RU207387U1 - Intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources - Google Patents

Intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources Download PDF

Info

Publication number
RU207387U1
RU207387U1 RU2021120400U RU2021120400U RU207387U1 RU 207387 U1 RU207387 U1 RU 207387U1 RU 2021120400 U RU2021120400 U RU 2021120400U RU 2021120400 U RU2021120400 U RU 2021120400U RU 207387 U1 RU207387 U1 RU 207387U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
voltage
renewable energy
converter
power supply
Prior art date
Application number
RU2021120400U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Николаевич Кушнерёв
Original Assignee
Ооо "Мир"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ооо "Мир" filed Critical Ооо "Мир"
Priority to RU2021120400U priority Critical patent/RU207387U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU207387U1 publication Critical patent/RU207387U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66Regulating electric power
    • G05F1/67Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к преобразовательной технике и может использоваться для эффективного отбора мощности с солнечных панелей, преобразования и передачи полученной энергии в промышленную сеть и нагрузку потребителя. Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенного устройства, является увеличение получаемой от блока солнечных панелей энергии при частичном затенении за счет определения всех зон локальных максимумов на ВАХ блока панелей и отбор мощности в точке истинного максимума. Технический результат достигается за счет того, что интеллектуальное устройство гарантированного электропитания на основе возобновляемых источников энергии состоит из блока солнечных панелей, DC/DC преобразователя напряжения, шины постоянного тока, обратимого инвертора, LC-фильтра, фильтра радиопомех, управляемого коммутатора сети, блока управления DC/DC преобразователем напряжения, блока управления обратимым инвертором, микропроцессорного блока управления и коммутации. Интеллектуальное устройство гарантированного электропитания на основе возобновляемых источников энергии также содержит блоки датчиков тока и напряжения на блоке солнечных панелей, на шине постоянного тока, на выходе преобразователя, на нагрузке и в сети. Блок управления DC/DC преобразователем напряжения выполнен с функцией слежения за всеми локальными максимумами на ВАХ блока панелей. Кроме того, интеллектуальное устройство может дополнительно содержать аккумуляторную батарею, блок суперконденсаторов и дополнительный возобновляемый источник энергии (ВИЭ), а также DC/DC преобразователи напряжения для заряда/разряда аккумуляторной батареи, блока суперконденсаторов и возобновляемого источника энергии (ВИЭ). Также интеллектуальное устройство содержит блок управления аккумуляторной батареей, блоком суперконденсаторов и дополнительным ВИЭ. 4 з.п. ф-лы. 7 ил.The utility model relates to conversion equipment and can be used for efficient power take-off from solar panels, conversion and transmission of the received energy to the industrial network and consumer load. The technical result achieved when using the proposed device is to increase the energy received from the solar panel unit with partial shading due to the determination of all zones of local maxima on the I – V characteristic of the panel unit and power take-off at the point of the true maximum. The technical result is achieved due to the fact that an intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources consists of a solar panel unit, a DC / DC voltage converter, a DC bus, a reversible inverter, an LC filter, an RFI filter, a controlled network switch, a DC control unit. / DC voltage converter, reversible inverter control unit, microprocessor control and commutation unit. The smart, renewable energy-assured power supply also contains current and voltage sensor blocks on the solar panel, on the DC bus, at the output of the converter, on the load and on the grid. The DC / DC voltage converter control unit is designed with the function of tracking all local maxima on the I - V characteristic of the panel unit. In addition, the smart device may additionally contain a storage battery, a supercapacitor unit and an additional renewable energy source (RES), as well as DC / DC voltage converters for charging / discharging a storage battery, a supercapacitor unit and a renewable energy source (RES). The smart device also contains a battery control unit, a supercapacitor unit and additional renewable energy sources. 4 c.p. f-ly. 7 ill.

Description

Полезная модель относится к преобразовательной технике и может использоваться для эффективного отбора мощности с солнечных панелей, преобразования и передачи полученной энергии в промышленную сеть и нагрузку потребителя. Также возможно получение энергии от дополнительного источника ВИЭ, зарядка энергией, полученной от ВИЭ или сети, аккумуляторных батарей и суперконденсаторов с дальнейшим преобразованием при необходимости в переменное напряжение промышленной частоты для обеспечения нагрузки потребителя гарантированным бесперебойным электропитанием.The utility model relates to converter technology and can be used for efficient power take-off from solar panels, conversion and transmission of the received energy to the industrial network and consumer load. It is also possible to obtain energy from an additional source of renewable energy sources, charging with energy obtained from renewable energy sources or the network, storage batteries and supercapacitors with further conversion, if necessary, into alternating voltage of industrial frequency to provide the consumer's load with guaranteed uninterrupted power supply.

Известно устройство на солнечных батареях, содержащее солнечный модуль, первый DC-DC преобразователь, аккумуляторную батарею, второй DC-DC преобразователь, контроллер и нагрузку (Патент РФ на изобретение №2503120 «Устройство на солнечных батареях», МПК H02M 3/156). A solar-powered device containing a solar module, a first DC-DC converter, a storage battery, a second DC-DC converter, a controller and a load is known (RF patent for invention No. 2503120 "Solar-powered device", IPC H02M 3/156).

Недостатками данного устройства являются: The disadvantages of this device are:

1. невозможность отслеживать несколько локальных точек максимальной мощности на ВАХ блока панелей;1. inability to track several local points of maximum power on the I - V characteristic of the panel block;

2. отсутствие связи с промышленной сетью с целью обеспечить заряд аккумуляторной батареи при плохих погодных условиях, отсутствие возможности отдавать энергию в сеть.2. lack of communication with the industrial network in order to ensure the battery charge in bad weather conditions, the inability to supply energy to the network.

