Способ и система питания потребителей постоянного тока источником электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов Российский патент 2021 года по МПК H02J3/28 

Изобретение относится к возобновляемой и традиционной электроэнергетике, в частности к электроснабжению потребителей постоянного тока с питанием от установок на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и систем централизованного и децентрализованного электроснабжения.

Известен способ электроснабжения потребителей от фотоэлектрических систем и электросети с помощью инвертора, в котором электроснабжение нагрузки производится на переменном токе (А.В. Бобыль, С.В. Киселева, В.Д. Кочаков, Д.Л. Орехов, А.Б. Тарасенко, Е.Е. Терукова. Технико-экономические аспекты сетевой солнечной энергетики / Журнал технической физики, 2014, том 84, вып. 4).

Недостатком известного способа является то, что вся нагрузка питается переменным током, в том числе нагрузка, которая по своим физическим принципам работает на постоянном токе, при этом фотоэлектрические модули вырабатывают постоянный ток. Таким образом, для потенциальных потребителей постоянного тока требуется дополнительное преобразование постоянного тока в переменный, а после преобразование на нагрузке переменного тока в постоянный. В результате снижается эффективность использования солнечной энергии и увеличиваются затраты на электроснабжение потребителей постоянного тока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электроэнергетическая система питания, работающая на возобновляемых источниках энергии, включающая выпрямитель, источник электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов, связанный с потребителем постоянного тока. Работа системы предусматривает преобразование энергии от первичного возобновляемого источника в электрическую энергию переменного тока, преобразование посредством выпрямителя электрической энергии переменного тока в электрическую энергию постоянного тока, накопление этой энергии в аккумуляторе, заряжаемом от выпрямителя, и выдачу выработанной электроэнергии напрямую на нагрузку постоянного тока или с помощью инвертора на нагрузку переменного тока (патент РФ № 2153752, МПК H02J 3/28, H02J 3/32, опубл. 27.07.2000, Бюл.21).

Недостатком известной системы является то, что система не может работать продолжительное время с номинальными мощностями возобновляемых источников энергии без дополнительного источника электрической энергии. Аккумуляторные батареи имеют ограниченный запас энергии и при одновременно низком заряде аккумуляторных батарей и низкой выработке электроэнергии установками на основе ВИЭ для покрытия всей нагрузки, системе необходим источник гарантированного электроснабжения, такой как электрогенератор на основе двигателя внутреннего сгорания или электросеть. Так же применение аккумуляторных батарей ведет к дополнительным потерям электроэнергии и требует некоторый запас мощности установок на основе ВИЭ, что ведет к увеличению стоимости системы и расходов на её обслуживание.

Технической задачей изобретения является повышение энергетической и экономической эффективности использования электроэнергии от источников электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов, повышение надежности и обеспечение бесперебойного электроснабжения потребителей.

В результате использования предлагаемого изобретения обеспечивается надежное электроснабжение потребителей на постоянном токе за счет использования стабильного источника электроснабжения переменного тока на основе традиционных энергоресурсов, такого как электросеть общего назначения, с отсутствием электрических потерь и экономических затрат, связанных с аккумулированием и дополнительными преобразованиями электроэнергии от источников электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что система питания потребителей постоянного тока источником электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов, включает выпрямитель, по меньшей мере, один источник электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов, связанный с потребителем постоянного тока, согласно изобретению, система снабжена, по меньшей мере, одной линией питания с источником электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов и выпрямителем на выходе, подключенной параллельно линии с источником электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов, по меньшей мере, одним преобразователем напряжения, размещенным на одной или обеих линиях источников электроснабжения, при этом номинальное напряжение постоянного тока на выходе линии источника электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов установлено выше номинального напряжения на выходе параллельной линии источника электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами

На фиг. 1 представлена схема системы питания потребителей постоянного тока источником электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов; на фиг. 2 то же, с преобразователями напряжения.

Система содержит по меньшей мере одну линию питания 1 с источником электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов , вырабатывающий постоянный ток, в качестве которого выступают как установки, генерирующие непосредственно электроэнергию постоянного тока (фотоэлектрические модули, топливные элементы и т.д.), так и установки, генерирующие электроэнергию переменного тока (ветрогенераторы, микро ГЭС и др. на основе генераторов переменного тока), с последующим выпрямлением тока. Система содержит, по меньшей мере, одну линию питания с источником электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов 2, вырабатывающим переменный ток (электрическая сеть централизованной или децентрализованной системы электроснабжения, дизель-генератор и т.д.), и расположенным на выходе выпрямителем 3, которая подключена параллельно с линией питания источника на основе возобновляемых энергоресурсов 1 и к, по меньшей мере, одному потребителю постоянного тока 4.

