напряжения |U| электрической сети, и т.д. предоставляются ос пPCC; и входы, такие как напряжение V_a,b,c якоря электродвигателя переменного тока; ток I_a,b,c якоря электродвигателя переменного тока; скорость n вращения ротора электродвигателя переменного тока и т.д. предоставляются двигателем 705 переменного тока. Кроме того, устройство 7032 управления хранением энергии получает параметры от системы 7031 хранения энергии и/или принимает управляющие сигналы, предоставленные контроллером 702 зарядки. Конечно, устройство 7032 управления хранением энергии может также предоставить управляющие сигналы контроллеру 702 зарядки. Кроме того, контроллер 7042 возбуждения может обеспечить импульс 8043 возбуждения на инвертор 7041 DC/AC. Для синхронного генератора 706 напряжение E_f возбуждения синхронного генератора, приложенное к нему, предоставляется системой 807 управления возбуждением.

Нужно отметить, что логика управления возбуждением, используемая в возбудителе 406 блока генерирования мощности, имеет множество реализаций, и реализация регулирования мощности блока генерирования мощности описана ниже, принимая обычный алгоритм управления пропорциональным интегралом (PI) в качестве примера. В частности, Фиг. 9 является примерной структурой состава возбудителя 704 переменного тока SPU, показанного на Фиг. 7, включающего в себя следующие части: инвертор 7041 DC/AC и контроллер 7042 возбуждения. Кроме того, контроллер 7042 возбуждения включает в себя модуль 9044 генерирования сигнала возбуждения и модуль 9045 генерирования сигнала скорости вращения. В этом случае f₀ является заданной частотой системы, и n* является опорной скоростью вращения электродвигателя. Во время практического применения контроллер PI в модуле 9045 генерирования сигнала скорости вращения может быть заменен другим типом автоматического контроллера, такого как контроллер с нечетким алгоритмом, вторичный контроллер, пропорциональный контроллер, пропорционально-дифференциальный (PD) контроллер, и пропорционально-интегрально-дифференциальный (PID) контроллер, и т.д. Конкретная реализация модуля 9044 генерирования сигнала возбуждения является такой, как показано на Фиг. 9, и другие обычные реализации могут также использоваться, которые не будут здесь описаны излишне.

Таким образом, для блока генерирования мощности, возбуждаемого электродвигателем переменного тока, то есть возбуждаемого переменным током блока генерирования мощности, как показано на Фиг. 9, возбудитель 704 блока генерирования мощности дискретизирует сигналы, такие как частота f электрической сети, напряжение V_a,b,c якоря; ток I_a,b,c якоря; скорость n ротора и выходной момент T_L электродвигателя переменного тока, и напряжение V_batt, ток I_batt и температура T_batt набора батарей, и т.д. Сигналы ошибки заданной частоты f₀ системы и частота f электрической сети регулируются PI контроллером и ограничителем амплитуды, чтобы получить опорный сигнал n* скорости вращения электродвигателя 705 переменного тока. Этот опорный сигнал скорости вращения вводится в контроллер 7042 возбуждения одновременно с сигналами напряжения якоря, тока якоря и скорости ротора электродвигателя переменного тока и сигналом напряжения батареи, и вычисляется, чтобы получить сигнал возбуждения инвертора 7041 DC/AC и заставить электродвигатель 705 переменного тока регулировать скорость вращения, достигая цели регулирования блока генерирования мощности, чтобы вывести активную мощность. В частности, контроллер 7042 возбуждения может быть получен посредством использования цифрового сигнального процессора, микропроцессорного блока управления (MCU) или однокристального микрокомпьютера, и т.д.

