Способ электроснабжения и устройство для его осуществления

Авторы патента:

Аккуратов Александр Владимирович (RU)

Локтев Сергей Михайлович (RU)

Балуев Кирилл Сергеевич (RU)

H02J7/34 - параллельная работа в сетях с использованием как электрических аккумуляторов, так и других источников постоянного тока, например с целью обеспечения буферного режима (H02J 7/14 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2531806:

Балуев Кирилл Сергеевич (RU)
Аккуратов Александр Владимирович (RU)
Локтев Сергей Михайлович (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат: повышение качества и эффективности бесперебойного электроснабжения потребителей, а также увеличение ресурса работы аккумуляторов. Согласно способу напряжение постоянного тока источника стабилизируют при помощи стабилизаторов с гальванической развязкой до уровня напряжения заряда аккумулятора, при помощи стабилизаторов осуществляют параллельный заряд последовательно соединенных аккумуляторов, электропитание потребителю подают с полюсов, образованных последовательно соединенными аккумуляторами, при этом через аккумуляторы постоянно протекает ток, являющийся разницей тока разряда и тока заряда. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ и устройство предназначены для обеспечения электроснабжения потребителей от электросети, от возобновляемых источников энергии и их комбинаций. Способ и устройство могут использоваться при создании как персональных, так и промышленных систем электроснабжения.

В связи с актуальностью вопросов электроснабжения потребителей мощностями, превышающими максимально допустимые мощности сети, появились системы, обеспечивающие накопление энергии и выдачу энергии из накопителя в момент повышения энергопотребления.

Известны аналоги - Способ накопления и распределения электроэнергии и система накопления и распределения электроэнергии (Патент РФ №2298867, опубл. 10.05.2007). Способ накопления и распределения электроэнергии для бытовых и производственных потребителей, который включает в себя следующие операции: использование источника электроэнергии переменного тока; использование, по меньшей мере, одного имеющего высокую емкость накопления конденсатора, который подключен к указанному источнику и к сети использования электроэнергии потребителями; преобразование электроэнергии от источника в энергию постоянного тока и передачу ее в указанный, по меньшей мере, один конденсатор, для зарядки его во время периода низкого потребления электроэнергии от указанного источника; передачу, по меньшей мере, части указанной электроэнергии, накопленной в конденсаторе, после ее преобразования в энергию переменного тока на нагрузку, подключенную к указанной сети использования энергии потребителем, во время периода высокого потребления электроэнергии; и повтор зарядки и разрядки указанного конденсатора во время периодов низкого и высокого потребления электроэнергии соответственно.

Система накопления и распределения электроэнергии для бытовых и производственных потребителей, которая включает в себя: источник электроэнергии переменного тока; по меньшей мере, один имеющий высокую мощность накопления конденсатор, подключенный к указанному источнику и к, по меньшей мере, одной сети использования энергии потребителем через систему распределения электроэнергии; тракт передачи части электроэнергии от указанного источника в указанный конденсатор для накопления энергии в период низкого ее потребления; устройство для преобразования электроэнергии переменного тока от указанного источника в электроэнергию постоянного тока для хранения в конденсаторе; тракт передачи, по меньшей мере, части указанной электроэнергии, накопленной конденсатором, в систему распределения электроэнергии в период высокого ее потребления; устройство для преобразования электроэнергии постоянного тока, запасенной в конденсаторе, в электроэнергию переменного тока для подачи в систему распределения электроэнергии; и контрольно-измерительную аппаратуру для обеспечения автоматического подключения конденсатора к источнику электроэнергии и к системе распределения электроэнергии.

Общими признаками с заявляемым изобретением являются: использование накопителя, преобразование электроэнергии от источника в энергию постоянного тока, зарядка накопителя, передача энергии на нагрузку, использование инверторов.

Указанные способ и система предполагают повышенные требования к источникам энергии на входе (конденсатор должен заряжаться мощным импульсом входного тока), требуют использования сложных дорогостоящих конденсаторов.

Наиболее близкими аналогами к заявляемому изобретению (прототипами) являются: Способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на возобновляемых источниках энергии, и электроэнергетическая система (Патент РФ №2153752, опубл. 27.07.2000). Способ включает преобразование энергии первичного возобновляемого источника в электрическую энергию переменного тока с помощью электрогенератора, преобразование посредством выпрямителя электрической энергии переменного тока в электрическую энергию постоянного тока, накопление этой энергии в аккумуляторе, заряжаемом от выпрямителя, преобразование с помощью инвертора электрической энергии постоянного тока в электрическую энергию переменного тока и выдачу ее на нагрузку потребителя, при этом объем накопленной энергии в аккумуляторе определяют емкостью, которую рассчитывают по величине суточного потребления нагрузкой потребителя. Электроэнергетическая система содержит источники электроэнергии - генераторы на возобновляемых источниках энергии, выпрямители, стабилизаторы, соединенными между собой и с общим накопителем, накопитель подключается к инвертору.

Общими признаками с заявляемым изобретением являются: преобразование посредством выпрямителя электрической энергии переменного тока в электрическую энергию постоянного тока, накопление этой энергии в аккумуляторе, заряжаемом от выпрямителя, преобразование с помощью инвертора электрической энергии постоянного тока в электрическую энергию переменного тока и выдачу ее на нагрузку потребителя, использование аккумулятора, стабилизаторов, выпрямителей, инверторов.

Способ и система, выбранные прототипами, не позволяют сформировать напряжение на выходе системы выше входного напряжения. Требуют, чтобы уровень напряжения на выходе возобновляемых источников постоянно превышал или был равным минимально необходимому уровню для обеспечения заданного напряжения на выходах накопителя, не позволяют ограничить объем потребляемых базовых мощностей. Аккумулятор работает в режиме, неспособствующем его долговечности.

Задачей изобретения является повышение качества и эффективности бесперебойного электроснабжение потребителей.

