BR202013030730U2

BR202013030730U2 - Multifunctional system for the management of generation, consumption and storage of electricity

Info

Publication number: BR202013030730U2
Application number: BR202013030730U
Authority: BR
Inventors: Luigi Junior Galotto
Original assignee: Wat Consultoria Ltda Me
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2015-10-20

Abstract

resumo: sistema multifuncional para o gerenciamento de geração, consumo e armazenagem de energia elétrica. a patente de modelo de utilidade consiste em um equipamento que permite o gerenciamento de energia elétrica em uma instalação elétrica na baixa tensão com auxílio de um software dedicado em um computador central que permite a sua configuração e monitoramento através de uma rede de comunicação. este gerenciamento pode ser realizado da energia gerada, consumida e armazenada medido e atuando sobre os fluxos de potência. esse equipamento pode ser utilizado em paralelo para permitir aumento gradativo das potências ou para aumentar a confiabilidade do abastecimento de carga. cada unidade funciona de forma independente, mas podem ser programadas em conjunto por meio de um software em um computador, que monitora por meio de comunicação com a central da concessionária. ele é construído utilizando-se topologias e tecnologias conhecidas e dominadas, mas procura abranger em funcionalidades para múltiplas aplicações em que outros equipamentos não atendem sozinhos. devido a sua característica de gerenciamento de energia, foi dado o nome de psm (power supply manager) ou gerenciador de fontes de energia. quando instalados em paralelo em um rack psm, ele permite aumentar as capacidades totais e a confiabilidade das aplicações com paralelismo. os desenhos apresentados mostram os diagramas unifilares dos equipamentos similares no estado da arte, para permitir a comparação e compreensão com o equipamento proposto. o equipamento também consiste de um software dedicado que monitora e controla todas as unidades por meio de uma rede computadores. ao final, foram mostrados exemplos de aplicações futuras que atualmente são inexistentes e poderão ser alcançados tecnicamente com a adoção dos racks psm.Summary: Multifunctional system for managing generation, consumption and storage of electricity. The utility model patent consists of equipment that allows the management of electricity in a low voltage electrical installation with the aid of dedicated software on a central computer that allows its configuration and monitoring through a communication network. This management can be performed from the generated, consumed and stored energy measured and acting on the power flows. This equipment can be used in parallel to allow a gradual increase of power or to increase the reliability of the load supply. Each unit operates independently, but can be programmed together through software on a computer that monitors by communicating with the utility center. It is built using known and dominated topologies and technologies, but seeks to encompass functionality for multiple applications where other equipment does not meet alone. Due to its power management feature, it has been given the name of psm (power supply manager). when installed in parallel on a psm rack, it allows you to increase the total capacities and reliability of parallel applications. The drawings presented show the single-line diagrams of similar state-of-the-art equipment to allow comparison and understanding with the proposed equipment. The equipment also consists of dedicated software that monitors and controls all units through a computers network. In the end, examples of future applications that are currently non-existent and could be achieved technically with the adoption of psm racks were shown.

Description

“SISTEMA MULTIFUNCIONAL PARA O GERENCIAMENTO DE“MULTIFUNCTIONAL SYSTEM FOR THE MANAGEMENT OF

GERAÇÃO, CONSUMO E ARMAZENAGEM DE ENERGIA ELÉTRICA” A patente de modelo de utilidade consiste em um sistema que permite o gerenciamento de energia elétrica em uma instalação elétrica na baixa tensão com auxílio de um software dedicado em um computador central que permite a sua configuração e monitoramento através de uma rede de comunicação. Este gerenciamento pode ser realizado da energia gerada, consumida e armazenada medido e atuando sobre os fluxos de potência.ELECTRIC POWER GENERATION, CONSUMPTION AND STORAGE ”The utility model patent consists of a system that allows the management of electricity in a low voltage electrical installation with the aid of dedicated software on a central computer that allows its configuration and monitoring. through a communication network. This management can be performed from the generated, consumed and stored energy measured and acting on the power flows.

