Устройство для питания нагрузки постоянным током Советский патент 1983 года по МПК H02J7/34 

00

00

со со

СП)

Изобретение относится к электротехнике, .а более конкретно к автономч ным устройствам для питания нагрузки, и может быть применено в системах i энергоснабжения с солнечными генераторами, которые значительную часть 5 ресурса работают в условиях положительного энергетического дебаланса, а нагрузка характеризуется относительным постоянством.

Известно устройство для питания 10 нагрузки постоянным током, содержащее секционированную солнечную бата- рею, буферные аккумуляторные батареи узел контроля с датчиками и узлы управления и сравнения, осуществля- 15. кицие соответствующую коммутацию солнечных и буферных батарей на шины питания нагрузки | 1 .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является 20 устройство, содержащее секционированную солнечную батарею, коммутаторы секций солнечной батареи, .буферную аккумуляторную батарею (АБ), датчик контроля зарада и разряда АБ, 25 коммутатор цепи ее заряда, датчик освещенности солнечной батареи с элементом НЕ, генератор импульсов и дешифратор, осуществляющий распределение команд на отключение или подключение секций.J

В указанном устройстве при изменении продолжительности освещения солнечной батареи осуществляется соответсвукяцая коммутация ее секций, благодаря чему обеспечивается сог- 5 ласование количеств электроэнергии, вырабатываемой солнечной батареей и потребляемой нагрузкой, а частота срабатываний ограничителя и коммутатора заряда АБ и количество ее 40 зарядно-разрядных циклов поддерживается на уровне номинальных значений 2 .

Недостатком данного устройства является большое количество срабаты- 45 ваний силовых коммутирующих элементов секций солнечной батареи, что при ограниченном их ресурсе снижает Нсщежность его устройства в целом.

Использование традиционных спосо- en бов обеспечения требуемой надежности например, резервирования, вызывает значительное увеличение массы и габаритов устройства и не всегда приемлемо.f.f

Основной задачей известного решения является поддержание энергобаланса при изменении продолжительности теневого участка. Эта цель достигается путем подключения к цепи АБ и нагрузке соответствующего 60 количества секций генератора, определяемого дешифратором по числу импульсов, зафиксированных счетчиком. При этом вследствие подсоединения сбросовых входов счетчика и 65

дешифратора к выходу элемента НЕ все подключенные секции генератора в начале каждого теневого участка отключаются, а в конце подключаются в соответствии с сигналом дешифратора. При такой схемной реализации, если даже продолжительность смежных теневых участков не изменяется, т.е. энергетически нет необходимости в изменении количества подключенных секций генератора, все равно два раза за каждый период изменения условий,, освещенность-тень происходит коммутация одних и тех же секций генератора. Указанная особенность приводит к избыточному количеству переключений.