Техническими результатами являются в том числе:

- увеличение ресурса работы аккумуляторов за счет постоянного протекания через них тока, являющегося разницей тока разряда и тока заряда;

- снижение требований по уровню напряжения источников;

- минимизация емкости накопителей (аккумуляторов);

- повышение ремонтопригодности, в том числе за счет обеспечения возможности замены аккумуляторов без отключения системы;

- увеличение мощности, отдаваемой потребителю за счет снятия с «верхних» групп аккумуляторов;

- ограничение мощности (тока) потребления;

- минимизация базовой (установленной) мощности потребления, исходя из суточного потребления электроэнергии потребителями;

- повышение надежности, долговечности.

Кроме того, достигаются и другие технические результаты, в том числе обеспечение возможности:

- электроснабжения потребителя как переменным так и постоянным напряжением, превышающим напряжение источников;

- подачи ряда различных напряжений для потребителя;

- снабжения потребителя мощностями, превышающими базовые мощности источников;

- использования ступенчатого инвертора в случае необходимости подачи потребителю переменного тока;

- замены аккумуляторов во время работы системы (повышение ремонтопригодности);

- гальванической развязки между источниками и потребителями;

- использования низковольтных аккумуляторов с небольшими емкостями;

- для потребителя - получать максимально необходимую мощность в течение периода потребления (суток);

- использования нескольких источников энергии с различными значениями напряжения и родами токов;

- минимизация базовых мощностей сетевого источника;

- использования низковольтной элементной базы.

Способ электроснабжения, при котором напряжение постоянного тока источника стабилизируют при помощи стабилизаторов с гальванической развязкой до уровня напряжения заряда аккумулятора, при помощи стабилизаторов осуществляют параллельный заряд последовательно соединенных аккумуляторов, электропитание потребителю подают с полюсов, образованных последовательно соединенными аккумуляторами, при этом через аккумуляторы постоянно протекает ток, являющийся разницей тока разряда и тока заряда.

При осуществлении заявляемого способа через аккумуляторы будет постоянно протекать ток, являющийся разницей тока разряда и тока заряда, что обеспечит значительное увеличение ресурса аккумуляторов. При осуществлении заявляемого способа для зарядки каждого аккумулятора от источника потребуется напряжение, равное напряжению заряда (Uз) аккумулятора. Последовательное соединение аккумуляторов позволяет отдавать потребителю выходное постоянное напряжение (Uвых) большее, чем напряжение источника, путем суммирования выходных напряжений (Uвых.ак.) последовательно соединенных аккумуляторов. Обеспечивается возможность формирования целого ряда напряжений.

Поскольку при реализации способа используются последовательно соединенные аккумуляторы, то обеспечивается минимизация их емкости.

При необходимости замены аккумулятора его можно демонтировать во время работы системы, т.к. на полюса, к которым был подключен изымаемый аккумулятор, продолжит поступать стабилизированное напряжение и последовательное соединение аккумуляторов не будет нарушено. Распределение энергии источника на ряд аккумуляторов позволяет применить низковольтные дешевые аккумуляторы и при этом обеспечить достаточную емкость накопления.

В способе могут быть использованы аккумуляторы, емкость каждого их которых может быть выбрана не менее значения, рассчитанного по формуле:

Са=Wсут./Uдейств. потреб., где

Са - емкость аккумулятора, А*ч;

Wсут. - суточное потребление электроэнергии потребителем, Вт*ч;

В течение суток мощность, необходимая потребителю, может сильно варьироваться. Получив от потребителя сведения о суточном потреблении (Wсут.) электроэнергии, имеется возможность использования аккумулятора с минимальной емкостью, обеспечивающей потребителю возможность получать необходимую мощность в течение периода потребления (суток).

В способе можно подавать электропитание потребителю с полюсов, образованных последовательно соединенными аккумуляторами, через инвертор или ступенчатый инвертор. Это позволит обеспечивать потребителя переменным напряжением, а в случае ступенчатого инвертора - переменным напряжением повышенного качества.

При использовании в способе ступенчатого инвертора электропитание потребителю кроме выхода ступенчатого инвертора можно подавать и с полюсов аккумуляторов, находящихся в последовательном соединении ближе к положительному полюсу ряда.

В связи с тем что разрядка аккумуляторов, находящихся ближе к положительному полюсу последовательного ряда, осуществляется меньшими темпами, чем разрядка аккумуляторов, находящихся ближе к отрицательному полюсу последовательного ряда, это позволит равномернее разряжать весь ряд и снимать с накопителей постоянное напряжение.

При таком варианте способа напряжение с верхних групп аккумуляторов может подаваться на как минимум один трансформаторный инвертор для обеспечения потребителя дополнительными мощностями переменного напряжения.

В способе электроснабжения до стабилизации могут осуществлять ограничение напряжения тока источника в ограничителе, в случае превышения порогового значения напряжения, и преобразование тока источника в постоянный в выпрямителе. Это позволит использовать возобновляемый источник энергии. Такое ограничение позволит повысить надежность и защитить систему электроснабжения и потребителя от перенапряжений, характерных для некоторых возобновляемых источников электроэнергии, например, ветряных электростанций.

В способе в качестве тока источника можно использовать суммированный ток нескольких источников с различными значениями напряжения и родами токов, при этом напряжение тока каждого источника перед подачей на сумматор ограничивают в ограничителе, в случае превышения порогового значения, и преобразуют в постоянный в выпрямителе. При реализации такого способа можно в качестве источников энергии использовать комбинацию возобновляемых источников.

В способе в качестве тока источника можно использовать суммированный ток возобновляемых источников энергии, сетевого тока и дизельгенератора, при этом напряжение тока каждого возобновляемого источника перед подачей на сумматор ограничивают в ограничителе, в случае превышения порогового значения, и преобразуют в постоянный в выпрямителе, а ток сетевого источника и дизельгенератора ограничивают в ограничителе тока, в случае превышения порогового значения, и преобразуют в постоянный в выпрямителе. При реализации такого способа можно в качестве источников энергии использовать комбинацию возобновляемых источников и дополнять их сетевым источником и дизельгенератором.