Фиг. 10 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности, возбуждаемого электродвигателем постоянного тока, в варианте осуществления настоящего изобретения, то есть возбуждаемого постоянным током блока генерирования мощности, состав которого в целом аналогичен таковому возбуждаемого переменным током блока генерирования мощности, показанного на Фиг. 7. Различие заключается в том факте, что Фиг. 10 включает в себя возбудитель 1004 постоянного тока SPU и электродвигатель 1005 постоянного тока. Кроме того, возбудитель 1004 постоянного тока SPU включает в себя инвертор 1014 DC/DC и контроллер 1024 возбуждения. Отличие от контроллера 7042 возбуждения на Фиг. 7 лежит в том факте, что контроллер 1024 возбуждения на Фиг. 10 имеет входы, такие как напряжение V якоря электродвигателя постоянного тока, ток I якоря электродвигателя постоянного тока, и скорость n ротора электродвигателя постоянного тока, и т.д. Нужно отметить, что логика управления возбуждаемого постоянным током блока генерирования мощности, проста.

Для возбуждаемого постоянным током блока генерирования мощности, как показано на Фиг. 11, возбудитель 1004 блока генерирования мощности получает сигналы, такие как частота электрической сети, напряжение якоря, ток якоря, скорость ротора и выходной вращающий момент электродвигателя постоянного тока, и сигнал напряжения набора батарей, и т.д. Кроме того, сигналы ошибки заданной частоты системы и частоты электрической сети регулируются контроллером PI и ограничителем амплитуды, чтобы получить опорный сигнал скорости вращения электродвигателя постоянного тока. Этот опорный сигнал скорости вращения вводится в цифровой сигнальный процессор 1024 одновременно с сигналами напряжения якоря, тока якоря и скорости ротора электродвигателя постоянного тока и сигналом напряжения батареи, и вычисляется, чтобы получить сигнал возбуждения инвертора 1014 DC/DC и заставить электродвигатель 1005 постоянного тока регулировать скорость вращения, достигая задачи регулирования блока генерирования мощности, чтобы вывести активную мощность. В этом случае конкретная реализация модуля 1144 генерирования сигнала возбуждения является такой, как показана на Фиг. 11, и ссылка может также быть сделана на другие обычные реализации, которые не будут описаны лишний раз.

Нужно отметить, что блоки генерирования мощности, предоставленные в вариантах осуществления настоящего изобретения, не только могут увеличить пропорцию способности генерирования мощности возобновимых энергий периодического действия в микросети, но также и могут управлять стабильностью микросети. Говоря конкретно:

(1) Так как блоки генерирования мощности, предоставленные в вариантах осуществления настоящего изобретения, снабжены синхронными генераторами 408, когда малые нарушения происходят в частоте микросети, частота микросети может автоматически возвратиться к сбалансированному состоянию посредством электромеханических свойств синхронных генераторов 408 как таковых, для примера, инерция ротора синхронных генераторов 408 может поглотить малые нарушения.

(2) Когда большие нарушения происходят в частоте электрической сети, блоки генерирования мощности, предоставленные в вариантах осуществления настоящего изобретения, регулируют активную мощность, выведенную синхронными генераторами 408, согласно обнаруженным изменениям в частоте микросети, и заставляют частоту микросети достигнуть стабильного значения.

(3) Когда относительно большие внезапные изменения происходят в частоте электрической сети, блоки генерирования мощности, предоставленные в вариантах осуществления настоящего изобретения, быстро регулируют активную мощность, выведенную синхронными генераторами 408, согласно обнаруженным изменениям в частоте микросети, чтобы удерживать частоту микросети стабильной.

(4) Когда флуктуации происходят в напряжении микросети, блоки генерирования мощности, предоставленные в вариантах осуществления настоящего изобретения, регулируют напряжение E_f возбуждения синхронных генераторов 408 согласно обнаруженным изменениям в амплитуде напряжения системы, чтобы гарантировать стабильность напряжения микросети.

(5) Когда имеются краткосрочные флуктуации в выходной мощности источников возобновимой энергии в результате условий погоды и среды, нестабильное входное напряжение преобразуется в относительно стабильное напряжение постоянного тока под влиянием контроллера 404 зарядки в модуле 43 ввода энергии так, чтобы обеспечить управление зарядкой к модулю 405 хранения энергии. Кроме того, модуль 405 хранения энергии обеспечивает буферизацию энергии, достигая динамического разъединения входной энергии и выходной энергии, и устраняя влияние краткосрочных флуктуаций в выходной мощности источников возобновимой энергии.

