Способ и комплекс управления электроэнергетическим питанием автономного необитаемого подводного аппарата большой автономности с гибридной энергетической установкой Российский патент 2024 года по МПК B63H21/20 B63H23/12 

Описание патента на изобретение RU2828130C1

Изобретение относится к области создания электроэнергетических систем (ЭЭС) автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) сверхтяжелого класса большой автономности с гибридной энергетической установкой, в частности к созданию способа и комплекса управления электроэнергетическим питанием автономного необитаемого подводного аппарата большой автономности с гибридной энергетической установкой.

В настоящее время существуют задачи, требующие длительного времени автономной работы АНПА - до нескольких месяцев, способности преодолевать области быстрых течений, использовать инструменты, требующие значительных энергетических затрат. Решение данных задач требует наличия значительных запасов энергии на борту АНПА, возможности отдавать в нагрузку сотни киловатт полезной мощности и способность системы управления адаптироваться как к изменениям условий окружающей среды, так и к составу потребителей на борту аппарата.

Известен [1] АНПА, содержащий интегрированную децентрализованную (мультиагентную) систему управления (ИСУ), включающую объединенные в нее технические средства и подсистемы: двигательно-рулевую, погружения-всплытия, навигации, гидроакустического освещения обстановки, гидроакустической связи, радиосвязи. Все подсистемы и технические средства оснащены собственными средствами управления, имеют статус самостоятельных агентов и информационно связанны друг с другом посредством сети обмена данными. ИСУ имеет план миссии, разбитый на этапы с планом на каждый этап. В процессе движения АНПА подсистема планирования выдает подсистемам ИСУ планы на предстоящий этап. Средства управления подсистем ИСУ, получив план на предстоящий этап, организует его выполнение. В системе управления [1] электропитание всех технических средств АНПА осуществляется посредством единой системы электропитания, соединенной с источником электроэнергии АНПА. Вместе с тем, для повышения времени автономности в составе АНПА используются [2, 3] наборы различных источников электропитания, работающих на различных физических принципах, так называемые гибридные энергетические установки. Изобретение [1] не описывает управление составными частями электроэнергетической системы АНПА.

Электроэнергетические системы питания автономного необитаемого подводного аппарата с гибридной энергетической установкой [2, 3] содержат электрохимические генераторы (ЭХГ), запасы топлива в емкостях кислорода и водорода, наборы аккумуляторных батарей, одну [2] шину питания постоянного тока для питания электродвигателей, вторую шину [3] для питания аппаратуры навигации, управления, связи и блок коммутации и управления, обеспечивающий соединение шин с соответствующими выходами электрохимических генераторов и аккумуляторных батарей. На выходе второй шины питания постоянного тока для питания аппаратуры включен блок преобразователя напряжения постоянного тока. В режимах, когда требуется максимальная скорость движения АНПА выполняется подключение в блоке коммутации и управления аккумуляторных батарей к входу шины питания электродвигателей, а электрохимических генераторов к входу шины питания аппаратуры навигации управления и связи. По завершении режима максимальной скорости система должна переходить в режим экономического хода, зарядки и балансировки литий-ионных аккумуляторных батарей за счет переключения в блоке коммутации и управления одного электрохимического генератора и одной аккумуляторной батареи на одну шину питания. Питание аппаратуры навигации, управления и связи осуществляется через единый блок преобразователя напряжения. Недостатком данного изобретения является эффективная работа ЭЭС только на двух режимов движения АНПА - экономический ход и режим максимальной скорости, в то время как аппарат может использоваться во всем диапазоне возможных скоростей. В решении [3] вся коммутационно-защитная аппаратура в блоке коммутации и управления и блоки преобразования должны быть рассчитаны на максимальные режимы энергопотребления в высокоскоростных режимах, что существенно увеличивает потребление энергии на собственные нужды для поддержания рабочего состояния ЭЭС и снижает КПД работы блоков преобразователя в режимах пониженной мощности.

Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является решение, описанное в [1].

Техническим результатом заявляемого изобретения является способ управления и комплекс управления для его реализации, обеспечивающие снижение затрат энергии на собственные нужды ЭЭС во всем диапазоне скоростей движения АНПА, и, как следствие, увеличение времени автономной работы АНПА.