Este equipamento possui características que permitem realizas as funções de: UPS (Uninterruptible Power Supply) On-line ou Nobreak ou interativo, Medidor Eletrônico, Compensador Ativo de fator de potência, Controlador de demanda e Conversor para fontes renováveis CC (Solar, Eólica Retificada ou Fuel Cell, por exemplo). As topologias dos equipamentos que realizam tais funções atualmente podem ser representadas, em diagramas unifilares simplificados no estado da arte existentes, apresentado na figura 1a (UPS On-line/No- Break; UPS Interativo; Compensador Ativo; Inversor Solar Síncrono (Grid-Tied); Inversor Solar Multifuncional, Inversor Solar Isolado (Stand-Alone).This equipment has features that allow you to perform the functions of: Uninterruptible Power Supply (UPS) Online or Nobreak or Interactive, Electronic Meter, Active Power Factor Compensator, Demand Controller and DC Renewable Converter (Solar, Rectified Wind or Fuel Cell, for example). The topologies of the equipment currently performing such functions can be represented in existing simplified single-line diagrams shown in Figure 1a (Online UPS / UPS; Interactive UPS; Active Compensator; Synchronous Solar Inverter (Grid-Tied ); Multifunctional Solar Inverter, Stand-Alone Solar Inverter.

Com exceção dos medidores eletrônicos, que são constituídos apenas de sensores e circuitos de controles digitais todos os demais equipamentos de potência utilizam esquemas topológicos semelhantes. Os conversores CC/CA (corrente contínua/corrente alternada), chamados de inversores, sempre estão presentes em qualquer equipamento que reproduza uma saída em corrente alternada. Os CC/CC (corrente contínua/corrente contínua) são utilizados em carregadores de baterias ou no controle de potência de fontes de energia em corrente contínua. O UPS on-line (Tipo mais comum de nobreak encontrado no mercado) que está apresentado na Figura 1a também possui um conversor CA/CC que realmente se trata de um retifícador com fator de potência unitário para melhor desempenho. Em alguns casos, este CA/CC também pode ser outro inversor operando que permite a injeção de potência na rede, no entanto, o inversor é o componente mais caro o que impacta no custo.With the exception of electronic meters, which consist only of sensors and digital control circuits, all other power equipment uses similar topological schemes. DC / AC (DC / AC) converters, called inverters, are always present on any equipment that reproduces an AC output. DC / DC (direct current / direct current) is used in battery chargers or power control of direct current power sources. The online UPS (Most common type of UPS found in the market) that is shown in Figure 1a also has an AC / DC converter which is really a unitary power factor rectifier for better performance. In some cases, this AC / DC may also be another operating inverter that allows the injection of power into the grid, however, the inverter is the most expensive component which impacts the cost.

Por esta razão, quando é necessária a injeção de potência, o UPS interativo se tora a melhor opção, pois este permite alimentar a carga e controlar a potência injetada na rede por meio de uma indutância, utilizando o mesmo inversor.For this reason, when power injection is required, the interactive UPS becomes the best option because it allows the load to be fed and the power injected into the grid to be controlled by means of an inductance using the same inverter.

Esta alternativa só não é a mais utilizada, pois não garante a absoluta ausência de distúrbios na tensão para a carga elétrica. Porém ela garante a continuidade da alimentação e os distúrbios que podem surgir são tolerados pela maioria das cargas existentes. O compensador ativo pode ser feito com o mesmo conversor substituindo apenas as baterias por capacitores internos.This alternative alone is not the most used because it does not guarantee the absolute absence of voltage disturbances for the electric charge. But it ensures continuity of power and disturbances that may arise are tolerated by most existing loads. The active compensator can be made with the same converter by replacing only the batteries with internal capacitors.

Os conversores solares (ou outra fonte CC) que existam no mercado, também possuem topologias muito semelhantes. Os conversores mistos permitem operar como UPS interativo pelo fato de possuírem batería interna.Solar converters (or other DC sources) on the market also have very similar topologies. The mixed converters allow to operate as interactive UPS because they have internal battery.

Alguns modelos de UPS On-line ou interativos tem a capacidade de operar em paralelo entre eles, de modo a permitir o aumento da confiabilidade para o abastecimento de uma carga crítica e para permitir aumento gradativo da capacidade. Isto é possível através de diferentes métodos com níveis diferentes de complexidade e de comunicação o com desempenho diferente. Alguns funcionam através de um conversor mestre e os demais escravos. Outros possuem um controlador centralizado para todas as unidades. Existem também métodos para permitir que todas as unidades sejam independentes fazendo com que cada conversor emule um gerador síncrono. Este método mais simples é utilizado nos equipamentos apresentados por não limitar o número de unidades em paralelo e não aumentar o custo das instalações.Some Online or Interactive UPS models have the ability to operate in parallel with each other to enable increased reliability to supply a critical load and to allow gradual capacity increase. This is possible through different methods with different levels of complexity and communication or with different performance. Some work through a master converter and the other slaves. Others have a centralized controller for all units. There are also methods to allow all units to be independent by having each converter emulate a synchronous generator. This simpler method is used in the equipment presented by not limiting the number of units in parallel and not increasing the cost of installations.