(6) Во время относительно долгосрочной зарядки и разрядки модуля 405 хранения энергии, напряжение порта его изменяется соответственно. Посредством рациональной структуры уровня напряжения модуля 405 хранения энергии и электродвигателя 407, возбудитель 406 блока генерирования мощности может иметь достаточное операционное напряжение в условиях экстремальных эксплуатационных режимов, которое гарантирует, что стабильная мощность электродвигателя выдается к электродвигателю 407 в последующих каскадах.

Кроме того, на основании блоков генерирования мощности, предоставленных на Фиг. 7 и 10, множество различный топологических структур блока генерирования мощности могут быть получены посредством модификации. В этом случае Фиг. 7 является следующей: блок генерирования мощности работает в единственной цепи в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором возбудитель переменного тока непосредственно возбуждает низковольтный двигатель переменного тока и затем возбуждает синхронный генератор; и Фиг. 10 является блоком генерирования мощности, работающим в единственной цепи в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором возбудитель постоянного тока непосредственно возбуждает двигатель постоянного тока и затем возбуждает синхронный генератор. Фиг. 12-20 - все - являются топологическими структурами после изменения в вариантах осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 12 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности, работающего в единственной цепи в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором возбудитель переменного тока увеличен по напряжению трансформатором и затем возбуждает двигатель переменного тока высокого напряжения и затем возбуждает синхронный генератор. На Фиг. 12 блок генерирования мощности имеет только одну цепь и, в частности, включает в себя следующие части: устройство 1201 извлечения энергии, контроллер 1202 зарядки, батарею 1203, возбудитель 1204 переменного тока SPU, электродвигатель 1205 переменного тока, синхронный генератор 1206, и трансформатор 1207. В частности, трансформатор 1207 используется для преобразования второго напряжения, генерируемого упомянутым возбудителем 1204 переменного тока SPU, в третье напряжение, которое должно быть выдано в упомянутый двигатель 1205 переменного тока. Нужно отметить, что двигатель переменного тока среднего или высокого напряжения обеспечивает более высокую мощность и меньший ток и, таким образом, меньшие потери.

Фиг. 13 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности, работающего во множественных цепях параллельно в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором возбудитель переменного тока возбуждает двигатель переменного тока и затем возбуждает синхронный генератор. На Фиг. 13 блок генерирования мощности имеет множественные цепи блока генерирования мощности, и каждая цепь блока генерирования мощности имеет тот же состав, как на Фиг. 7, который не будет описан здесь повторно. Можно видеть, что полная способность генерирования мощности источников энергии периодического действия может быть увеличена, используя множественные цепи блоков генерирования мощности.

Фиг. 14 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности, работающего во множественных цепях в параллельном соединении, в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором возбудитель постоянного тока возбуждает двигатель постоянного тока и затем возбуждает синхронный генератор. На Фиг. 14 блок генерирования мощности имеет множественные цепи блока генерирования мощности, и каждая из цепей блока генерирования мощности имеет тот же состав как Фиг. 10, который не будет описан здесь повторно.

Фиг. 15 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором множественные наборы возбудителей переменного тока в параллельном соединении на стороне хранения энергии вместе возбуждают двигатель переменного тока и затем возбуждают синхронный генератор. Нужно отметить, что сторона возбудителя переменного тока, который соединен с батареей, называется как сторона хранения энергии (или называется как первая сторона), и сторона, которая соединена с двигателем, называется как сторона вывода (или называется как вторая сторона). На Фиг. 15 блок генерирования мощности включает в себя следующие части: множество цепей ввода энергии, включающих в себя устройство извлечения энергии, контроллер зарядки, и коммутатор, батарею 1503, возбудитель 1504 переменного тока SPU, электродвигатель 1505 переменного тока и синхронный генератор 1506. В этом случае первая цепь ввода энергии включает в себя: устройство 1501 извлечения энергии, контроллер 1502 зарядки и коммутатор 1507; в то время как вторая цепь ввода энергии включает в себя: устройство 1511 извлечения энергии, контроллер 1512 зарядки и коммутатор 1517. Можно видеть, что посредством распределенного ввода, как показано на Фиг. 15, блоки генерирования мощности, предоставленные в вариантах осуществления настоящего изобретения, являются более гибкими для исталляции, не ограничиваясь местоположениями.