Указанный технический результат достигается путем эффективного распределения мощности (тока) нагрузки потребителей между источниками питания и преобразователями напряжения в зависимости от состава используемого оборудования АНПА и режима движения на каждом элементе маршрутного задания с использованием комплекса управления электроэнергетическим питанием автономного необитаемого подводного аппарата большой автономности с гибридной энергетической установкой.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом на фиг.1, где показана схема предлагаемого комплекса управления.

Позициями обозначены (при этом однотипные составляющие комплекса управления электроэнергетическим питанием (КУЭЭП), например, нескольких устройств управления аккумуляторной батареей и др. обозначены дополнительной цифрой или латинской буквой, обозначающей количество однотипный устройств в интегрированной системе управления АНПА и отделены от номера позиции точкой):

1.1-… -1J - устройства управления аккумуляторными батареями;

2.1-…-2.К - устройства управления ЭХГ;

3.1-…-3.L - устройства управления высоковольтными коммутационно-распределительными устройствами;

4.1-…-4.М - устройства управления преобразователями напряжения;

5.1-…-5.N - устройства управления низковольтными коммутационно-распределительными устройствами;

6.1 - устройство синхронизации работы КУЭЭП;

6.2 - дополнительное устройство синхронизации работы КУЭЭП;

7 - блок интегрированной системы управления АНПА (в состав заявляемого комплекса управления электроэнергетическим питанием не входит) на чертеже фиг.1 показан штриховой линией;

8 - шина управления;

9 - дополнительная шина управления;

10 - линия синхронизации и обмена данными.

Комплекс управления электроэнергетическим питанием содержит следующие типы устройств управления: устройство синхронизации 6.1 работы КУЭЭП, один выход которого подключен к шине управления 8, другой выход к блоку интегрированной системы управления АНПА 7. Блок интегрированной системы управления АНПА 7, не входящий в состав заявляемого комплекса управления электроэнергетическим питанием, является компонентом системы управления в соответствии с [1], выполняющим планирование выполнения миссии и выдачу системам АНПА исходных данных на предстоящий этап миссии АНПА - элемента маршрутного задания. В качестве шины управления 8 могут использоваться стандартные сетевые каналы обмена данными типа Ethernet или CAN. Шина управления 8 соединена с устройствами управления каждой аккумуляторной батареи 1.1-…-1.J (на схеме фиг.1 J штук), устройствами управления каждого ЭХГ 2.1-…-2.К (на схеме фиг.1 К штук), устройствами управления каждого высоковольтного коммутационно-распределительного устройства 3.1-…-3.L (на схеме фиг.1 L штук), устройствами управления каждым преобразователем напряжения 4.1-...-4.М (на схеме фиг.1 М штук), устройствами управления каждым низковольтным коммутационно-распределительным устройством 5.1-…-5.N (на схеме фиг.1 N штук). Таким образом, количество устройств управления каждого типа должно равняться соответственно количеству используемых в АНПА аккумуляторных батарей (АБ), электрохимических генераторов (ЭХГ), высоковольтных коммутационно-распределительных устройств (ВКРУ), преобразователей напряжения (ПН), низковольтных коммутационно-распределительных устройств (НКРУ).

Для повышения надежности работы комплекса управления электропитанием в состав заявляемого комплекса управления электроэнергетическим питанием может быть установлено по меньшей мере два устройства синхронизации, (дополнительное (второе) на схеме фиг.1 обозначено, как 6.2). Один выход дополнительного устройства синхронизации работы 6.2 соединен с дополнительной шиной управления 9, другой выход с линией синхронизации и обмена данными 10, третий выход с блоком интегрированной системы управления АНПА 7. Второй выход линии синхронизации и обмена данными 10 соединен с устройством синхронизации работы КУЭЭП 6.1. Каждое из устройств синхронизации 6.1 и 6.2 может быть подключено к обоим шинам управления 8 и 9 одновременно.