В способе перед стабилизацией, в случае превышения током источника порогового значения, можно осуществлять ограничение тока источника до уровня, ниже порогового, и его выпрямление. При этом в связи с тем, что аккумуляторы остаются постоянно включенными в тракт передачи энергии потребителю, нагрузка потребителя перераспределится на аккумуляторы, и потребитель будет продолжать получать необходимую ему мощность, которая будет складываться из тока источника (в пределах до Iп) и тока, потребляемого из аккумуляторов.

Это позволит при пиковой нагрузке обеспечить снабжение потребителя мощностями, превышающими базовые мощности сетевого источника, и не превысить ограничение по мощности сети.

При этом пороговое значение тока может быть выбрано не выше значения, вычисленного по формуле:

Iп=Wсут.∗1,2/(24∗Uдейств. сети), где

Iп - пороговое значение тока, А;

Wсут. - суточное потребление электроэнергии потребителем, Вт∗ч;

Uдейств. сети - действующее напряжение энергосети.

После получения от потребителя сведений о суточном потреблении электроэнергии (Wcyт.) будет обеспечена возможность минимизации порогового значения тока, а значит и минимизация базовых мощностей сетевого источника. В способе ограничение тока источника до уровня ниже порогового можно осуществлять при помощи конденсаторного делителя. Конденсаторный делитель позволит одновременно снизить напряжение и обеспечить ограничение тока. При осуществлении такого способа можно будет использовать электронные компоненты, предназначенные для работы с низким напряжением.

Способ может быть осуществлен при помощи устройства электроснабжения, включающего стабилизаторы напряжения с гальванической развязкой и аккумуляторы, к выходам каждого стабилизатора напряжения с гальванической развязкой подключен отдельный аккумулятор, аккумуляторы соединены между собой последовательно и выполнены с возможностью снятия напряжения с полюсов, при этом через аккумуляторы постоянно протекает ток, равный току потребления нагрузки.

Устройство может быть реализовано со следующими особенностями.

Емкость каждого аккумулятора составляет не менее значения, рассчитанного по формуле:

Са=Wсут./Uдейств. потреб., где

Са - емкость аккумулятора, А*ч;

Wсут. - суточное потребление электроэнергии потребителем;

Uдейств. потреб. - действующее напряжение, необходимое потребителю.

К полюсам аккумуляторов подключен инвертор.

К полюсам аккумуляторов подключен ступенчатый инвертор.

Аккумуляторы, находящиеся в последовательном соединении ближе к положительному полюсу ряда, выполнены с возможностью снятия напряжения для электропитания потребителя.

Устройство содержит как минимум один трансформаторный инвертор, подключенный к полюсам аккумулятора, находящегося в последовательном соединении ближе к положительному полюсу ряда.

Кроме того, в случае использования возобновляемого источника, само устройство, а также устройства с особенностями, указанными выше, могут быть дополнены следующим. Устройство содержит последовательно соединенные ограничитель напряжения и выпрямитель, выход которого подключен к входам стабилизаторов с гальванической развязкой.

Устройство содержит как минимум две цепи последовательно соединенных ограничителя напряжения и выпрямителя, сумматор тока, выход которого подключен к стабилизаторам, а входы подключены к выходам цепей последовательно соединенных ограничителей напряжения и выпрямителей.

Устройство электроснабжения содержит цепи последовательно соединенных ограничителя напряжения и выпрямителя, цепи последовательно соединенных ограничителя тока и выпрямителя, сумматор тока, выход которого подключен к стабилизаторам, а входы подключены к выходам цепей последовательно соединенных ограничителей напряжения и выпрямителей, ограничителей тока и выпрямителей.

Цепи последовательно соединенных ограничителя напряжения и выпрямителя, ограничителей тока и выпрямителей и сумматор тока конструктивно объединены в согласующий блок.

В случае использования сетевого источника тока само устройство, а также устройства с особенностями, указанными выше, могут быть дополнены следующим.

Устройство содержит последовательно соединенные ограничитель тока и выпрямитель, выход которого подключен к входам стабилизаторов.

Устройство содержит ограничитель тока, пороговый ток (Iп) которого составляет величину, не превышающую значения, вычисленного по формуле:

Iп=Wcyт.∗1,2/(24∗Uдейств. сети), где

Iп - пороговое значение тока, А;

Wсут. - суточное потребление электроэнергии потребителем, Вт∗ч;

Uдейств. сети - действующее напряжение энергосети.

Устройство электроснабжения содержит цепи последовательно соединенных конденсаторных делителей и выпрямителей, конструктивно объединенные в согласующий блок, выход конденсаторных делителей подключен к входам стабилизаторов с гальванической развязкой.

Способ и устройство поясняются следующими фигурами.

Фиг.1 - схема устройства электроснабжения.

Фиг.2 - схема устройства электроснабжения в случае возобновляемого источника энергии.

Фиг.3 - схема устройства электроснабжения в случае комбинации возобновляемых источников энергии и сети.

Фиг.4 - блок согласования для комбинации возобновляемых источников энергии.

Фиг.5 - блок согласования для сетевого источника энергии.

Фиг.6 - блок согласования на конденсаторных делителях для сетевого источника энергии.

Способ может быть реализован посредством устройства по фиг.1, которое может использоваться для питания потребителя постоянным током, с использованием источника постоянного тока.

Устройство электроснабжения, включающее стабилизаторы 1 напряжения с гальванической развязкой и аккумуляторы 2, к выходам каждого стабилизатора 1 напряжения с гальванической развязкой подключен отдельный аккумулятор 2, аккумуляторы 2 соединены между собой последовательно и выполнены с возможностью снятия напряжения с полюсов, при этом через аккумуляторы 2 постоянно протекает ток, равный току потребления нагрузки. Таким образом формируются пары аккумулятор-стабилизатор.

