RU158492U1 - CAPACITY-DISCHARGE DEVICE FOR CAPACITY ENERGY STORAGE - Google Patents
CAPACITY-DISCHARGE DEVICE FOR CAPACITY ENERGY STORAGE Download PDFInfo
- Publication number
- RU158492U1 RU158492U1 RU2015118763/07U RU2015118763U RU158492U1 RU 158492 U1 RU158492 U1 RU 158492U1 RU 2015118763/07 U RU2015118763/07 U RU 2015118763/07U RU 2015118763 U RU2015118763 U RU 2015118763U RU 158492 U1 RU158492 U1 RU 158492U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- energy storage
- converter
- ces
- discharge
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Устройство заряда-разряда емкостного накопителя энергии, состоящее из источника питания постоянного напряжения, преобразователя постоянного напряжения в переменное, трансформатора, преобразователя переменного напряжения в постоянное и емкостного накопителя энергии, отличающееся тем, что, с целью регулирования мощности при разряде емкостного накопителя энергии, преобразователь постоянного напряжения в переменное выполнен с возможностью выпрямления напряжения, а преобразователь переменного напряжения в постоянное выполнен с возможностью инвертирования напряжения, для уменьшения пульсаций тока и напряжения в цепях постоянного тока размещены сглаживающие фильтры, для управления преобразователями используется система управления.A charge-discharge device for a capacitive energy storage unit, consisting of a DC voltage power supply, a DC-to-AC converter, a transformer, an AC-to-DC converter and a capacitive energy storage device, characterized in that, in order to regulate the power during the discharge of a capacitive energy storage device, a DC converter voltage to AC is configured to rectify the voltage, and the AC to DC converter is configured to invert voltage, to reduce current and voltage ripples in DC circuits, smoothing filters are placed, and a control system is used to control the converters.
Description
Полезная модель относится к области электротехники, а точнее к устройствам для заряда-разряда емкостного накопителя энергии (ЕНЭ).The utility model relates to the field of electrical engineering, and more specifically to devices for charge-discharge of a capacitive energy storage device (CES).
Для использования батарей электрохимических конденсаторов с номинальным напряжением одного конденсатора около 2,8 Вольт в силовых электрических цепях необходимо использовать устройство заряда-разряда.To use batteries of electrochemical capacitors with a nominal voltage of one capacitor of about 2.8 volts in power electric circuits, it is necessary to use a charge-discharge device.
Устройство заряда-разряда необходимо для согласования тяговой сети постоянного тока и ЕНЭ по напряжению, для полного использования емкости батарей конденсаторов, также для обеспечения гальванической развязки сети и низковольтных конденсаторных батарей.A charge-discharge device is necessary for matching the DC traction network and the CES in terms of voltage, for the full use of the capacitance of capacitor banks, and also for providing galvanic isolation of the network and low-voltage capacitor banks.
Предлагаемая схема устройства заряда-разряда позволяет использовать низковольтные ЕНЭ в тяговых электрических сетях постоянного тока с любыми значениями номинальных напряжений.The proposed circuit of the charge-discharge device allows the use of low-voltage CES in traction electric DC networks with any values of nominal voltages.
Известны различные устройства заряда емкостного накопителя энергии (ЕНЭ) [1-5] с использованием индуктивных и емкостных промежуточных накопителей энергии, зарядных трансформаторов.There are various charge devices of a capacitive energy storage device (CES) [1-5] using inductive and capacitive intermediate energy storage devices, charging transformers.
Недостатком таких устройств является отсутствие возможности обеспечить управление процессом разряда, изменять мощность и разрядный ток, обеспечить полный разряд ЕНЭ, что необходимо при использовании энергоемких и мощных ЕНЭ в тяговых электрических сетях постоянного тока.The disadvantage of such devices is the inability to provide control of the discharge process, to change the power and discharge current, to ensure the full discharge of the single electric power, which is necessary when using energy-intensive and powerful single electric power in traction electric DC networks.
