Система бесперебойного энергоснабжения

Решение относится к энергетике, в частности, к бесперебойному энергоснабжению потребителей, как подключенных, так и не подключенных к единой энергетической системе, а так же к системам, работающим с возобновляемыми источниками электрической энергии (ВИЭ), имеющим различные параметры выходного напряжения. Предложено подключение каждого ВИЭ к аккумуляторной батарее осуществить через конвертор напряжений, связанный с блоком управления, аккумуляторные батареи через инвертор - с силовым коммутатором, а последний через стабилизатор - с электросетью. Введена цепь резервного питания. Предложение позволяет повысить надежность энергоснабжения потребителей при нарушениях в сети. С., 2 з.п. ф-лы, 1 илл.

Решение относится к энергетике, в частности, к бесперебойному энергоснабжению потребителей, как подключенных, так и не подключенных к единой энергетической системе, а также к системам, работающим с альтернативными источниками электрической энергии, имеющим различные параметры выходного напряжения и может быть использовано при организации бесперебойного снабжения электрической энергией ответственных потребителей.

Известна система бесперебойного энергоснабжения, использующая ветроэлектрическую установку с генератором переменного тока в сочетании с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), тоже имеющим генератор переменного тока (П.П.Безруких, А.К.Сокольский, Б.П.Харитонов "Системы гарантированного электроснабжения автономных потребителей на основе возобновляемых источников энергии" Труды 3-й Международной научно-технической конференции "Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве". 14-15 мая 2003 г. Москва, Часть 4, стр.3). При низкой скорости ветра выработка энергии идет за счет работы ДВС, вращающего электрический генератор, от которого электроэнергия может через инвертор напряжения поступать на нагрузку или через выпрямитель и зарядное устройство запасаться в аккумуляторных батареях (АБ). С помощью инвертора постоянное напряжение преобразуется в переменное, обеспечивая питание нагрузки от АБ во время остановки ДВС.

Однако при пуске ДВС электрический генератор переменного тока создает всплески перенапряжения, часто приводящие к нарушениям работы электронного блока инвертора, причем инвертор вырабатывает переменный ток, не синхронизированный по фазе с генератором переменного тока ДВС, и поэтому их нельзя использовать совместно на питание одной нагрузки. Кроне того, далеко не вся мощность ДВС используется для заряда АБ, снижая КПД системы и увеличивая продолжительность заряда АБ. Еще одним недостатком является то, что автоматический режим пуска ДВС требует использования дорогого электронного оборудования и специального электромотора в качестве стартера ДВС.

Известна система бесперебойного энергоснабжения, реализующая Способ бесперебойного энергоснабжения Гусарова В.А. (патент РФ №2257656 H02J 3/28, опубликованный 27.07.2005) (фиг.2 патента).

Система бесперебойного энергоснабжения содержит источники электроэнергии, в том числе, по меньшей мере, один возобновляемый (ВИЭ) - солнечную батарею (СБ), генератор электроэнергии, ДВС с устройством подачи топлива, аккумуляторные батареи, инвертор напряжения накопленной энергии, силовой коммутатор, нагрузку, блок управления.

Реализована система с неизменной структурой. Инвертор напряжения и питающая сеть подключены к нагрузке через силовой коммутатор раздельно.

Использованы два силовых коммутатора, мотор-генератор постоянного тока, выпрямитель с зарядным устройством. В описанной схеме, как пример, задействован только один ВИЭ-СБ, хотя указано, что их может быть несколько.

Однако эта система имеет следующие недостатки. При переключении силового коммутатора возможны провалы питающего напряжения на нагрузке; возможны перенапряжения на инверторе при наличии индуктивной составляющей тока нагрузки; зависимость изменения напряжения на нагрузке при изменении параметров электросети; невозможность работы инвертора параллельно с сетью. Все это снижает надежность работы системы.

Не решен вопрос включения других источников ВИЭ.

Решаемая задача - повышение надежности энергоснабжения.

Технический результат - исключение провалов питающего напряжения, перенапряжений на инверторе при наличии индуктивной составляющей тока нагрузки при изменении параметров электросети.

Этот технический результат достигается тем, что в системе бесперебойного энергоснабжения, содержащей источники электроэнергии, в том числе, по меньшей мере, один возобновляемый - солнечную батарею, генератор электроэнергии, двигатель внутреннего сгорания с устройством подачи топлива, аккумуляторные батареи, инвертор напряжения накопленной энергии, силовой коммутатор, нагрузку, блок управления, подключение каждого возобновляемого источника электроэнергии к аккумуляторной батарее осуществлено через конвертор напряжений, связанный с блоком управления, а аккумуляторные батареи подключены через инвертор к силовому коммутатору, а последний через стабилизатор - к электросети; устройство подачи топлива - двигатель внутреннего сгорания - генератор переменного тока образуют цепь резервного питания, вход которой подключен к блоку управления, а выход через силовой коммутатор - к нагрузке.