Могут быть использованы низковольтные аккумуляторы, что потребует от источника минимального уровня напряжения. Например, при использовании аккумуляторов на 12 В с напряжением заряда 13 В от источника потребуется поддерживать напряжение не менее 13 В, при этом на выходе потребитель с полюсов сможет получать целый ряд напряжений, включая 12, 24, 36, 48…380 В.

Емкость (Са) каждого аккумулятора 2 может быть выбрана не менее значения, рассчитанного по формуле:

Са=Wсут./Uдейств. потреб, где

Wсут. - суточное потребление электроэнергии потребителем;

Uдейств. потреб - действующее напряжение, необходимое потребителю.

Например,

Wсут.=10 кВт*ч;

Uдейств. потреб=220 В;

Са=10000/220=45 А*ч.

Такая емкость позволит гарантированно поставлять потребителю 10 кВт*ч в сутки, при этом во время пиковых нагрузок устройство может отдавать мощность, значительно превышающую максимальную мощность источника.

На вход устройства может подаваться постоянный ток от такого источника, как солнечные батареи. Ток источника распределяется между стабилизаторами 1 с гальванической развязкой. Стабилизаторы 1 поддерживают величину напряжения в заданных допустимых пределах, обеспечивающих заряд аккумуляторов 2 и исключающих перенапряжение и пульсацию на входах последних. При первом включении системы без нагрузки при стабилизированном напряжении U₃ со стабилизаторов 1 осуществляется зарядка аккумуляторов 2 током от источников. При подключении нагрузки зарядка аккумуляторов 2 осуществляется током, равным разности тока, поступающего со стабилизатора 1, и тока нагрузки потребителя, а в случае когда ток стабилизатора меньше тока нагрузки потребителя, осуществляется разрядка аккумуляторов.

Ток с полюсов, образованных последовательным соединением аккумуляторов 2, поступает в нагрузку к потребителю постоянного тока.

Аккумуляторы 2 постоянно находятся под напряжением стабилизаторов, при этом через аккумуляторы 2 постоянно протекает ток, равный току потребления нагрузки.

При пиковых токах нагрузки, превышающих ток источника, начинается разрядка аккумуляторов 2 в общую цепь нагрузки потребителя для уравнения токов в цепи нагрузки потребителя и цепи источника электрической энергии, т.е. осуществляется суммирование тока источника и тока разряда аккумуляторов.

При аварийных ситуациях в цепях источника электрической энергии и подключении нагрузки потребителя также начинается разряд аккумуляторов 2 с подачей тока разряда в цепь нагрузки потребителя. При этом максимальное время аварийной ситуации будет равно максимальному времени разряда аккумуляторов 2.

Способ может быть реализован посредством устройства по фиг.2, позволяющего работать с возобновляемым источником энергии.

Устройство может дополнительно включать последовательно соединенные ограничитель напряжения 3 и выпрямитель 4, выход которого подключен к входам стабилизаторов 1 с гальванической развязкой.

Способ может быть реализован посредством устройства по фиг.3, 4, позволяющего работать с комбинацией возобновляемых источников энергии и сети.

Устройство может дополнительно включать (фиг.4) цепи последовательно соединенных ограничителя 3 напряжения и выпрямителя 4, последовательно соединенных ограничителя 5 тока и выпрямителя 4, сумматор тока 6, выход которого подключен к стабилизаторам 1, а входы подключены к выходам цепей последовательно соединенных ограничителей 3 напряжения и выпрямителей 4.

Цепи последовательно соединенных ограничителя 3 напряжения и выпрямителя 4, последовательно соединенных ограничителя 5 тока и выпрямителя 4, и сумматор тока 6 конструктивно объединены в согласующий блок 7.

В устройство к полюсам аккумуляторов 2 подключен ступенчатый инвертор 8. Устройство содержит трансформаторный инвертор 9, подключенный к полюсам одного из аккумуляторов 2, находящихся в последовательном соединении ближе к положительному полюсу ряда. К выходам устройства со ступенчатого инвертора подключена нагрузка 10, а с трансформаторного инвертора - нагрузка 11.

Возобновляемые источники энергии (солнечные батареи, ветроустановка, гидроагрегат,), дизельгенератор и сеть подают электрическую энергию с любым напряжением и родом тока (переменный, постоянный, импульсный) на согласующий блок 7.

В согласующем блоке 7 напряжение возобновляемых источников, в случае его превышения над допустимым, может ограничиваться ограничителями напряжения 3. Затем происходит выпрямление тока в выпрямителях 4. Ток дизельгенератора и сети, в случае его превышения над допустимым, может ограничиваться ограничителями тока 5.

Токи всех источников суммируются в сумматоре токов 6. Полученный ток распределяется между стабилизаторами 1 с гальванической развязкой. Стабилизаторы 1 поддерживают величину напряжения в заданных допустимых пределах, обеспечивающих заряд аккумуляторов 2 и исключающих перенапряжение и пульсацию на входах последних, а также входах ступенчатого инвертора 8. При первом включении системы без нагрузки при стабилизированном напряжении U_з со стабилизаторов 1 осуществляется зарядка током от источников. При подключении нагрузки зарядка каждого аккумулятора 2 осуществляется током, равным разности тока, поступающего со стабилизатора 1, и тока нагрузки потребителя, а в случае, когда ток стабилизатора меньше тока нагрузки потребителя, осуществляется разрядка аккумуляторов.

Выпрямленный (постоянный ток) преобразуется ступенчатым инвертором 7 в переменный с формированием псевдосинусоиды и подается на нагрузку 9 потребителя.

С трансформаторных инверторов 8 ток поступает в дополнительную нагрузку потребителя 16.

Аккумуляторы 2 постоянно находятся под напряжением стабилизаторов 1, при этом через аккумуляторы 2 постоянно протекает ток, равный току потребления нагрузки.

