СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК H02J3/46 H02J9/06 

Настоящее изобретение относится к системам питания электросетей и распределения электрической энергии, в частности к взаимосвязанному управлению средствами электроснабжения, например, дизель-электрическими агрегатами.

Из существующего уровня техники известна автономная мультимо-дульная установка генерирования электрической энергии ограниченной мощности, патент RU 2588001b классе H02J 3/38, опубл. 27.06.2016, которая содержит четное количество "n" идентичных модулей генерации, при этом выходы каждых двух модулей генерации попарно соединены с модулем общей шины питания полезной нагрузки, подключенной к модулю полезной нагрузки, модуля общей системы управления, модуля общего внешнего пускового устройства, подключенного к модулю общей шины питания полезной нагрузки.

Модуль общей системы управления осуществляет контроль над состоянием модулей генерации (контроль и управление собственных систем управления), аккумуляторной батареи и управление нагрузкой, в частности управляет включением питания модуля полезной нагрузки, включением модуля общего внешнего пускового устройства и управляет первичной цепью модуля общего внешнего пускового устройства в функции температурного режима тепловой головки Стирлинга.

Недостатком данной мультимодульной установки является то, что для объединения идентичных модулей генерации в мультимодульную установку требуется наличие модуля общей системы управления, отказ которого приводит к отказу мультимодульной установки, в целом, что существенно снижает ее надежность и живучесть.

Известна автономная система электроснабжения, патент №2125331, в классах H02J 3/04, H02J 9/06, опубл. 20.01.1999, которая содержит основной и резервный источники электроэнергии, выносные распределительные устройства, основные и резервные кабельные линии, устройство централизованного автоматизированного управления в составе вычислительного комплекса и блока обмена информацией, передвижные объекты, каждый из которых содержит основной, резервный и транзитные силовые вводы, транзитные кабельные линии, четыре коммутационных аппарата во входных цепях, переключатель с двумя коммутационными аппаратами и блоком управления, два автомата защиты силовых цепей, два коммутационных аппарата для подключения основных и вспомогательных потребителей и блок управления ими, блок контроля входного напряжения, электроустановку отбора мощности, блок коммутации каналов, блок приема и передачи команд управления, линии связи, посредством которых соединяются между собой устройство централизованного автоматизированного управления, передвижные объекты, основной и резервный источники электроэнергии.

К недостаткам автономной системы электроснабжения относится отсутствие возможности функционирования без внешнего устройства централизованного автоматизированного управления с блоком приема и передачи команд управления, выход из строя любого из которых приводит к отказу системы электроснабжения, что обуславливает ее недостаточную надежность и живучесть.

Известна система для управления гидроэлектрическими турбинами, патент RU 2608085, в классе H02J 3/38, опубл. 13.01.2017. Система содержит массив турбинных систем, причем каждая турбинная система содержит гидроэлектрическую турбину и систему управления с модулем управления. Система содержит управляющий контроллер, который выполнен с возможностью определения уровня производительности множества гидроэлектрических турбин в пределах массива и инструктирования модуля управления, по меньшей мере, одной из турбинных систем для регулирования напряжения переменного тока, подаваемого генератором, для изменения мощности, генерируемой, по меньшей мере, одной из турбинных систем, чтобы управлять всей мощностью, генерируемой массивом турбинных систем.

Недостатком данной системы для управления гидроэлектрическими турбинами является неспособность к функционированию без управляющего контроллера, отказ которого приводит к отказу множества гидроэлектрических турбин в пределах массива, что существенным образом снижает надежность и живучесть системы для управления гидроэлектрическими турбинами, в целом.

Известны система командного управления, патент США US 6,664,653 В1, в классах F02N 11/06, Н02Р 9/04, H02K 23/52, 06.12.2003, включающая несколько турбогенераторов, двунаправленный ваттметр, несколько размыкающих переключателей, главный контроллер, распределительный щит, реле времени и шину командного управления. Главный контроллер подсоединен через шину командного управления к каждому из контроллеров турбогенераторов и к двунаправленному ваттметру и производит пуск, останов, регулирование мощности каждого из нескольких отдельных турбогенераторов с автоматическим перезапуском в случае останова по неисправности в выбранном режиме управления.