Известна энергоустановка, содержащая батареи солнечных элементов, накопители энергии, DC/DC преобразователь напряжения, DC/AC преобразователь напряжения, автоматические выключатели (Патент РФ на изобретение №2397593 «Энергоустановка и способ её управления», МПК H02J 7/35, H01L 31/00).Known power plant containing solar cell batteries, energy storage, DC / DC voltage converter, DC / AC voltage converter, circuit breakers (RF patent for invention No. 2397593 "Power plant and its control method", IPC H02J 7/35, H01L 31/00 ).

Недостатками данного устройства являются: The disadvantages of this device are:

1. отсутствие возможности отдавать энергию, получаемую с солнечных панелей, в промышленную сеть;1. inability to transfer energy received from solar panels to the industrial network;

2. отсутствие возможности зарядить от промышленной сети аккумуляторную батарею, при отсутствии энергии с солнечных панелей.2. inability to charge a storage battery from an industrial network, in the absence of energy from solar panels.

Известно устройство и метод отслеживания точки максимальной мощности для инвертора при использовании солнечных панелей, состоящее из солнечных панелей, инвертора, системного контроллера и нагрузки (Патент US 7158395 B2 «Method and apparatus for tracking maximum power point for inverters, for example, in photovoltaic applications », МПК H02M 7/44).A device and method for tracking the maximum power point for inverters, for example, in photovoltaic applications " , IPC H02M 7/44).

Недостатками данного устройства являются: The disadvantages of this device are:

1. отслеживание классического максимума на ВАХ блока панелей и его дрейфа при изменении температуры и равномерном изменении освещенности. Не отслеживание нескольких локальных максимумов на ВАХ блока панелей при частичном затенении, как следствие - неэффективный отбор мощности с блока солнечных панелей при частичном затенении;1. Tracking the classic maximum on the I - V characteristic of the panel unit and its drift when the temperature changes and the illumination changes uniformly. Not tracking several local maxima on the I - V characteristic of the panel unit with partial shading, as a result - ineffective power take-off from the solar panel unit with partial shading;

2. не возможность использовать данное устройство как резервный источник питания при исчезновении напряжения сети.2. inability to use this device as a backup power source in the event of a power failure.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому решению является система преобразования энергии с отслеживанием точки максимальной мощности, состоящая из блока отслеживания точки максимальной мощности (MPPT), шины постоянного тока, преобразователя мощности, контроллера преобразователя (Патент US 20130027997 A1 «Maximum power point tracking for power conversion system and method thereof», МПК H02M 7/44).The closest in technical essence to the claimed solution is an energy conversion system with tracking the maximum power point, consisting of a maximum power point tracking unit (MPPT), a DC bus, a power converter, a converter controller (Patent US 20130027997 A1 "Maximum power point tracking for power conversion system and method thereof ", IPC H02M 7/44).

Недостатками данного устройства являются: The disadvantages of this device are:

1. отслеживание классического максимума на ВАХ блока панелей и его дрейфа при изменении температуры и равномерном изменении освещенности. Не отслеживание нескольких локальных максимумов на ВАХ блока панелей при частичном затенении, вследствие чего - недобор мощности с блока солнечных панелей при частичном затенении;1. Tracking the classic maximum on the I - V characteristic of the panel unit and its drift when the temperature changes and the illumination changes uniformly. Not tracking several local maxima on the I - V characteristic of the panel unit with partial shading, as a result of which there is a shortage of power from the solar panel unit with partial shading;

2. отсутствие накопителя энергии (аккумуляторной батареи или супер конденсатора), а, следовательно, невозможность питать нагрузку данной системой при пропадании напряжения сети или при низкой выработке энергии солнечными панелями.2. the absence of an energy storage device (battery or super capacitor), and, consequently, the inability to supply the load with this system in the event of a power outage or with low energy production by solar panels.

Технической проблемой заявленной полезной модели является определение всех зон локальных максимумов на ВАХ блока панелей, в том числе при частичном затенении, и отслеживание истинной точки максимальной мощности при реальных условиях эксплуатации; транслирование полученной энергии в сеть и нагрузку, а также заряд накопителя электроэнергии от блока солнечных панелей, от сети или иного возобновляемого источника энергии. В результате чего повышается эффективность отбора мощности с блока солнечных панелей при частичном затенении, повышается надежность обеспечения электропитанием потребителя электроэнергии.The technical problem of the claimed utility model is the determination of all zones of local maxima on the I – V characteristic of a block of panels, including with partial shading, and tracking the true point of maximum power under real operating conditions; transmission of the received energy to the network and load, as well as the charge of the energy storage unit from the solar panel unit, from the network or other renewable energy source. As a result, the efficiency of power take-off from the solar panel unit with partial shading is increased, and the reliability of power supply to the consumer of electricity is increased.