При пиковых токах нагрузки, превышающих общий суммарный ток всех источников электрической энергии, начинается разрядка аккумуляторов 2 в общую цепь нагрузки потребителя для уравнения токов в цепи нагрузки потребителя и цепи источников электрической энергии, т.е. осуществляется суммирование тока источника и тока разряда аккумуляторов.

При аварийных ситуациях в цепях источников электрической энергии и подключении общей нагрузки потребителя также начинается разряд аккумуляторов 2 с подачей тока разряда последнего в цепь нагрузки потребителя для уравновешивания тока нагрузки. При этом максимальное время аварийной ситуации будет равно максимальному времени разряда аккумуляторов 2. Выход из строя всех источников маловероятен, а при выходе 1-3 источников остальные восполнят недостаток мощности.

В случае использования сетевого источника либо дизельгенератора, реализация способа возможна посредством устройства с согласующим блоком по фиг.5 или фиг.6.

В таком случае устройство электроснабжения может включать (аналогично устройству по фиг.3) согласующий блок 7, стабилизаторы 1 с гальванической развязкой, аккумуляторы 2, ступенчатый инвертор 8 с возможностью формирования псевдосинусоиды, трансформаторные инверторы 9, согласующий блок 7 содержит ограничитель тока 5, выпрямитель 4, ограничитель тока 5 подключен к выпрямителю 4, который подключен к стабилизаторам 1, каждый стабилизатор 1 с гальванической развязкой подключен к единственному аккумулятору 2, аккумуляторы 2 соединены между собой последовательно и выполнены с возможностью снятия напряжения с полюсов. Трансформаторный инвертор 9 подключен к полюсу аккумулятора, находящегося в последовательном соединении ближе к положительному полюсу ряда. На вход согласующего блока 7 подключена электросеть 220 В либо дизельгенератор.

На выходе устройства подключены нагрузки 10 и 11 потребителя.

Емкость каждого аккумулятора 2 может быть выбрана, как указано выше.

Пороговый ток ограничителя тока 5 может быть установлен на величину, не превышающую значения вычисленного из формулы:

Iп=Wсут.∗1,2/(24∗Uдейств. сети), где

Wсут. - суточное потребление электроэнергии потребителем, Вт∗ч;

Uдейств. сети - действующее напряжение энергосети, В.

Например,

Wсут.=10 кВт∗ч;

Uдейств. потреб=220 В;

Iп=10000∗1,2/(24∗220)=2,27 А.

При выборе такого порогового тока будет обеспечено ограничение потребляемой от сети мощности до 499,4 Вт с обеспечением потребителя на выходе устройства необходимыми ему мощностями, превышающими ограничения по сетевым мощностям.

Сетевой источник энергии подает электрическую энергию с напряжением 220 В на согласующий блок 7.

В согласующем блоке 7 ток сетевого источника, в случае его превышения над пороговым, может быть ограничен ограничителем тока 5 до значения ниже порогового. Затем происходит выпрямление тока в выпрямителе 4. Полученный постоянный ток распределяется между стабилизаторами 1 с гальванической развязкой. Стабилизаторы 1 поддерживают величину напряжения в заданных допустимых пределах, обеспечивающих заряд аккумуляторов 2 и исключающих перенапряжение и пульсацию на входах последних и ступенчатого инвертора 8. Дальнейшая работа устройства аналогична работе устройства по фиг.3, описанной выше.

В случае использования конденсаторных делителей 12 (по фиг.6) они одновременно выполняют функции ограничителя тока и согласующего элемента, позволяющего понизить напряжение до напряжения заряда аккумуляторов, что обеспечивает возможность использования низковольтной элементной базы.

1. Способ электроснабжения, при котором напряжение постоянного тока источника стабилизируют при помощи стабилизаторов с гальванической развязкой до уровня напряжения заряда аккумулятора, при помощи стабилизаторов осуществляют параллельный заряд последовательно соединенных аккумуляторов, электропитание потребителю подают с полюсов, образованных последовательно соединенными аккумуляторами, при этом через аккумуляторы постоянно протекает ток, являющийся разницей тока разряда и тока заряда.

2. Способ электроснабжения по п.1, отличающийся тем, что выбирают аккумуляторы, каждый из которых имеет емкость не менее значения Са, рассчитанного по формуле:
Са=Wсут./ Uдейств. потреб., где
Са - емкость аккумулятора, А*ч;
Wсут. - суточное потребление электроэнергии потребителем, Вт*ч;
Uдейств. потреб. - действующее напряжение, необходимое потребителю, В.

3. Способ электроснабжения по п.1, отличающийся тем, что электропитание потребителю подают с полюсов, образованных последовательно соединенными аккумуляторами, через инвертор.

4. Способ электроснабжения по п.1, отличающийся тем, что электропитание потребителю подают с полюсов, образованных последовательно соединенными аккумуляторами, через ступенчатый инвертор.

5. Способ электроснабжения по п.4, отличающийся тем, что электропитание потребителю кроме выхода ступенчатого инвертора подают и с полюсов аккумуляторов, находящихся в последовательном соединении ближе к положительному полюсу ряда.

6. Способ электроснабжения по п.4, отличающийся тем, что электропитание потребителю кроме выхода ступенчатого инвертора подают и с полюсов аккумуляторов, находящихся в последовательном соединении ближе к положительному полюсу ряда, через трансформаторные инверторы.

7. Способ электроснабжения по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что до стабилизации осуществляют ограничение напряжения источника в ограничителе, в случае превышения порогового значения напряжения, и преобразуют ток источника в постоянный в выпрямителе.

8. Способ электроснабжения по пп.1-6, отличающийся тем, что в качестве тока источника используют суммированный ток нескольких источников с различными значениями напряжения и родами токов, при этом напряжение тока каждого источника перед подачей на сумматор ограничивают в ограничителе, в случае превышения порогового значения, и преобразуют в постоянный в выпрямителе.