В качестве второго возобновляемого источника электроэнергии использован ветроэлектрогенератор.

Конвертор напряжений, связанный с блоком управления, сопрягает выходные параметры напряжения ВИЭ с входными параметрами аккумуляторных батарей, а аккумуляторные батареи подключены через инвертор, обеспечивающий дополнительную цепь питания нагрузки. Силовой коммутатор отключает электросеть при перерывах питания. Стабилизатор поддерживает заданную величину напряжения на нагрузке. Цепь резервного питания работает при перерывах питания в электросети.

Предлагаемая система бесперебойного энергоснабжения приведена на чертеже.

Она содержит источники электроэнергии: ДВС 1, генератор переменного тока 2, аккумуляторные батареи 3, ВИЭ - солнечную батарею 4, ветроэлектрогенератор 5, устройство 6 подачи топлива к ДВС 1, инвертор напряжения 7 накопленной энергии, силовой коммутатор 8, нагрузку 9, блок управления 10. Подключение ВИЭ 4 и 5 к аккумуляторной батарее 3 осуществлено через конвертор напряжений 11, связанный с блоком управления 10, а аккумуляторные батареи 3 через инвертор напряжения 7 - с силовым коммутатором 8, а последний через стабилизатор напряжения 13 - с электросетью 12. Устройство 6 подачи топлива ДВС 1 - генератор 2 переменного тока образуют цепь резервного питания, вход которой подключен к блоку управления 10, а выход через силовой коммутатор 8 - к нагрузке 9 и через стабилизатор 13 переменного напряжения - к электросети 12.

Система бесперебойного энергоснабжения работает следующим образом.

При перерывах питания в электросети 12 силовой коммутатор 8 отключает ее, блок управления 10 обеспечивает включение цепи резервного питания, питание нагрузки 9 осуществляется от аккумуляторных батарей 3 посредством инвертора напряжения 7, одновременно производится синхронизация работы инвертора 7 с генератором переменного тока 2, при достижении которой силовой коммутатор 8 подключает цепи генератора 2, питание нагрузки 9 осуществляется генератором 2 и инвертором 7. При восстановлении питания в основной сети производится обратный перевод с синхронизацией работы инвертора 7 с напряжением электросети 12. Заряд аккумуляторных батарей 3 осуществляется посредством конвертора напряжений 7 от альтернативных источников 4, 5, а при нехватке энергии от них - от основной или резервной цепей питания с помощью инвертора 7. При колебаниях напряжения в основной или резервных цепях питания заданная величина напряжения поддерживается посредством стабилизатора напряжения 13. При регулировании уставки выходного напряжения стабилизатора напряжения 13 изменяется направление потока мощности питающей сети, что осуществляется при излишках электроэнергии, вырабатываемой

альтернативными источниками 4 и 5, которая рекуперируется в электросеть 12. Для обеспечения продолжительного питания нагрузки только от альтернативных источников (отключение электросети и невозможность запуска двигателя внутреннего сгорания) возможно подключение ко входам конвертора 11 дополнительных, например топливных элементов. При подаче команды на включение резервной цепи питания устройство подачи топлива 6, содержащее бак с топливом, клапан подачи топлива, аккумуляторную батарею и стартер, запускает двигатель внутреннего сгорания 1, приводящий во вращение вал генератора 2.

Сравнение заявленного изобретения с прототипом позволило установить, что оно отличается от последнего условиями аккумулирования в АБ электроэнергии постоянного тока, способом подключения инвертора, способом управления, способом включения резервного питания, и, следовательно, соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявленного изобретения с другими известными решениями в данной области техники показало, что идентичные признаки, отличающие заявленное изобретение от прототипа, обеспечивают получение нового технического результата, и поэтому оно соответствует критерию "изобретательский уровень".

Применение заявленного изобретения в энергетике при организации автономного энергоснабжения и электроснабжения ответственных потребителей с нагрузкой большой мощности обеспечивает его соответствие критерию "промышленная применимость".

1. Система бесперебойного энергоснабжения, содержащая источники электроэнергии, в том числе, по меньшей мере, один возобновляемый - солнечную батарею, генератор электроэнергии, двигатель внутреннего сгорания с устройством подачи топлива, аккумуляторные батареи, инвертор напряжения накопленной энергии, силовой коммутатор, нагрузку, блок управления, отличающаяся тем, что подключение каждого возобновляемого источника электроэнергии к аккумуляторной батарее осуществлено через конвертор напряжений, связанный с блоком управления, а аккумуляторные батареи подключены через инвертор к силовому коммутатору, а последний через стабилизатор - к электросети.

2. Система бесперебойного энергоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что устройство подачи топлива - двигатель внутреннего сгорания - генератор переменного тока образуют цепь резервного питания, вход которой подключен к блоку управления, а выход - через силовой коммутатор - к нагрузке.

3. Система бесперебойного энергоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что в качестве второго возобновляемого источника электроэнергии использован ветроэлектрогенератор.