Техническая проблема решается за счет того, что в интеллектуальном устройстве гарантированного электропитания на основе возобновляемых источников энергии, состоящем из блока солнечных панелей, блока датчиков тока и напряжения блока солнечных панелей, DC/DC преобразователя напряжения, шины постоянного тока, блока датчиков тока и напряжения шины постоянного тока, обратимого инвертора, LC-фильтра, блока датчиков тока и напряжения на выходе преобразователя, фильтра радиопомех, блока датчиков тока и напряжения на нагрузке, нагрузки, управляемого коммутатора сети, блока датчиков тока и напряжения сети, сети, блока управления DC/DC преобразователем напряжения с функцией слежения за всеми локальными максимумами на ВАХ блока панелей, блока управления обратимым инвертором, микропроцессорного блока управления и коммутации, двунаправленного DC/DC преобразователя напряжения для заряда/разряда аккумуляторной батареи, аккумуляторной батареи, двунаправленного DC/DC преобразователя напряжения для заряда/разряда блока суперконденсаторов, блока суперконденсаторов, возобновляемого источника энергии (ВИЭ), DC/DC преобразователя напряжения ВИЭ к напряжению шины постоянного тока, блока управления АБ, БСК, дополнительным ВИЭ. The technical problem is solved due to the fact that in a smart device of guaranteed power supply based on renewable energy sources, consisting of a solar panel unit, a unit of current and voltage sensors of a solar panel unit, a DC / DC voltage converter, a DC bus, a unit of current and voltage sensors DC current, reversible inverter, LC filter, block of current and voltage sensors at the output of the converter, radio interference filter, block of current and voltage sensors on the load, load, controlled network switch, block of current and voltage sensors, network, DC / DC control unit voltage converter with the function of tracking all local maxima on the I - V characteristic of the panel unit, control unit of a reversible inverter, microprocessor control and switching unit, bi-directional DC / DC voltage converter for charging / discharging a battery, a battery, bi-directional DC / DC voltage converter for charging a / discharge of a supercapacitor block, a supercapacitor block, a renewable energy source (RES), a DC / DC voltage converter of a renewable energy source to a DC bus voltage, a control unit for AB, BSK, additional RES.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенного устройства, является увеличение получаемой от блока солнечных панелей энергии при частичном затенении за счет определения всех зон локальных максимумов на ВАХ блока панелей и отбор мощности в точке истинного максимума. The technical result achieved when using the proposed device is to increase the energy received from the solar panel unit with partial shading due to the determination of all zones of local maxima on the I – V characteristic of the panel unit and power take-off at the point of the true maximum.

Повышение гибкости и функциональности энергосистемы потребителя, построенной на данном преобразователе. Increasing the flexibility and functionality of the consumer's power system based on this converter.

Устройство гарантированного электропитания может выступать как источник микрогенерации, полученной от ВИЭ энергии в сеть; как источник питания от ВИЭ нагрузки потребителя; как гарантированный источник электропитания потребителя при пропадании энергии от сети. A guaranteed power supply device can act as a source of microgeneration from renewable energy sources to the grid; as a power source from renewable energy sources of the consumer's load; as a guaranteed source of power supply for the consumer in case of power failure from the network.

Увеличение надежности гарантированного электропитания потребителя происходит, в том числе, за счет использования накопителей энергии, которые получают по заданному алгоритму энергию от солнечных панелей, сети или иного ВИЭ, а при пропадании напряжения сети, уменьшении получаемой энергии от солнечных панелей или иного ВИЭ - обеспечивают бесперебойное питание потребителя, за счет подмешивания энергии с накопителя к энергии, получаемой от солнечных панелей или иного ВИЭ на общей шине постоянного тока, с дальнейшим преобразованием в переменное напряжение и питанием нагрузки потребителя.The increase in the reliability of the guaranteed power supply of the consumer occurs, inter alia, through the use of energy storage devices, which receive energy from solar panels, a network or other renewable energy sources according to a given algorithm, and in the event of a network voltage failure, a decrease in the received energy from solar panels or other renewable energy sources, they provide uninterrupted powering the consumer, by mixing energy from the storage device with the energy received from solar panels or other renewable energy sources on a common DC bus, with further conversion into alternating voltage and powering the consumer's load.

Заявленное решение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлена структурная схема интеллектуального устройства гарантированного электропитания.The claimed solution is illustrated by graphic materials, where in Fig. 1 shows a block diagram of an intelligent device of guaranteed power supply.

На схеме показано: блок солнечных панелей (1), блок датчиков тока и напряжения блока солнечных панелей (2), DC/DC преобразователь напряжения (3), шина постоянного тока (4), блок датчиков тока и напряжения шины постоянного тока (5), обратимый инвертор (6), LC-фильтр (7), блок датчиков тока и напряжения на выходе преобразователя (8), фильтр радиопомех (9), блок датчиков тока и напряжения на нагрузке (10), нагрузка (11), управляемый коммутатор сети (12), блок датчиков тока и напряжения сети (13), сеть (14), блок управления DC/DC преобразователем напряжения с функцией слежения за всеми локальными максимумами на ВАХ блока панелей (15), блок управления обратимым инвертором (16), микропроцессорный блок управления и коммутации (17), двунаправленный DC/DC преобразователь напряжения для заряда/разряда аккумуляторной батареи (18), аккумуляторная батарея (АБ) (19), двунаправленный DC/DC преобразователь напряжения для заряда/разряда блока суперконденсаторов (20), блок суперконденсаторов (БСК) (21), DC/DC преобразователь напряжения ВИЭ к напряжению шины постоянного тока (22), дополнительный возобновляемый источник энергии (ВИЭ) (23), блок управления АБ, БСК, дополнительным ВИЭ (24).The diagram shows: solar panel unit (1), solar panel unit current and voltage sensor unit (2), DC / DC voltage converter (3), DC bus (4), DC bus current and voltage sensor unit (5) , reversible inverter (6), LC filter (7), block of current and voltage sensors at the output of the converter (8), radio interference filter (9), block of current and voltage sensors on the load (10), load (11), controlled switch networks (12), a block of current and voltage sensors (13), a network (14), a control unit for a DC / DC voltage converter with the function of tracking all local maxima on the I - V characteristic of a panel unit (15), a control unit for a reversible inverter (16), microprocessor control and switching unit (17), bi-directional DC / DC voltage converter for charging / discharging the storage battery (18), storage battery (AB) (19), bi-directional DC / DC voltage converter for charging / discharging the supercapacitor unit (20), supercapacitor unit (BSK) (21), DC / DC voltage converter RES to DC bus voltage (22), additional renewable energy source (RES) (23), control unit AB, BSK, additional RES (24).