9. Способ электроснабжения по пп.1-6, отличающийся тем, что в качестве тока источника используют суммированный ток возобновляемых источников энергии, сетевого тока и дизельгенератора, при этом напряжение тока каждого возобновляемого источника перед подачей на сумматор ограничивают в ограничителе, в случае превышения порогового значения, и преобразуют в постоянный в выпрямителе, а ток сетевого источника и дизельгенератора ограничивают в ограничителе тока, в случае превышения порогового значения, и преобразуют в постоянный в выпрямителе,

10. Способ электроснабжения по пп.1-6, отличающийся тем, что перед стабилизацией, в случае превышения током источника порогового значения, осуществляют ограничение тока источника до уровня, ниже порогового, и выпрямляют его.

11. Способ электроснабжения по п.10, отличающийся тем, что пороговое значение тока (Iп) устанавливают не выше значения, вычисленного по формуле:
Iп=Wсут.*1,2/(24*Uдейств. сети), где
Iп - пороговое значение тока, А;
Wсут. - суточное потребление электроэнергии потребителем, Вт*ч;
Uдейств. сети - действующее напряжение энергосети, В.

12. Способ электроснабжения по п.11, отличающийся тем, что ограничение тока источника до уровня ниже порогового осуществляют при помощи конденсаторного делителя.

13. Устройство электроснабжения, включающее стабилизаторы напряжения с гальванической развязкой и аккумуляторы, к выходам каждого стабилизатора напряжения с гальванической развязкой подключен отдельный аккумулятор, аккумуляторы соединены между собой последовательно и выполнены с возможностью снятия напряжения с полюсов, при этом через аккумуляторы постоянно протекает ток, равный току потребления нагрузки.

14. Устройство электроснабжения по п.13, отличающееся тем, что емкость каждого аккумулятора составляет не менее значения Са, рассчитанного по формуле:
Са=Wсут./Uдейств. потреб, где
Са - емкость аккумулятора, А*ч;
Wсут. - суточное потребление электроэнергии потребителем, Вт;
Uдейств. потреб - действующее напряжение, необходимое потребителю, В.

15. Устройство электроснабжения по п.13, отличающееся тем, что к полюсам аккумуляторов подключен инвертор.

16. Устройство электроснабжения по п.13, отличающееся тем, что к полюсам аккумуляторов подключен ступенчатый инвертор.

17. Устройство электроснабжения по п.16, отличающееся тем, что аккумуляторы, находящиеся в последовательном соединении ближе к положительному полюсу ряда, выполнены с возможностью снятия напряжения для электропитания потребителя.

18. Устройство электроснабжения по п.16, отличающееся тем, что содержит как минимум один трансформаторный инвертор, подключенный к полюсам аккумулятора, находящегося в последовательном соединении ближе к положительному полюсу ряда.

19. Устройство электроснабжения по любому из пп.13-18, отличающееся тем, что содержит последовательно соединенные ограничитель напряжения и выпрямитель, выход которого подключен к входам стабилизаторов с гальванической развязкой.

20. Устройство электроснабжения по любому из пп.13-18, отличающееся тем, что содержит как минимум две цепи последовательно соединенных ограничителя напряжения и выпрямителя, сумматор тока, выход которого подключен к стабилизаторам, а входы подключены к выходам цепей последовательно соединенных ограничителей напряжения и выпрямителей.

21. Устройство электроснабжения по любому из пп.13-18, отличающееся тем, что содержит цепи последовательно соединенных ограничителя напряжения и выпрямителя, цепи последовательно соединенных ограничителя тока и выпрямителя, сумматор тока, выход которого подключен к стабилизаторам, а входы подключены к выходам цепей последовательно соединенных ограничителей напряжения и выпрямителей, ограничителей тока и выпрямителей.

22. Устройство электроснабжения по п.21, отличающееся тем, что цепи последовательно соединенных ограничителя напряжения и выпрямителя, ограничителей тока и выпрямителей и сумматор тока конструктивно объединены в согласующий блок.

23. Устройство электроснабжения по любому из пп.13-18, отличающееся тем, что содержит последовательно соединенные ограничитель тока и выпрямитель, выход которого подключен к входам стабилизаторов.

24. Устройство электроснабжения по любому из пп.13-18, отличающееся тем, что содержит ограничитель тока, пороговый ток (Iп) которого составляет величину, не превышающую значения, вычисленного по формуле:
Iп=Wсут.*1,2/(24*Uдейств. сети), где
Iп - пороговое значение тока, А;
Wсут. - суточное потребление электроэнергии потребителем, Вт*ч;
Uдейств. сети - действующее напряжение энергосети, В.

25. Устройство электроснабжения по п.23, отличающееся тем, что ограничитель тока и выпрямитель конструктивно объединены в согласующий блок.

26. Устройство электроснабжения по любому из пп.13-18, отличающееся тем, что содержит цепи последовательно соединенных конденсаторных делителей и выпрямителей, конструктивно объединенные в согласующий блок, выход конденсаторных делителей подключен к входам стабилизаторов с гальванической развязкой.

Система автономного электроснабжения относится к области электроэнергетики. Технический результат - повышение перегрузочной способности системы в автономном режиме работы при возникновении пиковых и дополнительных нагрузок путем обеспечения параллельной работы инвертора и электрогенератора.

Автономная система электроснабжения // 2522728

Изобретение относится к электротехнике, к системам электроснабжения автономных объектов с использованием в качестве первичных источников энергии солнечных батарей, а в качестве накопителей энергии - аккумуляторных батарей.

Способ электропитания космического аппарата // 2510116

Заявляемое изобретение относится к области космической энергетики, конкретнее к бортовым системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА). Технический результат заключается в повышении эффективности использования солнечной батареи и надежности системы электропитания КА, позволяющий осуществлять возможность поддержания стабилизации номиналов напряжения постоянного и переменного тока, необходимого для питания разнообразных нагрузок КА.

Система бесперебойного электропитания, содержащая упрощенную схему индикации наличия напряжения // 2504067

Изобретение относится к системе бесперебойного электропитания и, в частности, к системе бесперебойного электропитания, имеющей упрощенную схему индикации наличия напряжения.

Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания искусственного спутника земли // 2503112

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при проектировании автономных систем электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Устройство сбалансированного стабилизированного питания потребителей большой мощности // 2502172

Изобретение относится к области энергетики, и позволяет осуществлять прецизионное регулируемое питание потребителей постоянного тока, и может быть реализовано в сложных технологических комплексах большой мощности.

Устройство и способ для формирования, накопления и передачи электрической энергии // 2496208

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности энергоснабжения.

Способ электропитания космического аппарата // 2488933

Электрическая схема автотранспортного средства // 2483412

Двунаправленный преобразователь постоянного тока в постоянный для управления накопителем энергии при отводе энергии // 2476978

Источник бесперебойного электропитания // 2533197

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение бесперебойности питания в случае отказа любых собственных узлов источника электропитания. Источник содержит два входных AC/DC преобразователя и выходной DC/DC преобразователь напряжения, систему управления преобразователями и аккумуляторную батарею (АБ). Выход первого входного AC/DC преобразователя напряжения подключается через диод к нагрузке, а выход второго выходного преобразователя через другой диод - к АБ. Выходной DC/DC преобразователь напряжения включен между катодами указанных диодов после входных преобразователей. Параллельно выходному DC/DC преобразователю напряжения включен электронный ключ и выходной контактор. 3 ил.

Способ питания нагрузки постоянным током в автономный системе электропитания искусственного спутника земли // 2535662

Изобретение относится к электротехнической промышленности. Способ заключается в стабилизации напряжения на нагрузках и согласовании работы первичного и вторичного источников электроэнергии, причем вначале стабилизируют напряжение на нагрузке, имеющей максимальное выходное напряжение питания посредством параллельного стабилизированного преобразователя, а стабилизацию напряжения остальных нагрузок проводят от шин питания первой нагрузки сериесными стабилизированными преобразователями, при этом согласование работы первичного и вторичного источников электроэнергии проводят только на первом уровне стабилизации напряжения. Первичный источник ограниченной мощности делят на «m» секций, силовой транзисторный ключ параллельного короткозамкнутого стабилизированного преобразователя делят на «m» единичных силовых транзисторных ключей и каждую секцию первичного источника ограниченной мощности стабилизируют соответствующим силовым транзисторным ключом параллельного стабилизированного преобразователя, при этом управление силовыми транзисторными ключами проводят от общей схемы управления с широтно-импульсным модулятором. Технический результат - повышение функциональной надёжности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ управления системой электропитания космического аппарата // 2537389

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автономным системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), использующих в качестве первичных источников энергии батареи фотоэлектрические (БФ), а в качестве накопителей энергии - аккумуляторные батареи (АБ). Техническим результатом изобретения является сдерживание процесса возникновения аварийной ситуации из-за нарушения энергобаланса. Это достигается тем, что одну из двух панелей солнечной батареи поворачивают с нейтрального положения по тангажу по ходу часовой стрелки, другую панель таким же образом поворачивают против хода часовой стрелки или наоборот соответственно на углы φ1, φ2, образованные продольными осями космического аппарата и передней и задней панелей солнечных батарей, при этом освещаемые плоскости панелей солнечной батареи после перекладок панелей образуют тупой угол, равный (180°+φ1+φ2); о наличии режима максимального отбора мощности фотоэлектрической батареи судят по закону изменения входного напряжения от времени на световом участке орбиты космического аппарата, при этом данную схему перекладок панелей используют для относительно малых углов β между плоскостью орбиты и направлением на Солнце, например, в диапазоне его изменения от «минус» 30° до «плюс» 30°, а допустимые углы перекладок панелей φ1доп и φ2доп определяют из условия: φ1доп≤φ1опт=arccos(R3/(R3+H1)), φ2доп≤φ2опт=arccos(R3/(R3+H2)), где φ1опт - оптимальный угол перекладки, при котором обеспечивается режим максимального отбора мощности передней панели; φ2опт - оптимальный угол перекладки, при котором обеспечивается режим максимального отбора мощности задней панели; R3 - радиус Земли; Н1 - высота орбиты КА в точке выхода его из теневого участка; Н2 - высота орбиты КА в точке входа его в теневой участок. 5 ил.

Способ резервирования аккумуляторов и устройство для его осуществления // 2543498

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при эксплуатации аккумуляторных батарей в автономных системах электропитания, в частности в системах электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ), малых космических аппаратов. Технический результат - увеличение обеспечиваемого количества заряд-разрядных циклов батареи, имеющей в своем составе последовательно соединенные основные и резервные аккумуляторы, повышение эффективности использования энергии резервных аккумуляторов. В процессе эксплуатации батареи осуществляют подзаряд от индивидуальных источников напряжения только наиболее разряженных аккумуляторов в составе батареи. Питание индивидуальных источников, которые выполнены в виде выходных каскадов преобразователя постоянного напряжения, осуществляют от резервных аккумуляторов батареи. При этом на выходах индивидуальных источников формируют напряжения, равные текущему среднему значению напряжений на аккумуляторах батареи, а для питания нагрузки используют электрическую энергию только основных аккумуляторов батареи. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания искусственного спутника земли // 2548661

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при создании автономных систем электропитания (СЭП) искусственных спутников Земли (ИСЗ). Техническим результатом изобретения является повышение функциональной надежности автономной системы электропитания ИСЗ. Для достижения технического результата предлагается способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли от первичного источника ограниченной мощности, например солнечной батареи, и вторичного источника электроэнергии, например аккумуляторной батареи, заключающийся в стабилизации «n» номиналов напряжения нагрузки и согласовании работы первичного и вторичного источников электроэнергии, причем вначале стабилизируют напряжение на нагрузке, имеющей максимальное входное напряжение питания посредством параллельного короткозамкнутого стабилизированного преобразователя, содержащего силовой транзисторный ключ и схему управления с широтно-импульсным модулятором, а стабилизацию напряжения остальных нагрузок проводят от шин питания первой нагрузки сериесными стабилизированными преобразователями, при этом согласование работы первичного и вторичного источников электроэнергии проводят только на первом уровне стабилизации напряжения, кроме того, первичный источник ограниченной мощности делят на «m» секций, стабилизируемых индивидуально посредством «m» секций параллельного короткозамкнутого стабилизированного преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания искусственного спутника земли // 2548664