Известно устройство заряда ЕНЭ, содержащее два инвертора, два выпрямительных моста, два трансформатора, блок управления и ЕНЭ [3]. Недостатком такого устройства является использование нескольких однофазных трансформаторов, нескольких однофазных инверторов и выпрямителей, что приводит к усложнению схемы и увеличению ее массогабаритных показателей, эта схема не позволяет обеспечить управление разрядом ЕНЭ.Known charge device ENE containing two inverters, two rectifier bridge, two transformers, control unit and ENE [3]. The disadvantage of this device is the use of several single-phase transformers, several single-phase inverters and rectifiers, which leads to a complication of the circuit and an increase in its overall dimensions, this circuit does not allow for controlling the discharge of the CES.
Известно также устройство заряда емкостного накопителя [4], содержащее N инверторов, N трансформаторов, каждый из которых имеет две первичные и вторичные обмотки, N выпрямителей. Недостатком такого устройства является отсутствие возможности управлять процессом разряда ЕНЭ.Also known is a device for charging a capacitive storage device [4], containing N inverters, N transformers, each of which has two primary and secondary windings, N rectifiers. The disadvantage of this device is the inability to control the discharge process of the CES.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа [5] является устройство заряда емкостного накопителя, в котором используются однофазные инвертор, трансформатор, мостовой выпрямитель и ЕНЭ. Недостатком такого устройства является отсутствие возможности управлять процессом разряда ЕНЭ.The closest technical solution, selected as a prototype [5] is a capacitive storage device that uses a single-phase inverter, transformer, bridge rectifier and CES. The disadvantage of this device is the inability to control the discharge process of the CES.
Целью полезной модели является обеспечение плавного регулирования мощности в заданном диапазоне при заряде и разряде ЕНЭ при изменении напряжения источника питания в рабочем диапазоне, использование ЕНЭ с рабочим диапазоном напряжения меньшим, чем у источника питания.The purpose of the utility model is to provide smooth control of power in a given range when charging and discharging a single power source when the voltage of a power source changes in the working range, using a single power source with a working voltage range smaller than that of a power source.
Техническим результатом заявленной полезной модели являются следующие улучшения в работе известных устройств заряда-разряда ЕНЭ. Заявленное устройство позволяет: реализовать плавное регулирование мощности при разряде мощного ЕНЭ; обеспечить заряд и разряд ЕНЭ при изменении напряжения источника в заданном рабочем диапазоне; обеспечить работу батареи ЕНЭ в высоковольтных тяговых сетях постоянного тока.The technical result of the claimed utility model is the following improvements in the operation of known charge-discharge devices of the UNE. The claimed device allows you to: implement smooth power control during the discharge of a powerful CES; provide the charge and discharge of the CES when the voltage of the source changes in a given operating range; to ensure the operation of the CES battery in high-voltage DC traction networks.
Технический результат обеспечивается за счет использования преобразователя постоянного напряжения в переменное, выполненного с возможностью выпрямления напряжения и преобразователя переменного напряжения в постоянное, выполненного с возможностью инвертирования напряжения, для управления запираемыми полупроводниковыми ключами преобразователей при заряде и разряде ЕНЭ используется система управления (СУ), реализующая различные виды широтно-импульсной модуляции [6].The technical result is achieved through the use of a DC-to-AC converter, configured to rectify the voltage and an AC-to-DC converter, configured to invert voltage, to control the lockable semiconductor switches of the converters when charging and discharging the CES using a control system that implements various types of pulse-width modulation [6].
Трансформатор обеспечивает согласование электрических цепей с различным напряжением и гальваническую развязку, он должен быть рассчитан на работу на повышенных частотах и иметь высокий коэффициент полезного действия.The transformer provides coordination of electrical circuits with different voltages and galvanic isolation, it must be designed to operate at higher frequencies and have a high efficiency.