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Напряжение и ток с блока солнечных панелей (1) через блок датчиков тока и напряжения с солнечных панелей (2) поступает на DC/DC преобразователь напряжения (3). Информация о напряжении и токе с солнечных панелей поступает на блок управления DC/DC преобразователем напряжения с функцией слежения за всеми локальными максимумами на ВАХ блока панелей (15), в соответствии с заданным алгоритмом, блок формирует управляющие сигналы для работы DC/DC преобразователя, в результате чего, с солнечных панелей отбирается максимально возможная мощность при данной температуре, освещённости и частичном затенении панелей. Полученная электроэнергия поступает на шину постоянного тока (4). С шины постоянного тока через блок датчиков тока и напряжения шины постоянного тока напряжение и ток поступают на обратимый инвертор (6), который в режиме прямого преобразования преобразует постоянное напряжение и ток в переменные напряжение и ток, например с помощью широтно-импульсной модуляции. Далее силовой ШИМ сигнал поступает на вход LC-фильтра (7), после которого отфильтрованный сигнал низкой частоты сети поступает на вход блока датчиков тока и напряжения на выходе преобразователя (8). После чего сигнал поступает на вход фильтра радиопомех (9). Далее выходной ток и напряжения поступают на нагрузку (11) через блок датчиков тока и напряжения на нагрузке (10), а также в сеть (14) через управляемый коммутатор сети (12) и блок датчиков тока и напряжения сети (13). Управление обратимым инвертором осуществляет блок управления обратимым инвертором (16), к которому поступает информация о токе и напряжении на шине постоянного тока, а также на выходе преобразователя. Управление полной работой устройства осуществляет микропроцессорный блок управления и коммутации (17), к которому поступает информация от блока управления DC/DC преобразователем напряжения (15), блока управления инвертором (16), с блоков датчиков тока и напряжения на выходе преобразователя, на нагрузке и сети.The voltage and current from the solar panel unit (1) through the unit of current and voltage sensors from the solar panels (2) is fed to the DC / DC voltage converter (3). Information about voltage and current from solar panels is sent to the DC / DC control unit by a voltage converter with the function of tracking all local maxima on the I - V characteristic of the panel unit (15), in accordance with the specified algorithm, the unit generates control signals for the operation of the DC / DC converter, in As a result, the maximum possible power is taken from the solar panels at a given temperature, illumination and partial shading of the panels. The resulting electricity is fed to the DC bus (4). From the DC bus through the block of current and voltage sensors of the DC bus voltage and current are supplied to a reversible inverter (6), which in the direct conversion mode converts DC voltage and current into AC voltage and current, for example, using pulse width modulation. Further, the power PWM signal is fed to the input of the LC filter (7), after which the filtered low frequency signal of the network is fed to the input of the current and voltage sensors at the output of the converter (8). Then the signal goes to the input of the radio interference filter (9). Further, the output current and voltages are fed to the load (11) through the unit of current and voltage sensors on the load (10), as well as to the network (14) through the controlled network switch (12) and the unit of current and voltage sensors (13). The reversible inverter is controlled by the reversible inverter control unit (16), which receives information about the current and voltage on the DC bus, as well as at the output of the converter. The complete operation of the device is controlled by a microprocessor control and switching unit (17), which receives information from the DC / DC voltage converter control unit (15), the inverter control unit (16), from the units of current and voltage sensors at the converter output, on the load and networks.

Также возможно наличие в системе аккумуляторной батареи (19) и блока двунаправленного DC/DC преобразователя напряжения для заряда/разряда аккумуляторной батареи (18).It is also possible that the system contains a storage battery (19) and a bi-directional DC / DC voltage converter unit for charging / discharging the storage battery (18).

Также возможно наличие в системе блока суперконденсаторов (БСК) (21) и двунаправленного DC/DC преобразователя напряжения для заряда/разряда блока суперконденсаторов (20).It is also possible that the system contains a supercapacitor unit (SCC) (21) and a bidirectional DC / DC voltage converter for charging / discharging the supercapacitor unit (20).

Также возможно наличие в системе как минимум одного дополнительного возобновляемого источника энергии (ВИЭ) (23) и DC/DC преобразователя напряжения ВИЭ к напряжению шины постоянного тока (22). It is also possible that the system contains at least one additional renewable energy source (RES) (23) and a DC / DC voltage converter of RES to the DC bus voltage (22).

При в ведении в систему АБ, БСК или дополнительного ВИЭ - система гарантированного электропитания содержит блок управления АБ, БСК и дополнительным ВИЭ (24).When administered to the AB, BSC or additional RES system, the guaranteed power supply system contains a control unit for AB, BSC and additional RES (24).

Рассмотрим варианты работы устройства при различных конфигурациях.Let's consider the options for the device operation in various configurations.

1. Без АБ, БСК и дополнительного ВИЭ.1. Without AB, BSC and additional renewable energy sources.

Энергия с солнечных панелей отбирается в точке максимальной мощности и преобразуется в переменное напряжение сети. Далее микроконтроллер анализирует ток и напряжение на нагрузке и сети. Если энергии получаемой от солнечных панелей достаточно для питания нагрузки преобразователь отключает сеть от нагрузки и питание происходит только от солнечных панелей. Если нагрузка потребляет меньше, чем вырабатывает блок солнечных панелей (БСП), то преобразователь направляет часть энергии полученной от БСП нагрузке, а часть в сеть. Если энергия, потребляемая нагрузкой, превосходит энергию, вырабатываемую БСП, то преобразователь отдает всю энергию, полученную от БСП в нагрузку, а недостающую энергию для нагрузки потребляет от сети. При отсутствии нагрузки, вся энергия, получаемая от БСП, поступает в сеть.Energy from solar panels is taken at the point of maximum power and converted into alternating voltage. Next, the microcontroller analyzes the current and voltage across the load and network. If the energy received from the solar panels is sufficient to power the load, the converter disconnects the network from the load and the power is supplied only from the solar panels. If the load consumes less than the solar panel unit (BSP) generates, then the converter directs part of the energy received from the BSP to the load, and part to the network. If the energy consumed by the load exceeds the energy generated by the BSP, then the converter gives all the energy received from the BSP to the load, and consumes the remaining energy for the load from the network. In the absence of a load, all the energy received from the BSP goes to the grid.