Isto é visto como uma vantagem ainda que a velocidade de resposta ou o balanço de potência não sejam os melhores. A Figura 1b mostra um exemplo de um conjunto de UPS trabalhando em paralelo para alimentar a carga crítica/prioritária. O equipamento apresentado está ilustrado na figura 1c. O modelo mais próximo deste equipamento são os inversores solares multifuncionais. Apesar de poderem fazer em alguns casos, o papel da UPS interativo, eles não foram feitos para operar como UPS on-line ou em paralelismo. O equipamento permite todas essas opções de funcionamento e é construído utilizando topologias conhecidas de eletrônica de potência. Com esta capacidade este equipamento se torna um conversor adequado a diversas aplicações permitido a integração de múltiplas fontes, cargas e armazenadores de energia elétrica.This is seen as an advantage even though response speed or power balance are not optimal. Figure 1b shows an example of a set of UPS working in parallel to power the critical / priority load. The equipment shown is illustrated in figure 1c. The closest model of this equipment is the multifunctional solar inverters. Although they may in some cases play the role of interactive UPS, they are not meant to operate as UPS online or in parallel. The equipment allows all these operating options and is built using known topologies of power electronics. With this capacity this equipment becomes a converter suitable for various applications allowing the integration of multiple sources, loads and energy storage.

Cada unidade funciona de forma independente emulando como gerador síncrono, mas podem ser programadas em conjunto por meio de software dedicado através da comunicação por meio de uma rede de computadores com todas as unidades que se utilizem do protocolo TCP/IP.Each unit operates independently emulating as a synchronous generator, but can be programmed together through dedicated software by communicating over a computer network with all units using the TCP / IP protocol.

Para melhor entendimento do funcionamento do parelho, serão citados exemplos de aplicação na figura 1d (Como a UPS interativo em paralelismo); (Como a UPS On- line); (Como a UPS On-line em paralelismo);( Como gerador de fontes renováveis); (Como UPS de Aplicações Mistas). Todos os conversores citados anteriormente são desenhados em blocos com a sigla PSM (Power Supply Manager), que foi atribuída pela característica de gerenciador de fontes de energia. As conexões de potência foram chamadas de Crede, Ccarga e Cext para facilitar a compreensão.For a better understanding of the operation of the equipment, application examples will be cited in Figure 1d (How Interactive UPS in Parallelism); (Like UPS Online); (Like UPS Online in parallel); (As a generator of renewable sources); (Like Mixed Application UPS). All converters mentioned above are designed in blocks with the acronym PSM (Power Supply Manager), which has been assigned by the power source manager feature. The power connections were called Crede, Ccarga and Cext for ease of understanding.

Na Figura 1d é possível verificar-se que todas as opções, on-line ou interativo, com o sem paralelismo, podem ser reproduzidas. No caso do conversar on-line, duas unidades são necessárias, mas com aumento da capacidade e com a vantagem de poder operar on-line e interativo simultaneamente. No modo solar, esse conversor seria igual ao multifuncional, com diferencial da possibilidade de paralelismo.In Figure 1d it can be seen that all options, online or interactive, with no parallelism, can be reproduced. In the case of online chat, two units are required, but with increased capacity and the advantage of being able to operate online and interactive simultaneously. In solar mode, this converter would be the same as the multifunction converter, with differential of the possibility of parallelism.