Система электропитания космического аппарата с экстремальным регулированием мощности солнечной батареи // 2560720

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к бортовым системам электропитания космических аппаратов, и может быть использовано в системе питания автоматических космических аппаратов на основе солнечных и аккумуляторных батарей. Система электропитания содержит солнечную батарею(СБ), аккумуляторную батарею (АБ), регулятор напряжения и разрядное устройство, которые выполнены в виде мостовых инверторов. Зарядное устройство, два отдельных согласующих трансформатора, систему управления с экстремальным регулированием мощности, нагрузку с различными номиналами питающего напряжения. СБ подключена к регулятору напряжения, выход которого соединен с первичной обмоткой первого трансформатора. АБ подключена к разрядному устройству, выход которого соединен с первичной обмоткой второго трансформатора и к зарядному устройству, вход которого соединен с вторичной обмоткой первого трансформатора. Вторичные обмотки первого и второго трансформаторов соединены последовательно и через выпрямитель питают нагрузку. Технический результат - повышение энергетической эффективности за счет реализации экстремального регулирования мощности как в режиме заряда АБ, так и в режиме совместного питания бортовой нагрузки от СБ и АБ. 3 ил.

Энергоустановка на топливных элементах // 2562801

Изобретение относится к энергоустановкам на топливных элементах и может использоваться при проектировании автономных, резервных и транспортных энергоустановок. В энергоустановке, содержащей генератор на топливных элементах, блок аккумуляторных батарей, три контактора, два разделительных диода, инвертор, зарядное устройство, систему автоматического управления и контроля, потребители собственных нужд, датчик напряжения генератора, коммутационные элементы и внешнюю нагрузку, контактор, подключающий внешнюю нагрузку, снабжен дополнительным силовым контактом, включенным параллельно диоду между генератором и инвертором. В результате достигается технический результат - существенно снижаются потери мощности на указанном диоде и повышается КПД энергоустановки. Кроме того, отпадает необходимость в установке мощного теплоотвода для диода, что упрощает конструкцию и повышает надежность эксплуатации энергоустановки в целом. 1ил.

Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания космического аппарата // 2567930

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автономным системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), использующим в качестве первичных источников энергии батареи солнечные (БС), а в качестве накопителей энергии - аккумуляторные батареи (АБ). Технический результат - повышение надежности эксплуатации КА при возникновении аварийных ситуаций, связанных с нерасчетным понижением или повышением выходного напряжения системы электроснабжения. Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания космического аппарата состоит в том, что управляют стабилизатором напряжения, зарядными и разрядными устройствами в зависимости от входного и выходного напряжения системы электропитания. При этом с помощью измерительных шунтов контролируют ток нагрузки и токи заряда-разряда аккумуляторных батарей. Кроме того, контролируют выходное напряжение системы электропитания с помощью пороговых датчиков и отключают сеансную нагрузку при достижении пороговых значений выходного напряжения. Дополнительно контролируют динамику переходных процессов изменения выходного напряжения и тока нагрузки во времени с помощью быстродействующих запоминающих устройств, которые запускают по достижении пороговых значений выходного напряжения. Повторное включение сеансной нагрузки проводят после анализа результатов запомненной динамики переходных процессов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ управления автономной системой электропитания космического аппарата // 2572396

Предполагаемое изобретение относится к электротехнике, а именно к автономным системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), использующим в качестве первичных источников энергии батареи фотоэлектрические (БФ), а в качестве накопителей энергии - аккумуляторные батареи (АБ). Задачей предлагаемого изобретения является создание способа управления автономной системой электропитания КА, позволяющего сдерживать процесс возникновения аварийной ситуации из-за нарушения энергобаланса путем создания и поддержания режима максимального отбора мощности БФ и парировать аварийную ситуацию, в случае ее возникновения. Задача достигается тем, что в заявленном способе при функционировании СЭП в режиме питания бортовой аппаратуры и заряда аккумуляторных батарей панели солнечной батареи ориентируют на Солнце под углом 90°; величину номинального входного напряжения, соответствующего напряжению в рабочей точке вольт-амперной характеристики БФ, выбирают, исходя из величины ее номинальной мощности, необходимой для обеспечения в штатном режиме функционирования СЭП электроэнергией для питания бортовой аппаратуры и заряда всех АБ; экстремальный регулятор мощности БФ выполняют в виде устройства, предназначенного устанавливать и поддерживать при необходимости напряжение в рабочей точке ВАХ БФ, отличное от номинального значения; изменение напряжения в рабочей точке ВАХ БФ осуществляют дискретно по заранее заданным уставкам входного напряжения, соответствующим различным уровням отбираемой от БФ мощности, при этом перевод от одной уставки входного напряжения на другую обеспечивают с наземного комплекса управления по разовым командам, а отбор требуемой для питания бортовой аппаратуры и заряда всех АБ мощности БФ при переходе на последующую уставку производят за счет выбора оптимального соотношения между пороговым значением тока заряда АБ и количеством (n) АБ, используемых в СЭП КА, причем ток заряда (n-1) АБ при отключенной от заряда одной АБ выбирают равным пороговому значению; электрические характеристики БФ и экстремального регулятора мощности проектируют с учетом выполнения необходимого и достаточного условия Uвых.<Uвх.ном.<Uопт., где Uвых. - выходное напряжение СЭП; Uвх.ном. - номинальное входное напряжение в рабочей точке ВАХ при отключенном экстремальном регуляторе мощности БФ; Uопт. - входное напряжение, соответствующее максимальной (оптимальной) мощности БФ. 3 ил.