Недостатком данной системы командного управления несколькими турбогенераторами является наличие единственного главного контроллера, отказ которого приводит к отказу системы командного управления, в целом.

Наиболее близкой к заявленному техническому решению является система электроснабжения, патент США №7,122,916 В2, в классах H02J 3/04 (2006.1), состоящая из некоторого количества электрогенераторных установок, ввода внешней сети, системы переключения питания потребителей от электрогенераторных установок и/или ввода внешней сети, системы управления, коммутационной шины управления, подключающей систему управления к каждой электрогенераторной установке и системе переключения питания потребителей, которая через коммутационную шину синхронизации подключает электрогенераторные установки и/или ввод внешней сети на параллельную работу.

Недостатком данной системы электроснабжения является наличие централизованной системы управления, отказ которой приводит к отказу системы электроснабжения, в целом.

Целью изобретения является повышение надежности и живучести системы электроснабжения потребителей независимо от количества отказов в ней при условии сохранения баланса между генерируемой и потребляемой мощностью.

Данная цель достигается тем, что предлагаемая система электроснабжения, выполнена, по меньшей мере, из одной электростанции, содержащей электрогенераторную установку, ввод внешней сети, систему отбора мощности, коммутационную шину синхронизации, систему управления и коммуникационную шину управления, подключающую систему управления к электрогенераторной установке, вводу внешней сети и системе отбора мощности, предназначенной для подключения электрогенераторной установки и/или ввода внешней сети через коммутационную шину синхронизации к коммутационным шинам синхронизации смежных электростанций и потребителям, при этом электростанция дополнительно снабжена второй коммуникационной шиной управления и программным модулем управления системой электроснабжения, снабженным двумя входами-выходами, при этом первый вход-выход подключен к коммуникационной шине управления, а второй вход-выход через вторую коммуникационную шину управления предназначен для подключения к вторым входам-выходам программных модулей управления системой электроснабжения смежных электростанций через их вторые коммуникационные шины управления.

Изобретение поясняется рисунком на фигуре 1, который не охватывает и, тем более, не ограничивает весь объем притязаний данного технического решения, а является лишь иллюстрирующим материалом частного случая выполнения:

На фигуре 1 представлена система электроснабжения, выполненная в виде трех электростанций 1, каждая из которых содержит электрогенераторную установку 2, ввод 3 внешней сети, систему 4 отбора мощности, коммутационную шину 5 синхронизации, систему 6 управления и коммуникационную шину 7 управления, подключающую систему 6 управления к электрогенераторной установке 2, вводу 3 внешней сети и системе 4 отбора мощности, предназначенной для подключения электрогенераторной установки 2 и/или ввода 3 внешней сети через коммутационную шину 5 синхронизации к коммутационным шинам 5 синхронизации смежных электростанций 1 и потребителям 8, при этом электростанция 1 дополнительно снабжена второй коммуникационной шиной 9 управления и программным модулем 10 управления системой электроснабжения, снабженным двумя входами-выходами 11 и 12, при этом вход-выход 11 подключен к коммуникационной шине 7 управления, а вход-выход 12 через вторую коммуникационную шину 9 управления предназначен для подключения к вторым входам-выходам программных модулей 10 управления системой электроснабжения смежных электростанций 1 через их вторые коммуникационные шины 9 управления.

Система электроснабжения работает следующим образом. При подготовке к работе системы электроснабжения в одной из электростанций 1 программному модулю 10 управления системой электроснабжения присваивается статус «системный модуль». Кроме того, некоторому количеству потребителей 8 присваивается статус «Неприоритетный»

В процессе работы системы электроснабжения программный модуль 10 управления системой электроснабжения в статусе «системный модуль» управляет распределением мощности между электростанциями 1, подключенными к потребителям 8, и поддерживает баланс между суммарной генерируемой мощностью электростанций 1 и суммарной мощностью потребителей 8.

Управление распределением мощности программным модулем 10 управления системой электроснабжения в статусе «системный модуль» производится путем сбора данных о фактической мощности, генерируемой каждой из электростанций 1 и формированием команд, направленных на равномерное распределение относительных нагрузок между электростанциями 1.