Способ управления заключается в организации работы КУЭЭП, в котором для каждого этапа миссии АНПА - элемента маршрутного задания АНПА проводят оценку ожидаемой мощности и тока электропотребления всех потребителей, перевод аккумуляторных батарей в циклический режим разряда и заряда с использованием устройств управления, входящих в состав комплекса управления электроэнергетическим питанием АНПА, при этом электрохимические генераторы используют в режиме источника стабилизации тока, выполняют адаптацию структуры электрической сети посредством выбора маршрута подключения потребителей к источникам электропитания по критерию минимальной разницы номинального рабочего тока узла электрической сети и прогнозного значения тока электропотребления.

При этом устройство синхронизации 6.1 работы КУЭЭП (либо дополнительное 6.2 устройство синхронизации работы КУЭЭП в случае отказа устройства 6.1 синхронизации работы КУЭЭП) организует выполнение КУЭПП этапа миссии АНПА - элемента маршрутного задания АНПА, проводит оценку запасов и планируемого потребления энергии с использованием программных моделей потребителей, преобразователей напряжения, аккумуляторных батарей и ЭХГ с учетом запасов топлива в емкостях кислорода и водорода. На каждом этапе выполнения миссии 'устройство синхронизации 6.1 КУЭЭП определяет режимы работы устройств управления аккумуляторными батареями, устройств управления ЭХГ, устройств управления ВКРУ, устройств управления ПН, устройств управления НКРУ, в том числе: перечень используемых АБ, ЭХГ и режимов их работы, количество используемых преобразователей напряжения, маршруты доставки энергии от источника энергии до потребителей с определением количества задействованных переключателей в высоковольтных и низковольтных коммутационно-распределительных устройствах.

Способ управления для организации электропитания АНПА поясняется с использованием схемы, приведенной на фиг.2, где приведен вариант КУЭЭП без ограничения общности при J=K=L=N=2 и М=4.

На фиг. 2 кроме составляющих КУЭЭП (см. фиг. 1) приведены и позициями обозначены составляющие оборудования (элементов) ЭЭС АНПА при этом, как и на фиг. 1, однотипные элементы ЭЭС, например, АБ, ЭХГ и др. обозначены дополнительной цифрой, обозначающей порядковый номер однотипного элемента в ЭЭС АНПА и отделены от номера позиции точкой:

11. - емкость кислорода 02;

12 - емкость водорода Н2;

13.1 - первая аккумуляторная батарея (АБ 1);

13.2 - вторая аккумуляторная батарея (АБ 2);

14.1 - первый электрохимический генератор (ЭХГ 1);

14.2 - второй электрохимический генератор (ЭХГ 2);

15.1 первое высоковольтное коммутационно-распределительное устройство (ВКРУ 1);

15.2 - второе высоковольтное коммутационно-распределительное устройство (ВКРУ 2); 16.1 - первое низковольтное коммутационно-распределительное устройство (НКРУ 1); 16.2 - второе низковольтное коммутационно-распределительное устройство (НКРУ 2);

17.1 - первый преобразователь напряжения (ПН 1);

17.2 - второй преобразователь напряжения (ПН 2);

17. - третий преобразователь напряжения (ПН 3);

17.4 - четвертый преобразователь напряжения (ПН 4).

Кроме того, в штриховых прямоугольниках на схеме фиг. 2 условно показаны потребители электроэнергии АНПА (в состав заявляемого комплекса управления электроэнергетическим питанием не входят):

18 - мощные высоковольтные потребители: электродвигатели, насосы, выдвижные устройства;

19 - низковольтные потребители: аппаратура управления, навигации, связи, аварийные аккумуляторы.