Фиг. 16 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором множественные наборы возбудителей постоянного тока в параллельном соединении на стороне хранения энергии вместе возбуждают двигатель постоянного тока и затем возбуждают синхронный генератор. Нужно отметить, что состав на Фиг. 16 подобен таковому на Фиг. 15, и отличие заключается в том факте, что возбудитель 1604 постоянного тока SPU используется, чтобы возбуждать электродвигатель 1605 постоянного тока на Фиг. 16.

Фиг. 17 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором множественные наборы возбудителей переменного тока в параллельном соединении на стороне вывода вместе возбуждают двигатель переменного тока и затем возбуждают синхронный генератор. На Фиг. 17 блок генерирования мощности включает в себя следующие части: множественные цепи возбуждения, включающие в себя устройство извлечения энергии, контроллер зарядки, батарею, возбудитель переменного тока SPU и коммутатор, электродвигатель 1705 переменного тока, и синхронный генератор 1706. Первая цепь возбуждения включает в себя: устройство 1701 извлечения энергии, контроллер 1702 зарядки, модуль 1703 хранения энергии, возбудитель 1704 переменного тока SPU и коммутатор 1707; в то время как вторая цепь возбуждения включает в себя: устройство 1711 извлечения энергии, контроллер 1712 зарядки, модуль 1713 хранения энергии, возбудитель 1714 переменного тока SPU и коммутатор 1717. Можно видеть, что Фиг. 17 показывает электродвигатель, снабженный множественными возбудителями, чтобы решить проблему несоответствия мощности электродвигателя и возбудителей, делая комбинирование блоков генерирования мощности более гибким и легким для модернизации.

Фиг. 18 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором множественные наборы возбудителей постоянного тока в параллельном соединении на стороне вывода вместе возбуждают двигатель постоянного тока и затем возбуждают синхронный генератор. Нужно отметить, что состав на Фиг. 18 подобен таковому на Фиг. 17, и различие лежит в том факте, что возбудитель 1804 постоянного тока SPU используется, чтобы делать возбуждать электродвигатель 1805 постоянного тока на Фиг. 18.

Фиг. 19 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности, работающего во множественных цепях в параллельном соединении и совместно использующего систему хранения энергии в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором возбудитель переменного тока возбуждает двигатель переменного тока и затем возбуждает синхронный генератор. На Фиг. 19 блок генерирования мощности включает в себя следующие части: множественные цепи ввода энергии, включающие в себя устройство извлечения энергии, контроллер зарядки и первый коммутатор, батарею 1903, и множественные цепи вывода энергии, включающие в себя второй коммутатор, возбудитель переменного тока SPU, двигатель переменного тока и синхронный генератор. Первая цепь ввода энергии включает в себя: устройство 1901 извлечения энергии, контроллер 1902 зарядки и первый коммутатор 1907; в то время как вторая цепь ввода энергии включает в себя: устройство 1911 извлечения энергии, контроллер 1912 зарядки и первый коммутатор 1917. Кроме того, первая цепь вывода энергии включает в себя: второй коммутатор 1908, возбудитель 1904 переменного тока SPU, электродвигатель 1905 переменного тока и синхронный генератор 1906; в то время как вторая цепь вывода энергии включает в себя: второй коммутатор 1918, возбудитель 1914 переменного тока SPU, электродвигатель 1915 переменного тока и синхронный генератор 1916. Можно видеть, что множественные цепи ввода в параллельном соединении означают, что некоторая цепь ввода может быть отключена для обслуживания, когда у нее имеется отказ, не влияя на работу всего блока генерирования мощности, и множественные цепи вывода в параллельном соединении делают увеличение или уменьшение выходного сигнала более легким для управления, таким образом увеличивая эффективность блока генерирования мощности.