Поддержание баланса между суммарной генерируемой мощностью электростанций 1 и суммарной мощностью потребителей 8 реализуется путем подключения и отключения соответствующих электростанций 1, согласно принятому протоколу для системы электроснабжения.

При резком нарушении баланса мощностей, вызванным аварийным отключением какой-либо из смежных электростанций 1, программный модуль 10 управления системой электроснабжения в статусе «системный модуль» формирует команду на отключение потребителей 8 в статусе «Неприоритетный».

Данные о мощности, генерируемой смежными электростанциями 1, принимаются программным модулем 10 управления системой электроснабжения в статусе «системный модуль» по входу-выходу 12 от систем управления 6 через коммуникационные шины 7 управления, входы - выходы 11, 12 программных модулей 10 управления системой электроснабжения и коммуникационные шины 9 смежных электростанций.

Передача команд программным модулем 10 управления системой электроснабжения в статусе «системный модуль» обеспечивается через вход-выход 12, коммуникационные шины 9, входы - выходы 12, 11 программных модулей 10 управления системой электроснабжения, коммуникационные шины 7 в системы 6 управления смежных электростанций.

В случае отказа электростанции 1 с программным модулем 10 управления системой электроснабжения в статусе «системный модуль» статус «системный модуль» передается в программный модуль 10 управления системой электроснабжения в одну из смежных электростанций 1 в соответствии с принятым в системе электроснабжения протоколом.

Техническим результатом, обеспеченным приведенной совокупностью признаков является повышение надежности и живучести системы электроснабжения потребителей независимо от количества отказов ней при условии сохранения баланса между генерируемой и потребляемой мощностью.

Кроме того, агрегатирование системы электроснабжения на основе произвольного количества электростанций в зависимости от суммарной мощности потребителей и заданных показателей надежности без привязки к какому- либо централизованному устройству управления создает системе электроснабжения дополнительные экологические преимущества.

Настоящее изобретение относится к области электротехники, в частности к системам питания электросетей и распределения электрической энергии, взаимосвязанному управлению средствами электроснабжения, например дизель-электрическими агрегатами. Система электроснабжения выполнена, по меньшей мере, из одной электростанции 1, содержащей электрогенераторную установку 2, ввод 3 внешней сети, систему 4 отбора мощности, коммутационную шину 5 синхронизации, систему 6 управления и коммуникационную шину 7 управления. Коммуникационная шина 7 управления служит для подключения системы 6 управления к электрогенераторной установке 2, вводу 3 внешней сети и системе 4 отбора мощности. В свою очередь, система 4 отбора мощности предназначена для подключения электрогенераторной установки 2 и/или ввода 3 внешней сети через коммутационную шину 5 синхронизации к коммутационным шинам 5 синхронизации смежных электростанций 1 и потребителям 8. При этом электростанция 1 дополнительно снабжена второй коммуникационной шиной 9 управления и программным модулем 10 управления системой электроснабжения, снабженным двумя входами-выходами 11 и 12. При этом вход-выход 11 подключен к коммуникационной шине 7 управления, а вход-выход 12 через вторую коммуникационную шину 9 управления предназначен для подключения к входам-выходам 12 программных модулей 10 управления системой электроснабжения смежных электростанций 1 через их вторые коммуникационные шины 9 управления. Технический результат заключается в повышении надежности системы электроснабжения. 1 ил.

Система электроснабжения, выполненная, по меньшей мере, из одной электростанции, содержащей электрогенераторную установку, ввод внешней сети, систему отбора мощности, коммутационную шину синхронизации, систему управления и коммуникационную шину управления, подключающую систему управления к электрогенераторной установке, вводу внешней сети и системе отбора мощности, предназначенной для подключения электрогенераторной установки и/или ввода внешней сети через коммутационную шину синхронизации к коммутационным шинам синхронизации смежных электростанций и потребителям, отличающаяся тем, что электростанция дополнительно снабжена второй коммуникационной шиной управления и программным модулем управления системой электроснабжения, снабженным двумя входами-выходами, при этом первый вход-выход подключен к коммуникационной шине управления, а второй вход-выход через вторую коммуникационную шину управления предназначен для подключения к вторым входам-выходам программных модулей управления системой электроснабжения смежных электростанций через их вторые коммуникационные шины управления.