Цель изобретения - повышение надености устройства для питания нагрузки за счет сокращения количества срабатываний силовых коммутаторов секци генератора электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для питания нагрузки постоянным током, содержащее секционированную солнечную батарею, коммутаторы секций солнечной батареи, буферную аккумуляторную батрею, датчик контроля заряда и разряд аккумуляторной батареи, коммутаторы цепи заряда, последовательно включенные датчик освещенности солнечной батареи, элемент НЕ, генератор импульсов, счетчик импульсов и дешифратор, выходы которого подключены , к коммутаторам секций солнечной батареи, снабжено блоком памяти и анализатором, при этом входы анализатора подключены к выходам счетчика импульсов и блока памяти, выходы анализатора соединены соответственно с отключающим и подключающим входами дешифратора, информационный вход блока памяти соединен с выходом счетчика импульсов, а командный вход - с выходом элемента НЕ.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит солнечный генератор 1 электроэнергии, разде-. ленный на секции. Секция 2 подключена к внешней цепи постоянно, а группа секций, условно показанная на чертеже двумя секциями 3 и 4, через коммутаторы 5 и 6, управляемые дешифратором 7. Параллельно генератору 1 электроэнергии через регулятор 8 заряда подсоединена буферная АБ 9, состояние которой контролируется датчиком 10 контроля заряда и разряда, соединеннымс регулятором 8. Нагрузка включена параллельно АБ 9 непосредственно или через дополнительные регулирующие элементы. В состав устройства входят также датчи 11 освещенности, последовательно соединенный с элементом НЕ 12, гене. ратор 13 и счетчик 14 импульсов, блок 15 памяти и анализатор 16. Устройство работает следующим образом. При освещении Солнцем генератор вырабатывает электроэнергию, котора поступает в нагрузку и на заряд буферной АБ 9. Энергоотдача постоянн включенной секции 2 генератора 1 выбрана из условия поддержания энергетического баланса при наименьшей продолжительности теневого участка. При зЦтенении генератора 1 электроэнергии появляется сигнал на выходе элемента НЕ 12, инвертирующего выход ной сигнал датчика 11 освещенности. По этому сигналу запускается генератор 13 импульсов и подается команда наблок памяти для списывания имеющейся там информации в анализатор 16 После окончания теневого участка сигнсШ с элемента НЕ 12 исчезает и выдача импульсо генератором 13 прек ращается . Количество импульсов, сосчитанное счетчиком 14, пропорциональ но, продолжительности данного теневог участка. Это количество импульсов подается на информационный вход блока 15 памя ти для запоминания и одновременно подается в анализатор 16. В анализаторе 16 оно сравнивается с количеством импульсов, списанным с блока памяти и пропорциональным продолжительности предыдущего теневого участ ка. В зависимости от знака и абсолюткого значения разности между коли/чествами импульсов, пропорциональным длительностям данного и предыдуще,го теневых участков, подается соответствующее количество импульсов на отключающий (зрак )или подключающий (знак +) входы дешифратора 7. Дешифратор 7 вьщает команды на коммутаторы 5 и 6 для отключения или подключения необходимого количества секций 3 и 4 генератора 1 электроэнергии.. Так, например, если, данный теневой участок продолжительнее предыдущего на величину sN , соответствунадую количеству энергии от одной секции генератора 1, с выхода анализатора 16 подается единичный сигнал на подключающий вход дешифратора 7, который подключает какую-либо секцию 4 параллельно секции 2 для компенса:ции уменьшения поступающей в нагрузку энергии, вызванного увеличе нием теневого участка. При максимальной продолжительности теневого участка все секции 3 и 4 подключены параллельно секции 2. Таким образом, в конце теневого участка коммутируются не все подключенные секции 3 и 4. генератора 1, а только те, которыенеобходимы для компенсации в энергетическом балансе положительного (отрицательного) приращения продолжительности теневого участка. Ввиду .того, что по ряду факторов . (например технологический разброс параметров элементов устройства) невозможно обеспечить идеально точное поддержание энергобаланса, защита АБ 9 от перезаряда и глубокого разряда осуществляется регулятором 8 по сигналам датчика 10 контроля заряда и разряда. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности за счет сокращения количества срабатываний коммутатора секций. Сравнение режимов коммутации секций генератора в известном случае и в предлагаемом устройстве поясняется анализом их поведения на характерных участках функционирования. В известном устройстве в начале участка отключаются все ранее включенные секции генератора, в течение теневого участка, все коммутируемые секции находятся в отключенном состоянии, в конце теневого участка подключаются секции генератора, соответствующие его продолжительности (если продолжитель|1ость не иэменилась, то это те же секции, которые отключились в начале теневого участ;ка). В предлагаемом устройстве в начале и конце теневого участка никаких коммутаций секций генератора не производится, в течение теневого участка секции, которые были подключены ранее, остаются во включенном ::остоянии, в начале освещенного участ,а подключаются (отключаются) дополг нительные секции генератора только в случае, если произошло соответствующее изменение Ьродолжительности тене-вого участка по сравнению с предыдущим циклом работы устройства. В противоположном случае в предлагаемом устройстве никаких коммутаций не производится вовсе. Положительный эффект от применения изобретения заключается в повышении надежности предлагаемого уст-, ройства за счет сокращения количества срабатываний коммутаторов секций генератора электроэнергии без снижения качества поддержания энергетического баланса. Эффективность предлагаемого устройства подтверждается количественной оценкой, проведенной для случая использования его в течение 12 мес в составе высокогорной автоматической метеостанции, расположенной на 40 северной широты. Результаты оценки при пяти коммутируемых секциях

солнечного генератора электроэнергии показывает, что количество срабатываний коммутаторов существенно уменьшено (10 против 2200), что в итоге обеспечивает предлагаемому устройству более высокую надежность,

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГР ЗКИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ, содержащее секционную солнечную батарею, ком мутаторы секций солнечной батареи, буферную аккумуляторную батарею, датчик контроля заряда и разряда , аккумуляторной батареи, коммутаторы цепи заряда, последовательно включенные датчик освещенности солнечной батареи, элемент НЕ, генератор импульсов, счетчик импульсов и дешифратор, выходы которого подключены к кок9«сутаторам секций солнечной батареи, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено блоком памяти и анализатором, при этом вход анализатора подключен к выходам счетчика импульсов и блока памяти, выходы анализатора подключены к отключающему и подключающему входам дешифратора, информационный вход блока памяти соединен с выходом счетчика импульсов, а командный вход - с выходом | элемента НЕ. т