Фиг. 20 является структурной схематической диаграммой блока генерирования мощности, работающего во множественных цепях параллельно и совместно использующего систему хранения энергии в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором возбудитель постоянного тока возбуждает двигатель постоянного тока и затем возбуждает синхронный генератор. Нужно отметить, что состав на Фиг. 20 подобен таковому на Фиг. 19, и различие заключается в том факте, что возбудитель 2004 постоянного тока SPU используется, чтобы возбуждать электродвигатель 2005 постоянного тока на Фиг. 20.

Можно видеть из технических решений, описанных выше, что:

1) В блоках генерирования мощности в вариантах осуществления настоящего изобретения синхронный генератор используется, чтобы достигнуть вывода энергии, и система микросети имеет хорошую стабильность, которая выгодна для управления отсоединением мощности.

2) Блоки генерирования мощности в вариантах осуществления настоящего изобретения имеют свойства автосинхронизации, посредством которых может быть удобно достигнуть введения или удаления множественных блоков генерирования мощности при параллельном соединении, и удобно расширить возможности системы.

3) Блоки генерирования мощности в вариантах осуществления настоящего изобретения имеют электромеханическую линию связи в качестве последнего каскада, и по сравнению с традиционными блоками генерирования мощности, имеющими мощные электронные устройства в качестве последнего каскада, они имеют существенное увеличение в среднем времени работы без прерываний, существенное увеличение в ежегодном среднем времени работы в часах, а также существенное увеличение величины генерирования мощности ежегодно.

4) Из-за присутствия электромеханической линии связи, переходные флуктуации, которые не являются целями управления, происходящими в самих электронных возбудителях мощности блоков генерирования мощности, могут также быть поглощены электромеханической линией связи следующего каскада, устраняя влияние на качество электрической энергии, выводимой блоком генерирования мощности.

5) При установлении структуры микросети блоки генерирования мощности в вариантах осуществления настоящего изобретения имеют множество гибких комбинаций.

6) На основании системы микросети, установленной в вариантах осуществления настоящего изобретения, ограничение на способности прохождения мощности ресурсов возобновимой энергии в микросеть может быть увеличено в большой степени (теоретически говоря, до 100%), использование и потребление ископаемых ресурсов энергии могут быть уменьшены в большой степени, имея хорошие выгоды в защите окружающей среды.

Настоящее изобретение было проиллюстрировано и описано выше подробно посредством чертежей и вариантов осуществления, однако настоящее изобретение не ограничено этими раскрытыми вариантами осуществления, и другие решения, полученные из него специалистами в данной области техники, находятся в объеме защиты настоящего изобретения.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение надежности и стабильности подачи питания к электрической сети. Возбудитель блока генерирования мощности включает в себя контроллер возбуждения для генерирования сигнала возбуждения согласно первому управляющему сигналу и второму управляющему сигналу, полученному таким образом, преобразователь для преобразования входной энергии из первого напряжения во второе напряжение согласно упомянутому сигналу возбуждения и вывода ее к электродвигателю, соединенному с упомянутым возбудителем блока генерирования мощности, при этом упомянутый первый управляющий сигнал является информацией текущего состояния упомянутого электродвигателя, и упомянутый второй управляющий сигнал включает в себя частоту электрической сети и/или амплитуду напряжения упомянутой электрической сети. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Возбудитель блока генерирования мощности, подсоединенного к электрической сети, причем возбудитель отличается тем, что содержит:
контроллер возбуждения для генерирования сигнала возбуждения согласно первому управляющему сигналу и второму управляющему сигналу, полученному таким образом;
преобразователь для преобразования входной энергии из первого напряжения во второе напряжение согласно упомянутому сигналу возбуждения, и вывода его к электродвигателю, соединенному с упомянутым возбудителем блока генерирования мощности;
в котором упомянутый первый управляющий сигнал является сигналом об информации текущего состояния упомянутого электродвигателя, и упомянутый второй управляющий сигнал включает в себя частоту электрической сети и/или амплитуду напряжения упомянутой электрической сети.

2. Возбудитель блока генерирования мощности по п. 1, отличающийся тем, что информация текущего состояния упомянутого электродвигателя включает в себя одно или любую комбинацию из следующего: напряжение якоря электродвигателя, ток якоря электродвигателя и скорость ротора электродвигателя.

