Система энергоснабжения

Описана система бесперебойного обеспечения потребителей электроэнергией с использованием возобновляемых источников энергии, а также периодически запускаемого двигателя внутреннего сгорания, приводящего электрический генератор. Система включает в себя накопитель электроэнергии в виде батареи конденсаторов большой емкости и устройство согласования, обеспечивающее подключение батареи конденсаторов к источнику энергии наибольшей мгновенной мощности.

Область техники.

Настоящая полезная модель относится к энергетике, более конкретно к системам энергоснабжения потребителей, как подключенных, так и не подключенных к централизованной энергосистеме, с использованием возобновляемых источников энергии.

Уровень техники.

Известна система 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 напрямую 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. Кроме того, далеко не вся мощность ДВС используется для заряда АБ, снижая КПД системы и увеличивая продолжительность заряда АБ.

Наиболее близкой по технической сущности (прототипом) к настоящей полезной модели является система энергоснабжения, раскрытая в патенте РФ №2257656. Она включает в себя возобновляемый источник энергии, двигатель внутреннего сгорания, мотор-генератор постоянного тока, накопитель электроэнергии в виде АБ, инвертор напряжения и блок управления. С помощью мотор-генератора постоянного тока и двигателя внутреннего сгорания энергию углеводородного топлива превращают в электроэнергию постоянного тока и направляют в АБ, а избыток электроэнергии в инвертор напряжения и далее к потребителям.

В аккумуляторные батареи электроэнергию подают также по крайней мере от одного возобновляемого источника энергии, например, солнечной батареи и от электросети переменного тока (при ее наличии).

Использование в известных системах бесперебойного энергоснабжения в качестве накопителей энергии (буферных элементов) аккумуляторных батарей обуславливает наличие следующих недостатков этих систем.

Характерной особенностью аккумуляторных батарей является большое внутреннее электрическое сопротивление, не позволяющее заряжать и разряжать их большим током за короткое время.

Аккумуляторные батареи не способны также отдавать значительную мощность за короткое время, скомпенсировав таким образом потребность потребителя, например, в запуске мощного асинхронного электродвигателя. Поэтому для компенсации значительных пиковых нагрузок необходимо увеличение количества аккумуляторных батарей. Кроме того, уровень мощности, получаемый от возобновляемых источников энергии, например, ветра и солнца, имеет неравномерно зависящий от времени, случайный характер. Крайне желательно использовать кратковременные пиковые

мощности, получаемые, например, от ветрогенератора, что практически невозможно при применении аккумуляторных батарей.

Поскольку уровень напряжения на выходе ветрогенератора - случайная величина, зависящая от скорости ветра, для адаптации этого напряжения для эффективности зарядки аккумуляторных батарей необходим стабилизатор напряжения, КПД которого не превышает 90%.

Сущность полезной модели.

Задачей настоящей полезной модели является создание системы бесперебойного электроснабжения потребителей, лишенной указанных недостатков.

Эта задача решена благодаря использованию в заявляемой системе энергоснабжения, в отличие от прототипа в качестве накопителя электроэнергии батареи конденсаторов большой емкости. Двигатель внутреннего сгорания включается в то время, когда батарея конденсаторов разряжена до нижнего уровня допустимого напряжения и уровень электрической мощности, получаемой от ветрогенератора и солнечных батарей, слишком мал для ее заряда. Это дает возможность экономично расходовать топливо ДВС. Кроме того, использование в качестве буферного элемента батареи конденсаторов позволяет эффективно сглаживать пики потребляемой в нагрузке мощности (при токах порядка сотен ампер) без существенного увеличения количества конденсаторов.

Напряжение конденсаторных батарей может изменяться в широких пределах, поэтому между ветрогенератором и батареей конденсаторов применять стабилизатор не нужно.

Другой особенностью заявляемой системы энергоснабжения является наличие в ней устройства согласования, обеспечивающего подключение

батареи конденсаторов на зарядку к тому источнику энергии, который в момент подключения отдает наибольшую мощность.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 представлен вариант блок-схемы системы энергоснабжения в соответствии с настоящей полезной моделью с использованием в районе эксплуатации, где отсутствует электросеть, снабжающая потребителей.

На фиг.2 представлен вариант системы с использованием наряду с возобновляемыми источниками энергии и существующей электросети.

Раскрытие полезной модели.

Система бесперебойного энергоснабжения, представленная на блок-схеме выполнена и функционирует следующим образом. При наличии ветра достаточной мощности ветродвигатель вращает бесконтактный многофазный магнитоэлектрический генератор переменного тока (ЭГ), напряжение от которого преобразуется в постоянное и заряжает батарею конденсаторов (БК). При наличии солнечной энергии достаточной мощности на зарядку батареи конденсаторов поступает энергия солнечной батареи. Блок управления (БУ) контролирует степень заряда батареи конденсаторов. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) запускается по команде блока управления (сигнал 1) от мотор-генератора (МГ) в то время, когда батарея конденсаторов разряжена до нижнего уровня допустимого напряжения и уровень электрической мощности, получаемой от электрогенератора и солнечных батарей, слишком мал для ее заряда. При этом магнитоэлектрический мотор-генератор получает питание от батареи конденсаторов через тиристорный блок. Устройство согласования по команде блока управления (сигнал 2) подключает на зарядку батареи конденсаторов тот источник, который в рассматриваемый момент времени отдает наибольшую мощность. При наличии мощности на выходе электрогенератора, либо солнечной батареи, при уровне зарядки батареи

конденсаторов, соответствующем верхнему допустимому пределу по напряжению, мощность по команде блока управления (сигнал 3) направляется устройством согласования в блок резисторов (БР), где она преобразуется в тепловую энергию, используемую для отопления. Функция устройства согласования состоит в выявлении источника энергии, отдающего наибольшую мгновенную мощность, присоединении его к батарее конденсаторов для их зарядки или блоку резисторов, а также питания мотор-генератора от батареи конденсаторов для запуска ДВС.

В качестве ДВС может быть использован бензиновый, газовый, либо дизельный двигатель внутреннего сгорания.

В процессе работы уровень постоянного напряжения батареи конденсаторов меняется, а переменное напряжение в нагрузке должно соответствовать существующим требованиям по амплитуде, частоте, коэффициенту синусоидальности и т.п. Поэтому стабилизатор обеспечивает постоянство уровня подаваемого на инвертор постоянного напряжения, а инвертор обеспечивает удовлетворение требованиям этих параметров за счет применения широтно-импульсной модуляции при управлении блоком полевых транзисторов. Однако, уровень мощности, отдаваемой в нагрузку, прямо пропорционально связан с уровнем напряжения на батарее конденсаторов.

При наличии в районе эксплуатации системы энергоснабжения электросети даже ненадежной, она также может рассматриваться в качестве дополнительного источника электроэнергии, наряду с возобновляемым источником и ДВС (фиг.2).

Система энергоснабжения, включающая в себя по меньшей мере один возобновляемый источник энергии, а также периодически включаемый двигатель внутреннего сгорания, запускаемый мотор-генератором, и вращающий электрический генератор, накопитель электроэнергии и инвертор напряжения, отличающаяся тем, что накопитель электроэнергии выполнен в виде батареи конденсаторов большой емкости, а система дополнительно снабжена устройством согласования, обеспечивающим выбор источника энергии наибольшей мгновенной мощности, подключаемого к батарее конденсаторов для их зарядки.