Работа устройства на высокой частоте позволяет уменьшить массогабаритные показатели трансформатора и сглаживающих фильтров.The operation of the device at high frequency can reduce the overall dimensions of the transformer and smoothing filters.
Заявленная полезная модель иллюстрируется чертежом (фиг.).The claimed utility model is illustrated by a drawing (Fig.).
Устройство заряда-разряда ЕНЭ (фиг.) включает источник питания постоянного напряжения 1, входной высоковольтный сглаживающий фильтр 2, высоковольтный выпрямительно-инверторный преобразователь 3, трансформатор 4, низковольтный выпрямительно-инверторный преобразователь 5, низковольтный сглаживающий фильтр 6, ЕНЭ 7 и СУ 8.The CES charge-discharge device (Fig.) Includes a constant voltage power supply 1, an input high-
Принцип действия заявленного устройства основан на принципе действия преобразователя постоянного напряжения со звеном переменного тока, обеспечивающим регулирование постоянного напряжения с использованием различных видов широтно-импульсной модуляции.The principle of operation of the claimed device is based on the principle of operation of a DC-voltage converter with an AC link, providing DC voltage regulation using various types of pulse-width modulation.
При заряде энергия от источника постоянного напряжения 1 поступает на высоковольтный сглаживающий фильтр 2 (фиг.). Ключевой режим работы полупроводниковых ключей высоковольтного преобразователя 3 формирует последовательность импульсов, скважность которых изменяется по закону, определяемому моделирующим сигналом, что позволяет сформировать переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора 4, которое понижается до заданного значения. Переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора 4 выпрямляется с использованием низковольтного преобразователя 5 и подается на низковольтный сглаживающий фильтр 6, соединенный с ЕНЭ 7, что позволяет обеспечить заряд ЕНЭ.When charging, the energy from the constant voltage source 1 is supplied to the high-voltage smoothing filter 2 (Fig.). The key mode of operation of the semiconductor switches of the high-
При разряде энергия от ЕНЭ 7 поступает на низковольтный сглаживающий фильтр 6. Ключевой режим работы полупроводниковых ключей низковольтного преобразователя 5 формирует последовательность импульсов, скважность которых изменяется по закону, определяемому моделирующим сигналом, что позволяет сформировать переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора 4, которое повышается до заданного значения. Переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора 4 выпрямляется с использованием высоковольтного преобразователя 3 и подается на высоковольтный сглаживающий фильтр 2, соединенный с источником постоянного напряжения 1, что позволяет обеспечить возврат запасенной энергии от батареи ЕНЭ в источник 1.During the discharge, the energy from ENE 7 is supplied to the low-
Управление мощностью в режиме заряда и разряда ЕНЭ осуществляется изменением напряжения на ЕНЭ, что реализуется с использованием различных видов широтно-импульсной модуляции для управления ключами преобразователей 3 и 5.Power control in the mode of charge and discharge of the CES is carried out by changing the voltage on the CES, which is implemented using various types of pulse-width modulation to control the keys of
Сглаживающие фильтры снижают переменную составляющую токов разряда и заряда ЕНЭ, которые протекают через источник питания 1 и ЕНЭ 7.Smoothing filters reduce the alternating component of the discharge and charge currents of the CES, which flow through the power source 1 and
Процесс заряда ЕНЭ может быть реализован при значении напряжения источника питания в рабочем диапазоне устройства (для тяговой сети железных дорог постоянного тока при напряжении от 3300 до 4000 В). При увеличении напряжения на ЕНЭ до номинального значения, т.е. при завершении процесса накопления энергии процесс заряда завершается.The process of charging the CES can be implemented at a voltage value of the power source in the operating range of the device (for a traction network of direct current railways at voltage from 3300 to 4000 V). When the voltage on the CES increases to the nominal value, i.e. when the process of energy storage is completed, the charge process is completed.