3. Возбудитель блока генерирования мощности по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый контроллер возбуждения содержит:
модуль генерирования сигнала скорости вращения для регулирования сигнала ошибки между заданной частотой и упомянутой частотой электрической сети, чтобы получить опорный сигнал скорости вращения, который должен быть предоставлен в модуль генерирования сигнала возбуждения; и
при этом упомянутый модуль генерирования сигнала возбуждения используется для генерирования упомянутого сигнала возбуждения согласно упомянутому опорному сигналу скорости вращения и информации текущего состояния упомянутого электродвигателя.

4. Возбудитель блока генерирования мощности по п. 3, отличающийся тем, что упомянутый модуль генерирования сигнала скорости вращения содержит автоматический контроллер и ограничитель амплитуды.

5. Возбудитель блока генерирования мощности по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что упомянутый преобразователь является инвертором постоянного тока в переменный ток или преобразователем постоянного тока в постоянный ток.

6. Блок генерирования мощности, подсоединенный к электрической сети, отличающийся тем, что содержит:
устройство извлечения энергии для получения энергии из одного или более типов источников энергии периодического действия;
контроллер зарядки, подсоединенный к упомянутому устройству извлечения энергии, для вывода первого напряжения посредством использования полученной энергии от источника энергии периодического действия;
возбудитель блока генерирования мощности по любому из пп. 1-5 и подсоединенный к контроллеру зарядки, для преобразования упомянутого первого напряжения во второе напряжение согласно первому управляющему сигналу, введенному электродвигателем, и второму управляющему сигналу, введенному упомянутой электрической сетью, чтобы возбуждать упомянутый электродвигатель;
в котором упомянутый электродвигатель используется для того, чтобы заставить синхронный генератор работать под влиянием упомянутого второго напряжения; и
упомянутый синхронный генератор соединен с точкой общего соединения электрической сети для вывода электрической мощности, генерируемой таким образом, к электрической сети.

7. Блок генерирования мощности по п. 6, отличающийся тем, что дополнительно содержит: трансформатор для преобразования второго напряжения, генерируемого упомянутым возбудителем блока генерирования мощности, в третье напряжение и затем выдачи его к упомянутому электродвигателю, причем упомянутый электродвигатель является двигателем среднего или высокого напряжения.

8. Блок генерирования мощности по п. 6, отличающийся тем, что дополнительно содержит: модуль хранения энергии;
причем первая сторона упомянутого контроллера зарядки соединена с упомянутым устройством извлечения энергии, вторая сторона упомянутого контроллера зарядки соединена с первой стороной упомянутого возбудителя блока генерирования мощности, и упомянутый модуль хранения энергии соединен со второй стороной упомянутого контроллера зарядки и первой стороной упомянутого возбудителя блока генерирования мощности.

9. Блок генерирования мощности по п. 8, отличающийся тем, что упомянутый модуль хранения энергии содержит систему хранения энергии и устройство управления хранением энергии, при этом упомянутое устройство управления хранением энергии используется для получения информации об упомянутой системе хранения энергии, служащей третьим управляющим сигналом, который должен быть введен в упомянутый возбудитель блока генерирования мощности; и
упомянутый возбудитель блока генерирования мощности используется для преобразования упомянутого первого напряжения в упомянутое второе напряжение согласно упомянутому третьему управляющему сигналу, введенному упомянутым модулем хранения энергии, первому управляющему сигналу, введенному упомянутым электрическим двигателем, и второму управляющему сигналу, введенному упомянутой электрической сетью.

10. Блок генерирования мощности по п. 9, отличающийся тем, что упомянутый первый управляющий сигнал включает в себя напряжение якоря электродвигателя, ток якоря электродвигателя, скорость ротора электродвигателя, выходной вращающий момент электродвигателя; упомянутый второй управляющий сигнал включает в себя частоту электрической сети, амплитуду напряжения электрической сети; и упомянутый третий управляющий сигнал включает в себя напряжение системы хранения энергии.