2. С АБ и (или) БСК.2. With AB and (or) BSK.

При наличии в системе АБ и (или) БСК общий алгоритм работы, описанный выше, не меняется, однако появляются дополнительные варианты работы системы. При наличии энергии от БСП и частичном ее расходовании на нагрузку, остальная энергия идет на зарядку АБ и (или) БСК. После их полного заряда энергия идет в сеть. При пропадании напряжения сети микроконтроллер управления и коммутации отключает сеть от системы и нагрузки, и питание нагрузки потребителя идет от БСП. При недостатке энергии получаемой от БСП на шину постоянного тока поступает запасенная энергия от АБ и (или) БСК, которая далее преобразуется в переменное напряжение промышленной частоты для питания нагрузки потребителя. Если энергии получаемой от БСП недостаточно для нагрузки и поддержания заряда АБ и (или) БСК в заряженном состоянии в определенном интервале времени, то по заданному алгоритму (например, в ночное время) инвертор работает в обратном режиме - заряжая шину постоянного тока от промышленной сети, а далее преобразователи напряжения заряжают АБ и БСК до заданного уровня.In the presence of AB and (or) BSC in the system, the general operation algorithm described above does not change, however, additional options for the system operation appear. In the presence of energy from the BSP and its partial consumption for the load, the rest of the energy goes to charging the AB and (or) the BSC. After they are fully charged, the energy goes to the network. In the event of a mains voltage failure, the control and commutation microcontroller disconnects the network from the system and the load, and the consumer's load is supplied from the BSP. With a lack of energy received from the BSP, the stored energy from the AB and (or) the BSC is supplied to the DC bus, which is then converted into an AC voltage of industrial frequency to power the consumer's load. If the energy received from the BSP is not enough to load and maintain the charge of the AB and (or) the BSC in a charged state in a certain time interval, then according to a given algorithm (for example, at night) the inverter works in the reverse mode - charging the DC bus from the industrial network, and then the voltage converters charge AB and BSC to a given level.

3. Введение в устройство дополнительного источника ВИЭ.3. Introduction of an additional source of renewable energy sources into the device.

Дополнительный источник ВИЭ через преобразователь своего напряжения к напряжению шины постоянного тока подключается к шине постоянного тока и обеспечивает ее работу в двух возможных описанных выше вариантах (с накопителями энергии и без них). В зависимости от рода дополнительного ВИЭ блок управления АБ, БСК и дополнительным ВИЭ осуществляет управление энергией от дополнительного ВИЭ, а также от АБ и БСК. Данный блок также соединен с микроконтроллерным блоком управления и коммутации для программирования и управления системой в целом. В зависимости от рода дополнительного ВИЭ можно программно выставить приоритет питания нагрузки и заряда АБ и БСК от сети или дополнительного ВИЭ, в том числе с учетом ночной тарификации электроэнергии из сети.An additional source of RES through a converter of its voltage to the voltage of the DC bus is connected to the DC bus and ensures its operation in the two possible variants described above (with and without energy storage devices). Depending on the type of additional RES, the control unit for AB, BSC and additional RES manages energy from the additional RES, as well as from AB and BSC. This unit is also connected to a microcontroller control and commutation unit for programming and controlling the system as a whole. Depending on the type of additional RES, you can programmatically set the priority for powering the load and charging the AB and BSC from the network or additional RES, including taking into account the night tariffication of electricity from the network.

Рассмотрим работу блока солнечных панелей при различных условиях эксплуатации. На фиг. 2 представлено семейство вольтамперных характеристик солнечной панели в зависимости от температуры и изменения равномерной освещённости панели. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) имеет классический вид: на начальном этапе идет линейный рост мощности с увеличением напряжения, далее достигается экстремум, после которого идет спад получаемой мощности с ростом напряжения на солнечной панели. Видим, что на ВАХ панели в данном случае присутствует только один экстремум, который при изменении температуры и равномерном изменении излучения дрейфует по ВАХ в ограниченной области. Consider the operation of a solar panel unit under various operating conditions. FIG. 2 shows a family of volt-ampere characteristics of a solar panel depending on temperature and changes in the uniform illumination of the panel. The current-voltage characteristic (CVC) has a classic form: at the initial stage, there is a linear increase in power with an increase in voltage, then an extremum is reached, after which there is a decrease in the received power with an increase in the voltage on the solar panel. We see that in this case, there is only one extremum on the I – V characteristic of the panel, which, with a change in temperature and a uniform change in radiation, drifts along the I – V characteristic in a limited region.

При росте температуры напряжение в точке максимальной мощности падает. Экстремум функции мощности на ВАХ смещается вниз и влево. При понижении температуры: напряжение растет в точке экстремума, точка максимальной мощности смещается по ВАХ вверх и вправо. При уменьшении равномерной освещенности панели ток в точке максимальной мощности падает, и экстремум мощности смещается вниз. При увеличении равномерной освещенности панели, растет ток, следовательно, точка максимальной мощности смещается вверх. As the temperature rises, the voltage at the point of maximum power drops. The extremum of the power function on the I – V characteristic is shifted down and to the left. With a decrease in temperature: the voltage rises at the extremum point, the maximum power point shifts up and to the right along the I - V characteristic. With a decrease in the uniform illumination of the panel, the current at the point of maximum power decreases, and the power extremum shifts downward. With an increase in the uniform illumination of the panel, the current increases, therefore, the point of maximum power shifts up.