Процесс разряда ЕНЭ может быть реализован при значении напряжения источника питания в рабочем диапазоне устройства (для тяговой сети железных дорог постоянного тока при напряжении от 2700 до 3300 В). При уменьшении напряжения на ЕНЭ до 50% от номинального, процесс разряда завершается.The UNE discharge process can be implemented at a voltage value of the power source in the operating range of the device (for a traction network of direct current railways at voltages from 2700 to 3300 V). When the voltage on the CES is reduced to 50% of the nominal, the discharge process is completed.
В качестве полупроводниковых ключей могут быть использованы силовые запираемые тиристоры или транзисторы.As semiconductor switches, lockable power thyristors or transistors can be used.
Для обеспечения необходимой энергоемкости ЕНЭ отдельные модули электрохимических конденсаторов соединяются между собой последовательно и параллельно.To ensure the necessary energy intensity of the single unit of energy, the individual modules of the electrochemical capacitors are connected together in series and parallel.
Достоинства предлагаемого устройства состоят в том, что оно позволяет реализовать плавное регулирование мощности в заданном диапазоне при заряде и разряде ЕНЭ; обеспечить заряд и разряд низковольтного ЕНЭ от источника питания с рабочим напряжением 2700-4000 В; использовать энергоемкость ЕНЭ на 75% (техническая документация на электрохимические конденсаторы допускает их разряд до 50% от номинального напряжения); обеспечить гальваническую развязку батарей ЕНЭ и тяговой электрической сети постоянного тока.The advantages of the proposed device are that it allows you to realize smooth power control in a given range when charging and discharging CES; to provide a charge and discharge of a low-voltage CES from a power source with an operating voltage of 2700-4000 V; to use the energy consumption of the Unified Energy Market by 75% (technical documentation for electrochemical capacitors allows their discharge to 50% of the rated voltage); to provide galvanic isolation of ENE batteries and traction electric network of direct current.
Источники информации:Information sources:
1. Булатов О.Г. Полупроводниковые зарядные устройства емкостных накопителей энергии [Текст] / О.Г. Булатов, В.С. Иванов, Д.И. Панфилов // М.: Радио и связь, 1986. - 160 с.1. Bulatov O.G. Semiconductor Chargers of Capacitive Energy Storage [Text] / O.G. Bulatov, V.S. Ivanov, D.I. Panfilov // M .: Radio and communication, 1986. - 160 p.
2. Пентегов И.В. Основы теории зарядных цепей емкостных накопителей энергии [Текст] / И.В. Пентегов // Киев: Наукова думка, 1982. - 424 с.2. Pentegov I.V. Fundamentals of the theory of charging circuits of capacitive energy storage [Text] / I.V. Pentegov // Kiev: Naukova Dumka, 1982.- 424 p.
3. Пат. SU (11) 1267591 (13) Al МПК H03K 3/53. Устройство заряда емкостных накопителей энергии / Н.Н. Богданов, В.Н. Кузнецов, Н.В. Кузнецова, Н.Н. Назаров. - №3711644; Заявлено 19.03.1984; Опубл. 30.10.1986. Бюл. №15.3. Pat. SU (11) 1267591 (13) Al IPC H03K 3/53. Charge device for capacitive energy storage / N.N. Bogdanov, V.N. Kuznetsov, N.V. Kuznetsova, N.N. Nazarov. - No. 3711644; Stated March 19, 1984; Publ. 10/30/1986. Bull. No. 15.