Штриховыми линиями со стрелкой показаны линии управления от устройств КУЭЭП к соответствующим АБ, ЭХГ с емкостями кислорода 02 и водорода Н2, ВКРУ, НКРУ, ПН. Сплошными линиями без стрелок показаны линии передачи электроэнергии. Информационные связи между устройствами КУЭЭП, устройство 6.1 и дополнительное 6.2 устройство синхронизации работы КУЭЭП на схеме фиг. 2 не показаны. Устройства управления аккумуляторными батареями 1.1 и 1.2, устройства управления ЭХГ 2.1 и 2.2 устанавливаются в разрыв линий электропитания от АБ и ЭХГ к ВКРУ. Устройства управления аккумуляторными батареями 1.1 и 1.2 осуществляют контроль емкости (уровень заряженности) АБ (анг. SOC - State of Charge), измеряемой в А*ч, контроль уровня старения (уровень работоспособности) аккумуляторов (анг. SOH - State of Health), контроль напряжения по линии подключения к ВКРУ, контроль напряжения и тока по линии подключения к АБ, контроль и отключение АБ от сети в случае риска наступления аварийного состояния, вызванного перенапряжением при заряде, пониженным напряжением при разряде, перегревом элементов АБ. Устройства управления ЭХГ 2.1 и 2.2 обеспечивают использование ЭХГ в двух режимах - источник стабилизации тока или источник стабилизации напряжения, а также контроль напряжения и тока по линии подключения к ВКРУ, контроль напряжения и тока по линии подключения к ЭХГ. Режим источника стабилизации тока используется для электропитания систем АНПА в ходе выполнения маршрутного задания, режим источника стабилизации напряжения используется для выравнивания и балансировки напряжения АБ.

Устройства управления высоковольтными коммутационнораспределительными устройствами 3.1 и 3.2 и устройства управления низковольтными коммутационно-распределительными устройствами 5.1 и 5.2 формируют команды на смену включенного и выключенного состояния используемых в составе ВКРУ и НКРУ переключателей и контролируют уровень напряжения по каждой входной линии электропитания. ВКРУ и НКРУ содержат переключатели на каждом входе, выходе устройств и обеспечивают подключение/отключение каждой линий электропитания от общей внутренней шины ВКРУ и НКРУ. Каждый переключатель характеризуется диапазоном рабочих напряжений, номинальным током пропускания и током потребления на удержание переключателя во включенном состоянии.

Устройства управления преобразователями напряжения 4.1-4.4 формируют команды на включение/выключение ПН и контролируют уровень выходного напряжения и тока. Каждый ПН характеризуется номинальным и максимальным током нагрузки в диапазоне рабочих напряжений. Коэффициент полезного действия (КПД) ПН зависит от разницы между номинальным значением тока ПН и фактическим значением тока нагрузки подключенных к нему потребителей, а также от уровня входного напряжения.

Электропитание АЛЛА с использованием способа и комплекса управления электроэнергетическим питанием осуществляется следующим образом:

1) Устройство синхронизации 6.1 работы КУЭЭП (либо дополнительное устройство синхронизации 6.2 работы КУЭЭП в случае отказа устройства 6.1 синхронизации работы КУЭЭП) получает данные от блока 7 интегрированной системы управления АНПА о режимах движения, работы оборудования на этап миссии АНПА - элемент маршрутного задания АНПА, на основании полученных данных выполняет оценку ожидаемой мощности потребления каждого потребителя, тока потребления каждого потребителя в зависимости от текущего значения питающего напряжения с учетом КПД работы преобразователей напряжения и определяет суммарный ток потребления всех потребителей. Оценка ожидаемой мощности потребления обеспечивается использованием в составе устройства синхронизации 6.1 работы КУЭЭП программных моделей потребителей, АБ, ЭХГ, ПН, ИКРУ, ВКРУ.

2) На основании величины суммарного тока потребления устройство синхронизации 6.1 работы ЭЭС определяет конфигурацию источников электропитания по следующим правилам:

- если суммарный ток потребления равен или меньше максимального суммарного выходного тока всех ЭХГ устройства 2.1, 2.2 управления ЭХГ организуют параллельную работу необходимого количества ЭХГ, а устройства 1.1, 1.2 управления аккумуляторными батареями выполняют подключение наиболее заряженной АБ к сети совместно с ЭХГ, при этом ЭХГ используют в режиме источника стабилизации тока, АБ используют в циклическом режиме разряд/заряд и значение суммарного выходного тока ЭХГ на нужды подключенных к нему потребителей должно обеспечивать медленный разряд АБ на нагрузку с компенсацией скачков тока от АБ (назовем этот режим псевдо-буферным режимом работы источников энергии АБ и ЭХГ), а в случае, если уровень заряда одной из АБ становится менее определенного значения, например 70%, данную АБ переводят в статус потребителя для ее заряда на следующем элементе маршрутного задания АНПА;