Известны различные алгоритмы отслеживания точки максимальной мощности. Например, возмущения и наблюдения или метод возрастающей проводимости. Суть метода возмущения и наблюдения показана на фиг. 3. Измеряется напряжение и ток на блоке солнечных панелей (БСП). Вычисляется мощность Р0. Далее изменяется выходное напряжение БСП посредством управления преобразователем (положительное приращение по напряжению). Измеряются ток и напряжение. В результате появляется точка мощности Р1. Сравнивается Р1 и Р0, если Р1 больше, то приращение по напряжению остается и далее происходит следующий шаг. Увеличивается напряжение на блоке панелей. Измеряется ток. Вычисляется мощность Р2. Далее также Р3 и Р4. Если новая мощность ниже предыдущей, то знак приращения изменяется. Также существуют адаптивные алгоритмы, у которых шаг приращения не постоянный, а изменяется, в зависимости от приближения к экстремуму. Шаг уменьшается в районе экстремума для уменьшения пульсаций снимаемой мощности с блока солнечных панелей. Various algorithms for tracking the maximum power point are known. For example, disturbances and observations or the method of increasing conductivity. The essence of the perturbation and observation method is shown in Fig. 3. The voltage and current are measured on the solar panel unit (BSP). The power P0 is calculated. Next, the output voltage of the BSP is changed by controlling the converter (positive voltage increment). Current and voltage are measured. The result is a power point P1. P1 and P0 are compared, if P1 is greater, then the voltage increment remains and then the next step takes place. The voltage on the panel assembly increases. The current is measured. The power P2 is calculated. Further also P3 and P4. If the new power is lower than the previous one, then the sign of the increment changes. There are also adaptive algorithms in which the increment step is not constant, but changes, depending on the approach to the extremum. The step decreases in the region of the extremum to reduce the ripple of the power taken from the solar panel unit.

В результате имеем, при плавном изменении температуры и равномерном изменении освещенности панели классический алгоритм поиска точки максимальной мощности отслеживает как экстремум дрейфует по ВАХ солнечной панели в заданной области, в принципе не исследуя, что происходит во всем диапазоне работы блока солнечных панелей. Один раз, найдя максимум – он его и отслеживает.As a result, we have, with a smooth change in temperature and a uniform change in the panel illumination, the classical algorithm for finding the maximum power point tracks how the extremum drifts along the I - V characteristic of the solar panel in a given area, in principle, without examining what is happening in the entire range of operation of the solar panel unit. Once, having found the maximum, he tracks it.

Исследования и практика использования блоков солнечных панелей соединенных параллельно, последовательно или параллельно последовательно показали появление в ВАХ блока панелей нескольких локальных максимумов при частичном затенении части панелей из всего блока. Research and practice of using solar panel blocks connected in parallel, in series or in parallel in series have shown the appearance in the I - V characteristic of a block of panels of several local maxima with partial shading of a part of the panels from the entire block.

Для примера рассмотрим последовательное соединение шести солнечных панелей. Напряжение точки максимальной мощности каждой панели при нормальных условиях и стандартном уровне освещенности 33 В, ток 8 А. На фиг. 4 видим ВАХ блока из шести последовательно соединенных солнечных панелей при равномерной освещённости. На рисунке видим один экстремум на уровне 198 В, мощность 1500 Вт. При затенении трех из шести панелей, возникает ситуация, когда рабочий ток затененных панелей не более 1 А, а рабочий ток незатененных панелей 8 А. Но т.к. затененные и не затененные панели соединены последовательно, то ВАХ блока панелей будет иметь два экстремумами (фиг. 5). For example, consider daisy chaining six solar panels. The maximum power point voltage of each panel under normal conditions and a standard illumination level of 33 V, the current is 8 A. FIG. 4 we see the I - V characteristic of a block of six solar panels connected in series with uniform illumination. In the figure, we see one extreme at 198 V, power 1500 W. When shading three of the six panels, a situation arises when the operating current of the shaded panels is not more than 1 A, and the operating current of the unshaded panels is 8 A. if shaded and non-shaded panels are connected in series, the I – V characteristic of the panel block will have two extrema (Fig. 5).

На фиг. 5 видим, что экстремум, соответствующий напряжению 198 В, фактически ушел вниз и находится на уровне 200 Вт. При этом левее его на ВАХ появился новый максимум на уровне напряжения 100 В и мощности 750 Вт. Физически смысл первого экстремума на уровне напряжения 198 В заключается в том, что ток затененных участков протекает по всем шести панелям, в результате общая мощность равна 200 Вт. Физический смысл второго экстремума на уровне 100 В заключается в том, что при протекании тока равного току незатененных панелей, затененные панели шунтируются запирающими диодами панелей, в результате напряжение блока панелей уменьшается до напряжения суммы незатененных панелей, при этом мощность составляет 750 Вт.FIG. 5 we see that the extremum corresponding to the voltage of 198 V actually went down and is at the level of 200 W. At the same time, to the left of it, a new maximum appeared on the I - V characteristic at the voltage level of 100 V and power of 750 W. The physical sense of the first extremum at 198 V is that the shaded area current flows through all six panels, resulting in a total power of 200 W. The physical meaning of the second extremum at the level of 100 V is that when a current flows equal to the current of the unshaded panels, the shaded panels are shunted by the locking diodes of the panels, as a result, the voltage of the panel block is reduced to the voltage of the sum of the unshaded panels, while the power is 750 W.

Классический алгоритм поиска точки максимальной мощности настроившись на один максимум при равномерном освещении (точка А, фиг. 6), будет дрейфовать с ним вниз (точка Б, фиг. 6) при частичном затенении панелей. И не отследит появление нового максимума (точка С, фиг. 6). Соответственно устройство будет работать неэффективно, и отбирать мощность в разы меньшую, чем это возможно с блока солнечных панелей.The classical algorithm for finding the maximum power point, having tuned to one maximum under uniform illumination (point A, Fig. 6), will drift downward with it (point B, Fig. 6) with partial shading of the panels. And it will not track the emergence of a new maximum (point C, Fig. 6). Accordingly, the device will work ineffectively, and take away power several times less than is possible from the solar panel unit.