4. Пат. RU (11) 2026603 (13) C1 МПК H03K 3/53. Устройство для зарядки емкостного накопителя / И.А. Криштафович, М.С. Райхман, С.С. Салко. №4844290/21; Заявлено 22.05.1990; Опубл. 09.01.1995. Бюл. №10.4. Pat. RU (11) 2026603 (13) C1 IPC
5. Пат. RU (11) 117748 (13) U1 МПК H02M 7/162. Устройство заряда емкостного накопителя / С.Г. Конесев, Р.Т. Хазиева, М.Р. Садиков, Р.В. Кириллов, А.В. Мухаметшин. - №2012105359/07; Заявлено 15.02.2012; Опубл. 27.06.2012. Бюл. №18. (ПРОТОТИП).5. Pat. RU (11) 117748 (13)
6. Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи [Текст] / А.Т. Бурков // М.: Транспорт, 1999. - 464 с.6. Burkov A.T. Electronic equipment and converters [Text] / A.T. Burkov // M .: Transport, 1999 .-- 464 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015118763/07U RU158492U1 (en) | 2015-05-19 | 2015-05-19 | CAPACITY-DISCHARGE DEVICE FOR CAPACITY ENERGY STORAGE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015118763/07U RU158492U1 (en) | 2015-05-19 | 2015-05-19 | CAPACITY-DISCHARGE DEVICE FOR CAPACITY ENERGY STORAGE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU158492U1 true RU158492U1 (en) | 2016-01-10 |
Family
ID=55071954
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015118763/07U RU158492U1 (en) | 2015-05-19 | 2015-05-19 | CAPACITY-DISCHARGE DEVICE FOR CAPACITY ENERGY STORAGE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU158492U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU202369U1 (en) * | 2020-10-26 | 2021-02-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | HYBRID ELECTRIC POWER STORAGE SYSTEM FOR DC TRACTION POWER SUPPLY SYSTEM |
-
2015
- 2015-05-19 RU RU2015118763/07U patent/RU158492U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU202369U1 (en) * | 2020-10-26 | 2021-02-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | HYBRID ELECTRIC POWER STORAGE SYSTEM FOR DC TRACTION POWER SUPPLY SYSTEM |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8824179B2 (en) | Soft-switching high voltage power converter | |
Rezanejad et al. | Modular switched capacitor voltage multiplier topology for pulsed power supply | |
JP2012143104A (en) | Power conversion system | |
Kashihara et al. | An isolated medium-voltage AC/DC power supply based on multil-cell converter topology | |
WO2016000221A1 (en) | A system for charging battery of at least one electrical vehicle | |
RU158492U1 (en) | CAPACITY-DISCHARGE DEVICE FOR CAPACITY ENERGY STORAGE | |
Das et al. | A comparative analysis of PI and PID controlled bidirectional DC-DC converter with conventional bidirectional DC-DC converter | |
RU105095U1 (en) | DEVICE FOR CONTROL OF ASYNCHRONOUS MOTOR | |
Takahashi et al. | Power decoupling method for isolated DC to single-phase AC converter using matrix converter | |
Mita et al. | Analysis and Design of Wireless Power Transfer System with Asymmetrical Duty-Cycle Controlled Class-D ZVS Inverter | |
CN111987919B (en) | Power converter | |
RU190083U1 (en) | DC Pulse Frequency Converter | |
Nguyen et al. | Active CDS-clamped L-type current-Fed isolated DC-DC converter | |
RU124454U1 (en) | AUTONOMOUS POWER SUPPLY SYSTEM | |
RU2534749C1 (en) | Reversible frequency converter | |
RU175512U1 (en) | Switching frequency converter with DC link | |
Reznikov et al. | Power semiconductor switches for pulse power transformers with a modular and scalable architecture | |
CN111193310B (en) | Series DC/DC converter for vehicle battery charger | |
RU187714U1 (en) | AC-DC ELECTRIC CONVERTER | |
US10476370B2 (en) | Split rail PFC and AC inverted architecture | |
RU2581033C1 (en) | Single-phase voltage inverter | |
RU172897U1 (en) | Three Phase Uninterruptible Power Supply | |
RU2249907C2 (en) | Method for rearrangement of universal converter | |
RU177678U1 (en) | Autonomous power supply system with electric start of the power plant | |
RU144402U1 (en) | PULSE TRANSFORMER INVERTER |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20160520 |