11. Блок генерирования мощности по любому из пп. 6-10, отличающийся тем, что
упомянутое устройство извлечения энергии является фотогальванической цепью, и упомянутый контроллер зарядки является преобразователем постоянного тока в постоянный ток; или
упомянутое устройство извлечения энергии является ветрогенератором, и упомянутый контроллер зарядки является преобразователем переменного тока в постоянный ток.

12. Блок генерирования мощности по любому из пп. 6-10, отличающийся тем, что упомянутый блок генерирования мощности содержит множество цепей блока генерирования мощности;
при этом каждая из цепей блока генерирования мощности составлена из упомянутого устройства извлечения энергии, упомянутого контроллера зарядки, упомянутого модуля хранения энергии, упомянутого возбудителя блока генерирования мощности, упомянутого электродвигателя и упомянутого синхронного генератора.

13. Блок генерирования мощности по любому из пп. 6-10, отличающийся тем, что упомянутый блок генерирования мощности содержит множество цепей ввода энергии, при этом каждая из цепей ввода энергии составлена из коммутатора, упомянутого устройства извлечения энергии и упомянутого контроллера зарядки, причем упомянутый коммутатор скомпонован во второй стороне упомянутого контроллера зарядки; и
упомянутая каждая цепь ввода энергии соединена с первой стороной упомянутого возбудителя блока генерирования мощности и упомянутым модулем хранения энергии через упомянутый коммутатор.

14. Блок генерирования мощности по любому из пп. 6-10, отличающийся тем, что упомянутый блок генерирования мощности содержит множество цепей возбуждения, при этом каждая из цепей возбуждения составлена из коммутатора, упомянутого устройства извлечения энергии, упомянутого контроллера зарядки, упомянутого модуля хранения энергии и упомянутого возбудителя блока генерирования мощности, причем упомянутый коммутатор скомпонован во второй стороне упомянутого возбудителя блока генерирования мощности; и
упомянутая каждая цепь возбуждения соединена с упомянутым электродвигателем через упомянутый коммутатор.

15. Блок генерирования мощности по любому из пп. 6-10, отличающийся тем, что упомянутый блок генерирования мощности содержит:
множество цепей ввода энергии, при этом каждая из цепей ввода энергии составлена из первого коммутатора, упомянутого устройства извлечения энергии и упомянутого контроллера зарядки, причем упомянутый первый коммутатор скомпонован во второй стороне упомянутого контроллера зарядки;
множество цепей вывода энергии, при этом каждая из цепей вывода энергии составлена из второго коммутатора, упомянутого возбудителя блока генерирования мощности, упомянутого электродвигателя и упомянутого синхронного генератора, причем упомянутый второй коммутатор скомпонован в первой стороне упомянутого возбудителя блока генерирования мощности;
при этом упомянутая каждая цепь ввода энергии соединена с упомянутым модулем хранения энергии через упомянутый первый коммутатор, и упомянутая каждая цепь вывода энергии соединена с упомянутым модулем хранения энергии через упомянутый второй коммутатор.

16. Блок генерирования мощности по любому из пп. 6-10, отличающийся тем, что, когда упомянутый электродвигатель является электродвигателем переменного тока, упомянутый второй преобразователь является инвертором постоянного тока в переменный ток; или
тем, что, когда упомянутый электродвигатель является электродвигателем постоянного тока, упомянутый второй преобразователь является преобразователем постоянного тока в постоянный ток.

17. Оборудование вывода энергии в электрической сети, отличающееся тем, что, содержит:
возбудитель блока генерирования мощности по любому из пп. 1-5 для преобразования упомянутого первого напряжения во второе напряжение согласно первому управляющему сигналу, введенному электродвигателем, и второму управляющему сигналу, введенному упомянутой электрической сетью, чтобы возбуждать упомянутый электродвигатель;
в котором упомянутый электродвигатель используется для того, чтобы заставить синхронный генератор работать под влиянием упомянутого второго напряжения; и
упомянутый синхронный генератор соединен с точкой общего соединения электрической сети для вывода электроэнергии, генерируемой таким образом, к электрической сети.