Для решения данной проблемы в заявленном устройстве предусмотрен блок управления DC/DC преобразователем напряжения с функцией слежения за всеми локальными максимумами на ВАХ блока панелей, который обеспечивает отбор мощности с истинного максимума на данный момент времени. Один из возможных вариантов реализаций данной функции следующий. Блок управления DC/DC преобразователем напряжения делит входной диапазон напряжений на N отсчетов по напряжению (см. фиг. 7). Диапазон начинается на уровне минимального напряжения одной панели, и заканчивается на уровне максимального суммарного напряжения включенных в блок панелей. Далее для каждой точки измеряется ток и высчитывается мощность (Р1, Р2…РN-1, РN). В результате данной операции микроконтроллер «узнает» зоны всех локальных максимумов. И далее выбрав максимальное значение на данный момент времени, применяет адаптивный алгоритм поиска и слежения за точкой максимальной мощности, например метод возмущения и наблюдения. Далее через определенное установленное время блок управления отключает алгоритм возмущения и наблюдения. Проходит по всем N отсчетам входного напряжения, измеряет N мощностей. И принимает решение, не появился ли на ВАХ блока панелей новый максимум, превышающий тот, на котором работал преобразователь в последний интервал времени. Если нет, то блок управления включает метод возмущения и наблюдения в старой точке максимальной мощности. Если найден новый интервал с максимумом, то поиск максимальной мощности по классическому алгоритму ведется в новом диапазоне. To solve this problem, the claimed device provides a DC / DC voltage converter control unit with the function of tracking all local maxima on the I – V characteristic of the panel unit, which provides power take-off from the true maximum at a given time. One of the possible implementations of this function is as follows. The DC / DC voltage converter control unit divides the input voltage range into N voltage samples (see Fig. 7). The range starts at the level of the minimum voltage of one panel, and ends at the level of the maximum total voltage of the panels included in the block. Further, for each point, the current is measured and the power is calculated (P 1 , P 2 ... P N-1 , P N ). As a result of this operation, the microcontroller "recognizes" the zones of all local maxima. And then, having selected the maximum value at a given moment in time, it applies an adaptive algorithm for searching and tracking the maximum power point, for example, the method of disturbance and observation. Then, after a certain set time, the control unit turns off the disturbance and observation algorithm. It passes through all N samples of the input voltage, measures N powers. And he decides whether a new maximum has appeared on the I - V characteristic of the panel block, exceeding the one at which the converter worked in the last time interval. If not, the control unit activates the disturbance and observation method at the old maximum power point. If a new interval with a maximum is found, then the search for the maximum power according to the classical algorithm is carried out in a new range.

Данный алгоритм работы позволяет отслеживать как изменение температуры, уменьшение равномерной освещенности панелей, так и частичное затенение панелей с появлением локальных максимумов. Оперативно настраиваясь на истинную точку максимальной мощности заявленный алгоритм, позволяет увеличить количество получаемой энергии от массива солнечных панелей при реальных условиях эксплуатации. Это имеет первостепенное значение как для систем автономного электропитания без сети, так и для систем с сетью, т.к. в конечном итоге влияет на количество полученной энергии от солнечных панелей и на окупаемость системы в целом.This algorithm of work allows you to monitor both temperature changes, a decrease in the uniform illumination of the panels, and partial shading of the panels with the appearance of local maxima. By quickly adjusting to the true point of maximum power, the declared algorithm allows you to increase the amount of energy received from the array of solar panels under real operating conditions. This is of paramount importance both for autonomous power supply systems without a network, and for systems with a network, because ultimately affects the amount of energy received from solar panels and the payback of the system as a whole.

Claims (5)

1. Интеллектуальное устройство гарантированного электропитания на основе возобновляемых источников энергии, состоящее из блока солнечных панелей, блока датчиков тока и напряжения блока солнечных панелей, DC/DC преобразователя напряжения, шины постоянного тока, инвертора, блока датчиков тока и напряжения на выходе преобразователя, блока управления DC/DC преобразователем напряжения c отслеживанием точки максимальной мощности на ВАХ блока панелей, блока управления инвертором, микроконтроллера управления и коммутации, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок датчиков тока и напряжения шины постоянного тока, LC-фильтр, фильтр радиопомех, блок датчиков тока и напряжения на нагрузке, при этом инвертор выполнен обратимым, а блок управления DC/DC преобразователем напряжения выполнен с функцией слежения за всеми локальными максимумами на ВАХ блока панелей.1. Intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources, consisting of a solar panel unit, a unit of current and voltage sensors of a solar panel unit, a DC / DC voltage converter, a DC bus, an inverter, a unit of current and voltage sensors at the output of the converter, a control unit DC / DC voltage converter with tracking of the maximum power point on the I-V characteristic of the panel unit, inverter control unit, control and commutation microcontroller, characterized in that it additionally includes a DC bus current and voltage sensor unit, an LC filter, a radio interference filter, a sensor unit current and voltage across the load, while the inverter is made reversible, and the control unit for the DC / DC voltage converter is made with the function of tracking all local maxima on the I - V characteristic of the panel unit. 2. Интеллектуальное устройство гарантированного электропитания на основе возобновляемых источников энергии по п. 1, отличающееся тем, что в него введены двунаправленный DC/DC преобразователь напряжения для заряда/разряда аккумуляторной батареи, аккумуляторная батарея (АБ).2. Intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources according to claim 1, characterized in that it includes a bi-directional DC / DC voltage converter for charging / discharging a storage battery, a storage battery (AB). 3. Интеллектуальное устройство гарантированного электропитания на основе возобновляемых источников энергии по п. 1, отличающееся тем, что в него введены двунаправленный DC/DC преобразователь напряжения для заряда/разряда блока суперконденсаторов, блок суперконденсаторов (БСК).3. Intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources according to claim 1, characterized in that it includes a bi-directional DC / DC voltage converter for charging / discharging a supercapacitor unit, a supercapacitor unit (BSC). 4. Интеллектуальное устройство гарантированного электропитания на основе возобновляемых источников энергии по п. 1, отличающееся тем, что в него введены дополнительный возобновляемый источник энергии (ВИЭ), DC/DC преобразователь напряжения ВИЭ к напряжению шины постоянного тока. 4. Intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources according to claim 1, characterized in that an additional renewable energy source (RES), DC / DC voltage converter of renewable energy sources to the DC bus voltage are introduced into it. 5. Интеллектуальное устройство гарантированного электропитания на основе возобновляемых источников энергии по п. 1, отличающееся тем, что в него введен блок управления АБ, БСК и дополнительным ВИЭ.5. Intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources according to claim 1, characterized in that it includes a control unit for AB, BSC and additional RES.
RU2021120400U 2021-07-12 2021-07-12 Intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources RU207387U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021120400U RU207387U1 (en) 2021-07-12 2021-07-12 Intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021120400U RU207387U1 (en) 2021-07-12 2021-07-12 Intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU207387U1 true RU207387U1 (en) 2021-10-26