Система содержит преобразователи напряжения 5 на выходе линии питания источника на основе возобновляемых энергоресурсов 1 и на выходе выпрямителя 3 линии питания источника электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов 2.

Система электроснабжения потребителей постоянного тока с питанием от источника на основе возобновляемых энергоресурсов работает следующим образом.

В источнике электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов 1 энергия от возобновляемых энергоресурсов преобразуется в электроэнергию постоянного тока. В источнике электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов 2 энергия традиционных энергоресурсов преобразуется в электроэнергию переменного тока и через распределительную сеть поступает на выпрямитель 3. Электроэнергия постоянного тока от источника электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов 1 и электроэнергия от источника электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов 2, преобразованная в выпрямителе 3, по параллельным линиям питания подаётся к потребителю постоянного тока 4. Первичным источником электрической энергии является источник на основе возобновляемых энергоресурсов 1, поэтому номинальное напряжение на выходе его линии питания при расчётной мощности генерации выше базисного напряжения на выходе линии питания с источником электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов 2 и выпрямителем 3. Таким образом, обеспечивается первичное и полное использование электроэнергии, от источников на основе возобновляемых энергоресурсов 1. В периоды времени, когда энергии, вырабатываемой источником электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов 1 недостаточно для полного покрытия нужд потребителя, выходное напряжение на линии питания источника электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов 1 понижается до базисного значения, равного напряжению на выходе линии питания с выпрямителем 3 и источником электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов 2, при этом от источника электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов 1 используется вся вырабатываемая электроэнергия, а ее недостаток компенсируется источником электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов 2.

При несоответствии исходного напряжения на выходе одной из линий питания с источником электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов 1 или источником электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов 2 и выпрямителе 3 базисному напряжению, определяемому нуждами потребителя постоянного тока 4, в системе устанавливают преобразователь напряжения 5 на линии питания одного из источников электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов 1 или традиционных энергоресурсов 2 или на каждом из линий источника электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов 1 и источника электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов 2.

Напряжение электрической сети источников электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов 1 и на основе традиционных энергоресурсов 2 может существенно изменяться и выходить за допустимые рамки значений, поэтому необходимо корректировать уровень напряжения для чего применяют выпрямители 3 и преобразователи напряжения 5 со стабилизированным напряжением на выходе.

При использовании источников электроснабжения, возможны, возникновения обратных перетоков электроэнергии, тогда на выходе линий питания с источниками электроснабжения, выпрямителями и преобразователями, не защищёнными от обратного перетока энергии, устанавливают блокирующие диоды.

Наиболее востребованными источниками электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов являются электрические сети централизованной или децентрализованной системы электроснабжения, которые не накладывают ограничения по мощности на источники электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов и обеспечивают стабильное и бесперебойное электроснабжение потребителей в течение условно неограниченного времени.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - обеспечение надежного электроснабжения потребителей на постоянном токе с отсутствием электрических потерь и экономических затрат. Система питания включает выпрямитель, источник электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов, связанный с потребителем постоянного тока. Система снабжена линией питания с источником электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов и выпрямителем на выходе. Данная линия подключается параллельно линии с источником электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов. В одну или обе линии источников электроснабжения включен преобразователь напряжения. Номинальное напряжение постоянного тока на выходе линии источника электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов установлено выше номинального напряжения на выходе параллельной линии источника электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов. 2 ил.

Система питания потребителей постоянного тока источником электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов, включающая выпрямитель, по меньшей мере один источник электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов, связанный с потребителем постоянного тока, отличающаяся тем, что она снабжена, по меньшей мере одной линией питания с источником электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов и выпрямителем на выходе, подключенной параллельно линии с источником электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов, по меньшей мере одним преобразователем напряжения, размещенным на одной или обеих линиях источников электроснабжения, при этом номинальное напряжение постоянного тока на выходе линии источника электроснабжения на основе возобновляемых энергоресурсов установлено выше номинального напряжения на выходе параллельной линии источника электроснабжения на основе традиционных энергоресурсов.