- если суммарный ток потребления всех потребителей больше суммарного максимального выходного тока всех ЭХГ, устройство синхронизации работы КУЭЭП 6.1 организует питание движительного комплекса АНПА от АБ, питание остальных устройств от ЭХГ, при этом устройство 6.1 синхронизации работы КУЭЭП определяет необходимое число АБ, включаемых в сеть параллельно для обеспечения требуемой выходной мощности, кроме того, устройство 6.1 синхронизации работы КУЭЭП совместно с устройствами 1.1, 1.2 управления аккумуляторными батареями проводят оценку уровня заряда (SOC) и уровня работоспособности (SOH) АБ на данный этап миссии АНПА - элемент маршрутного задания АНПА и, при недостатке, уровня заряда (SOC) всех АБ, или неудовлетворительного уровня работоспособности (SOH), выдает предупреждающее сообщение в блок интегрированной системы управления АНПА о максимальном времени работы в данном режиме;

- если состав используемых потребителей по условиям электромагнитной совместимости не допускает совместного использования одной пары источников энергии АБ и ЭХГ в псевдо-буферном режиме, формируется необходимое количество сочетаний псевдо-буферных пар источников энергии АБ и ЭХГ, исходя из их наличия в составе аппарата достаточного количества ЭХГ и АБ.

3) На основании оценки тока потребления каждого потребителя, выбранной конфигурации источников электропитания с учетом условий электромагнитной совместимости потребителей электропитания, устройство синхронизации работы КУЭЭП 6.1 совместно с устройствами управления высоковольтными коммутационно-распределительными устройствами 3.1 и 3.2, устройствами управления низковольтными коммутационно-распределительными устройствами 5.1 и 5.2 устройствами управления преобразователями напряжения 4.1 - 4.4 выполняют адаптацию структуры сети электропитания для подключения потребителей к источникам электропитания по следующим правилам:

- потребителей сортируют в порядке убывания тока потребления;

- выбирают потребителя с максимальным током потребления;

- ключи, к которым может быть подключен данный потребитель в составе НКРУ или ВКРУ, ранжируют в порядке убывания разницы между ожидаемым током потребления и номинальным током соответствующего ключа;

- выбирают ключ с номинальным током, удовлетворяющим условию минимальной разницы между ожидаемым током потребления и номинальным током ключа, при этом, значение номинального тока ключа должно быть больше или равно ожидаемому току потребления потребителя;

- далее по данному правилу минимальной разницы между ожидаемым током потребления и номинальным током ключей в НКРУ, ВКРУ и номинальных токов ПН выбирают маршрут подключения потребителя к источнику;

- после подключения потребителя с максимальным током потребления в каждом задействованной элементе КУЭЭП вместо номинального значения тока определяют новое временное значение номинального тока, равное разнице между фактическим номинальным током и ожидаемым током подключенных потребителей;

- далее выбирают следующего потребителя в порядке убывания ожидаемого тока потребления и аналогичным образом по критерию минимизации разницы между номинальным и ожидаемым током выбирают маршрут подключения к источнику для каждого потребителя.

4) В ходе выполнения этапа миссии АНПА - элемента маршрутного задания АНПА каждое устройство управления в составе комплекса управления электроэнергетическим питанием выполняет роль самостоятельного агента по поддержанию работы АБ, ЭХГ, ПН, ВКРУ, НКРУ в соответствии с заданным устройством синхронизации 6.1 режимом работы.

Использование предложенного способа управления позволяет достичь более рационального использования, имеющихся на АНПА АБ, ЭХГ, ПН, ВКРУ, НКРУ путем уменьшения разницы между номинальным током потребления устройством, на котором обеспечивается максимальный КПД использования устройства и фактически протекающим током нагрузки от потребителей.

В качестве подтверждения получения при осуществлении изобретения технического результата были проведены модельные испытания с использованием программного имитатора которые показали, что использование предлагаемого способа позволяет уменьшить удельные потери энергии на преобразование и подключение потребителей к источникам до 20% относительно работы без предлагаемого комплекса управления, что позволяет увеличить время автономности, решает задачи повышения надежности системы за счет изменения маршрута подключения потребителя к источнику электропитания и обеспечивает автоматическую конфигурации сети электропитания с учетом режима движения АНПА и технического состояния АБ, ЭХГ, ПН, ВКРУ, НКРУ.