Esse diferencial também permite o seu uso em aplicações mistas, onde a conexão Cext pode ser usada como batería adicional em algumas unidades ou com fonte de energia CC para outras unidades. A figura 1e finaliza as explicações mostrando as opções mostrando as opções futuras como controlador de demanda, corretor de fator de potência ativo ou medidor de energia elétrica. Um conjunto de unidades montadas em um rack denominado (Rack PSM) podería substituir os quadros de distribuição de energia elétrica nas edificações e o seu uso não estaria restrito a cargas prioritárias como UPS. A instalação deste rack fornece benefícios para os consumidores e para as concessionárias de energia elétrica.This differential also allows its use in mixed applications where the Cext connection can be used as an additional battery in some units or with DC power supply for other units. Figure 1e ends the explanations by showing the options by showing future options as demand controller, active power factor corrector or electric meter. A set of units mounted in a so-called rack (PSM Rack) could replace the electrical distribution boards in buildings and their use would not be restricted to priority loads like UPS. Installing this rack provides benefits for consumers and utilities.

Para as concessionárias, haverá garantia de uma carga com fator de potência unitária e com demandas controladas em função de tarifa. A figura 1e também se aplica em unidades consumidoras de maior porte, onde a tarifa horo- sazonal é utilizada para reduzir o consumo nos horários de ponta. Durante a ponta, é comum o uso de grupos geradores para substituir a rede, quando não é possível desligar a carga.For the concessionaires, there will be a guarantee of a load with unit power factor and with demand controlled by tariff. Figure 1e also applies to larger consumer units, where the seasonal tariff is used to reduce peak hour consumption. During the end, it is common to use generator sets to replace the network when it is not possible to turn off the load.

Com o Rack PSM seria possível se fazer o ajuste da demanda em função dos horários com o dimensionamento adequado de potências e de banco de baterias. Isso poderá se tornar mais vantajoso para os consumidores no futuro.With the PSM Rack it would be possible to adjust the demand according to the schedules with the proper power and battery bank sizing. This may become more beneficial for consumers in the future.

Para os consumidores a vantagem do melhor controle com os gastos de energia elétrica poderá ser ainda maior, com o advento dos carros elétricos e híbridos e com regulamentações para possibilitá-la a venda de energia elétrica para as concessionárias abatendo do valor consumido com tarifas diferenciadas. A correção de fator de potência também é um redutor de custos evitando a instalação de bancos de capacitores. A confiabilidade e a continuidade do fornecimento são vantagens adicionais desta instalação.For consumers, the advantage of better control over electricity costs may be even greater, with the advent of electric and hybrid cars and regulations to enable it to sell electricity to utilities by lowering the amount consumed with different tariffs. Power factor correction is also a cost reducer by avoiding the installation of capacitor banks. Reliability and supply continuity are additional advantages of this installation.

As concessionárias também poderão substituir em longo prazo o atual padrão por um rack PSM, sendo que ela teria a vantagem de controlar a demanda do cliente remotamente, fazendo leituras automáticas, detectando erros de calibração e inibindo fraudes (furto de energia, desvios etc). O Consumidor poderia ser proprietário apenas dos painéis e baterias externas. Assim, o custo total da instalação ficaria dividido.Dealers will also be able to replace the current standard with a PSM rack over the long term, and it would have the advantage of remotely controlling customer demand by taking automatic readings, detecting calibration errors and inhibiting fraud (power theft, deviations etc). The Consumer could own only external panels and batteries. Thus, the total cost of the installation would be divided.

Evidente que estas aplicações apresentadas dependem das viabilidades econômicas e de incentivos. As suas filosofias também tem sido discutidas em congressos técnicos da área. No entanto, equipamentos distintos são fornecidos em cada aplicação. O modelo de utilidade apresentado visa atender ao mercado atual com um produto que permitirá abrir novos mercados futuros onde os atuais disponíveis não atendem. REIVINDICAÇÕES:It is evident that these applications presented depend on economic and incentive viability. His philosophies have also been discussed at technical conferences in the field. However, separate equipment is provided in each application. The presented utility model aims to serve the current market with a product that will open new futures markets where current ones do not meet. CLAIMS:

Claims

1. The present utility model refers to a Multifunctional System for the management of generation, consumption and storage of electricity, which is characterized by a multifunctional equipment, called PSM, and a dedicated software that supervises and controls the equipment by through a computer network.

2. “PSM (Power Supply Manager) Multifunctional Equipment” is characterized by encompassing features of other similar equipment performing functions of: Uninterruptible power supply (UPS) or Online or Interactive UPS, Electronic Meter, Active Power Factor Compensator , Demand Controller and DC Converter (Direct Current).

3. “PSM Rack” is a set of parallel installed PSM equipment for increased reliability and scalability of supply.