Family

ID=78289910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021120400U RU207387U1 (en) 2021-07-12 2021-07-12 Intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU207387U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU219061U1 (en) * 2023-02-16 2023-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "СОЛНЕЧНЫЙ МИР" INTELLIGENT POWER SUPPLY DEVICE BASED ON SOLAR BATTERIES

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7158395B2 (en) * 2003-05-02 2007-01-02 Ballard Power Systems Corporation Method and apparatus for tracking maximum power point for inverters, for example, in photovoltaic applications
RU2397593C2 (en) * 2008-10-31 2010-08-20 Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" Power plant and its control method
RU2503120C2 (en) * 2007-07-27 2013-12-27 Американ Пауэр Конвершн Корпорейшн Device on solar batteries
US8982592B2 (en) * 2011-07-29 2015-03-17 General Electric Company Maximum power point tracking for power conversion system and method thereof
RU2692083C1 (en) * 2018-05-24 2019-06-21 Михаил Валерьевич Ероховец Power supply control device for residential houses, commercial and industrial facilities using network, auxiliary and renewable sources of electric energy and their combinations and method of intelligent control of connection of electric power sources

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7158395B2 (en) * 2003-05-02 2007-01-02 Ballard Power Systems Corporation Method and apparatus for tracking maximum power point for inverters, for example, in photovoltaic applications
RU2503120C2 (en) * 2007-07-27 2013-12-27 Американ Пауэр Конвершн Корпорейшн Device on solar batteries
RU2397593C2 (en) * 2008-10-31 2010-08-20 Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" Power plant and its control method
US8982592B2 (en) * 2011-07-29 2015-03-17 General Electric Company Maximum power point tracking for power conversion system and method thereof
RU2692083C1 (en) * 2018-05-24 2019-06-21 Михаил Валерьевич Ероховец Power supply control device for residential houses, commercial and industrial facilities using network, auxiliary and renewable sources of electric energy and their combinations and method of intelligent control of connection of electric power sources

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU219061U1 (en) * 2023-02-16 2023-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "СОЛНЕЧНЫЙ МИР" INTELLIGENT POWER SUPPLY DEVICE BASED ON SOLAR BATTERIES
RU2811080C1 (en) * 2023-02-16 2024-01-11 Общество с ограниченной ответственностью "СОЛНЕЧНЫЙ МИР" Power supply device based on photovoltaic panels

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9502904B2 (en) Power conversion system and method providing maximum efficiency of power conversion for a photovoltaic system, and photovoltaic system employing a photovoltaic array and an energy storage device
US20040207366A1 (en) Multi-mode renewable power converter system
EP2424074A2 (en) Solar power generation system and method
CN109494793B (en) Lithium-capacitor-based photovoltaic graded energy storage system with primary frequency modulation function
CN102931683A (en) Wind-solar direct current microgrid grid-connection control method based on substation typical daily load curve
López-Lapeña Time-division multiplexing control of multi-input converters for low-power solar energy harvesters
Shavolkin et al. Improvement of the multifunctional converter of the photoelectric system with a storage battery for a local object with connection to a grid
KR20150106694A (en) Energy storage system and method for driving the same
Singh et al. Power management in solar PV fed microgrid system with battery support
Bajaj et al. Designing of a solar energy based single phase dynamic voltage restorer using fuzzy logic controlled novel boost inverter
Dedé et al. A smart PV module with integrated electrical storage for smart grid applications
Jing et al. Smart hybrid energy storage for stand-alone PV microgrid: Optimization of battery lifespan through dynamic power allocation
Eid et al. Improving the resiliency of a pv standalone system under variable solar radiation and load profile
RU207387U1 (en) Intelligent device of guaranteed power supply based on renewable energy sources
CN109274281B (en) Suppression system and suppression method for low-frequency input pulsating current of photovoltaic grid-connected inverter
Liang et al. The bidirectional dc/dc converter operation mode control algorithm based on rbf neural network
Kanakasabapathy Multistring seven-level inverter for standalone photovoltaic systems
Essakiappan et al. A utility scale battery energy storage system for intermittency mitigation in multilevel medium voltage photovoltaic system
Ramprabu et al. Energy Management System based on Interleaved Landsman Converter using Hybrid Energy Sources
RU2559025C2 (en) Independent direct-current power supply system
RU219061U1 (en) INTELLIGENT POWER SUPPLY DEVICE BASED ON SOLAR BATTERIES
Giri et al. Avoiding Power Clipping Losses by Inverter having High DC-to-AC Loading Ratio in Grid Connected Solar PV Plant Using Battery Energy Storage System
RU2811080C1 (en) Power supply device based on photovoltaic panels
Gawande et al. Design and development of cost-effective solar PV based DC microgrid for rural applications
Lueangamornsiri et al. Solar battery charger using a multi-stage converter