Источники информации.

1 Патент RU 2722258.

2 Патентная публикация US 2006071630 (А1).

3 Патент RU 2726383.

Похожие патенты RU2828130C1

название год авторы номер документа
Устройство электроэнергетической системы питания автономного необитаемого подводного аппарата с гибридной энергетической установкой 2019
  • Гусева Екатерина Анатольевна
  • Бачурин Алексей Андреевич
  • Киселев Николай Константинович
  • Шуланкин Алексей Евгеньевич
RU2726383C1
АППАРАТНО-БАТАРЕЙНЫЙ КОМПЛЕКС ПОДВОДНОГО АППАРАТА 2017
  • Бачурин Алексей Андреевич
  • Гаврилин Дмитрий Владимирович
  • Галочкин Алексей Александрович
  • Кудряков Виктор Борисович
  • Сизов Игорь Александрович
  • Тебекина Людмила Борисовна
RU2662802C1
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ С ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ ГЕНЕРАТОРОМ 1999
  • Никифоров Б.В.
  • Рубальский Д.М.
  • Соколов В.С.
  • Шишкин Д.Ю.
  • Юрин А.В.
RU2167783C1
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК С МОНИТОРИНГОМ СОСТОЯНИЯ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ 2008
  • Ляпидов Константин Станиславович
  • Анисимов Андрей Владимирович
  • Темирев Алексей Петрович
  • Федоров Андрей Евгеньевич
  • Матвиенко Иван Николаевич
  • Савченко Александр Владимирович
  • Горобец Андрей Владимирович
RU2377157C1
Автономная гибридная энергоустановка 2022
  • Усенко Андрей Александрович
  • Дышлевич Виталий Александрович
  • Бадыгин Ренат Асхатович
  • Штарев Дмитрий Олегович
RU2792410C1
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ НЕАТОМНЫХ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК 2013
  • Никифоров Борис Владимирович
  • Батрак Дмитрий Викторович
  • Чигарев Андрей Валерьевич
  • Игнатьев Константин Юрьевич
RU2534470C1
МОДУЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА 2018
  • Зайнуллин Ильдар Фанильевич
  • Медведев Александр Андреевич
RU2695633C1
Способ управления автономной системой электроснабжения космического аппарата 2018
  • Глухов Виталий Иванович
  • Коваленко Сергей Юрьевич
  • Тарабанов Алексей Анатольевич
RU2706762C1
АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭНЕРГОПИТАНИЯ И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ 2008
  • Глухих Игорь Николаевич
  • Челяев Владимир Филиппович
  • Щербаков Андрей Николаевич
RU2371813C1
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ С БЕСПЕРЕБОЙНЫМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ ОТВЕТСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯМИ 27 В ПОСТОЯННОГО ТОКА И 220 В ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 2008
  • Анисимов Андрей Владимирович
  • Ляпидов Константин Станиславович
  • Темирев Алексей Петрович
  • Федоров Андрей Евгеньевич
  • Пжилуский Антон Анатольевич
  • Киселев Василий Иванович
  • Горобец Андрей Владимирович
RU2390896C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 828 130 C1

Реферат патента 2024 года Способ и комплекс управления электроэнергетическим питанием автономного необитаемого подводного аппарата большой автономности с гибридной энергетической установкой

Изобретение относится к электроэнергетике. В способе управления электроэнергетическим питанием автономного необитаемого подводного аппарата большой автономности с гибридной энергетической установкой обеспечивают электропитание электродвигателей от аккумуляторных батарей, аппаратуры навигации, управления и связи от электрохимических генераторов в режиме максимальной скорости движения. Для каждого элемента маршрутного задания оценивают ожидаемую мощность и ток потребления всех потребителей. Электрохимические генераторы используют в режиме источника стабилизации тока, аккумуляторные батареи – в циклическом режиме разряда и заряда. Обеспечивают разряд аккумуляторных батарей на нагрузку в режиме разряда, переводят аккумуляторную батарею в статус потребителя для ее заряда. Комплекс управления электроэнергетическим питанием состоит из устройств управления аккумуляторными батареями, электрохимическими генераторами, высоковольтными коммутационно-распределительными устройствами; устройств синхронизации работы комплекса и шины управления. Увеличивается время автономной работы. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 828 130 C1

1. Способ управления электроэнергетическим питанием автономного необитаемого подводного аппарата большой автономности с гибридной энергетической установкой, включающий план миссии автономного необитаемого подводного аппарата, разбитый на этапы с планом работы электроэнергетической системы на каждый этап, в котором обеспечивают электропитание электродвигателей от аккумуляторных батарей, аппаратуры навигации, управления и связи от электрохимических генераторов в режиме максимальной скорости движения

отличающийся тем, что

для каждого элемента маршрутного задания автономного необитаемого подводного аппарата проводят оценку ожидаемой мощности и тока электропотребления всех потребителей с использованием программных моделей потребителей, преобразователей напряжения, аккумуляторных батарей электрохимических генераторов, запасов топлива в емкостях кислорода и водорода, организуют режим работы аккумуляторных батарей и электрохимических генераторов, в котором электрохимические генераторы используют в режиме источника стабилизации тока, аккумуляторные батареи – в циклическом режиме разряда и заряда, обеспечивают разряд аккумуляторных батарей на нагрузку в режиме разряда, переводят аккумуляторную батарею в статус потребителя электроэнергии для ее заряда.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выполняют адаптацию структуры сети электропитания для подключения потребителей к источникам электропитания, для чего сортируют потребителей в порядке убывания тока потребления, выбирают потребителя с максимальным током потребления, ранжируют вышестоящие узлы сети электропитания, к которому может быть подключен данный потребитель, в порядке убывания разницы между ожидаемым током потребления и номинальным током узла, выбирают узел с номинальным током, удовлетворяющим условию минимальной разницы между ожидаемым током потребления и номинальным током ключа, при этом выполняют пересчет значения номинального тока задействованных узлов на временное значение номинального тока, равное разнице между фактическим номинальным током и ожидаемым током подключенных потребителей.

3. Комплекс управления электроэнергетическим питанием автономного необитаемого подводного аппарата большой автономности с гибридной энергетической установкой, реализующий способ по пп. 1-2 и состоящий из:

- устройств управления аккумуляторными батареями, количество которых равно количеству аккумуляторных батарей, каждое из которых осуществляют контроль емкости, уровня старения аккумуляторов напряжения и тока по линиям подключения соответствующих аккумуляторных батарей, отключение аккумуляторной батареи от сети в случае риска наступления аварийного состояния, вызванного перенапряжением при заряде, пониженным напряжением при разряде;

- устройств управления электрохимическими генераторами, количество которых равно количеству электрохимических генераторов, каждое из которых обеспечивает использование соответствующего электрохимического генератора в режиме источника стабилизации тока или источника стабилизации напряжения, контроль напряжения и тока по линиям подключения электрохимического генератора;

- устройств управления высоковольтными коммутационно-распределительными устройствами, количество которых равно количеству высоковольтных коммутационно-распределительных устройств, каждое из которых формирует команды на смену включенного и выключенного состояния переключателей, используемых в составе высоковольтными коммутационно-распределительными устройств, и контролируют уровень напряжения по каждой входной линии электропитания соответствующего высоковольтного коммутационно-распределительного устройства,

при этом устройства управления аккумуляторными батареями и электрохимическими генераторами устанавливаются в разрыв линий электропитания от аккумуляторных батарей и электрохимических генераторов к высоковольтным коммутационно-распределительным устройствам;

- устройств управления низковольтными коммутационно-распределительными устройствами, количество которых равно количеству низковольтных коммутационно-распределительных устройств, каждое из которых формирует команды на смену включенного и выключенного состояния переключателей, используемых в составе низковольтных коммутационно-распределительных устройств, и контролируют уровень напряжения по каждой входной линии электропитания соответствующего низковольтного коммутационно-распределительного устройства;

- устройств управления преобразователями напряжения, количество которых равно количеству преобразователей напряжения, каждое из которых формирует команды на включение/выключение преобразователей напряжения и контролирует уровень выходного напряжения и тока соответствующего преобразователя напряжения;

- устройства синхронизации работы комплекса управления электроэнергетическим питанием, которое организует выполнение комплексом управления электроэнергетическим питанием этапа миссии, для чего определяет режимы работы устройств управления аккумуляторными батареями, устройств управления электрохимическими генераторами, устройств управления высоковольтными коммутационно-распределительными устройствами, устройств управления низковольтными коммутационно-распределительными устройствами, устройств управления преобразователями напряжения, тем самым определяет перечень используемых аккумуляторных батарей, электрохимических генераторов, режимы их работы, а также маршруты доставки энергии от аккумуляторных батарей и электрохимических генераторов до потребителей в зависимости от суммарного тока потребления всех потребителей,

при этом один выход устройства синхронизации работы комплекса управления электроэнергетическим питанием подключен к шине управления, также имеется выход устройства синхронизации для подключения к блоку интегрированной системы управления автономного необитаемого подводного аппарата, выполняющего планирование выполнения миссии автономным необитаемым подводным аппаратом;

- шины управления, выходы которой соединены с устройствами управления каждой аккумуляторной батареи, устройствами управления каждого электрохимического генератора, устройствами управления каждого высоковольтного коммутационно-распределительного устройства, устройствами управления каждым преобразователем напряжения, устройствами управления каждым низковольтным коммутационно-распределительным устройством.

4. Комплекс по п. 3 отличающийся тем, что содержит дополнительное устройство синхронизации работы комплекса управления электроэнергетическим питанием, один выход которого соединен с дополнительной шиной управления, другой выход дополнительного устройства синхронизации работы комплекса управления электроэнергетическим питанием соединен с линией синхронизации и обмена данными, выход которой подключен к устройству синхронизации работы комплекса управления электроэнергетическим питанием,

при этом выходы дополнительной шины управления соединены с устройствами управления каждой аккумуляторной батареи, устройствами управления каждого электрохимического генератора, устройствами управления каждого высоковольтного коммутационно-распределительного устройства, устройствами управления каждым преобразователем напряжения, устройствами управления каждым низковольтным коммутационно-распределительным устройством.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2024 года RU2828130C1

Автономный необитаемый подводный аппарат 2019
  • Машошин Андрей Иванович
  • Пашкевич Иван Владимирович
RU2722258C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ПОДВОДНОГО ОБЪЕКТА 2009
  • Кувшинов Геннадий Евграфович
  • Копылов Виталий Викторович
  • Наумов Леонид Анатольевич
  • Филоженко Алексей Юрьевич
  • Усольцев Валерий Константинович
RU2401496C1
МОДУЛЬНЫЙ АВТОНОМНЫЙ НЕОБИТАЕМЫЙ ПОДВОДНЫЙ АППАРАТ 2017
  • Иванов Александр Иванович
  • Сахабетдинов Ильдар Умарович
  • Лазутина Нелли Александровна
  • Корытко Антон Владимирович
  • Соколов Владимир Владимирович
  • Дружинин Юрий Олегович
  • Кротов Владимир Александрович
RU2667674C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ АВТОНОМНОГО НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО ОБЪЕКТА 2015
  • Герасимов Владимир Александрович
  • Илларионов Геннадий Юрьевич
RU2611068C1
0
SU161175A1
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ С ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ ГЕНЕРАТОРОМ 1999
  • Никифоров Б.В.
  • Рубальский Д.М.
  • Соколов В.С.
  • Шишкин Д.Ю.
  • Юрин А.В.
RU2167783C1
Система мониторинга технического состояния подводного добычного комплекса 2021
  • Матвиенко Юрий Викторович
  • Борейко Алексей Анатольевич
  • Ремезков Андрей Владимирович
RU2774662C1
Способ обеспечения автономного электропитания 2018
  • Глухов Виталий Иванович
  • Коваленко Сергей Юрьевич
  • Максимчук Анатолий Алексеевич
  • Тарабанов Алексей Анатольевич
  • Туманов Михаил Владимирович
RU2689401C1

RU 2 828 130 C1

Авторы

Киселев Николай Константинович

Даты

2024-10-07Публикация

2024-02-16Подача