RU2662791C1 - Local network with different energy sources inverter charging and discharge converter system - Google Patents

Local network with different energy sources inverter charging and discharge converter system Download PDF

Info

Publication number
RU2662791C1
RU2662791C1 RU2017105492A RU2017105492A RU2662791C1 RU 2662791 C1 RU2662791 C1 RU 2662791C1 RU 2017105492 A RU2017105492 A RU 2017105492A RU 2017105492 A RU2017105492 A RU 2017105492A RU 2662791 C1 RU2662791 C1 RU 2662791C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
port
network
converter
bus
consumers
Prior art date
Application number
RU2017105492A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Юрьевич Луков
Юрий Мичиславович Голембиовкский
Михаил Генрихович Коваль
Original Assignee
Ооо "Инверторные Комплексы"
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 "Инверторные Комплексы" filed Critical Ооо "Инверторные Комплексы"
Priority to RU2017105492A priority Critical patent/RU2662791C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2662791C1 publication Critical patent/RU2662791C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

FIELD: electronic equipment.SUBSTANCE: invention relates to the field of industrial electronics and is intended for creation of the guaranteed uninterruptible power supply system for AC and DC consumers. System contains four sources of electricity (AC industrial network, array of photoelectric converters, gas / gasoline / diesel generator or wind generator, storage battery) and inverter charging and discharge converter system. Inverter charging and discharge converter system consists of a series of converters: bi-directional inverter operating synchronously and in parallel with the industrial AC network through the power distribution device, AC rectifier with power factor correction and tracking of the maximum power taken from the supplying it source (gas / gasoline / diesel fuel generator or wind generator), bidirectional three-port and unidirectional two-port high-frequency DC-DC converters, internal DC bus, controlling controller and information and control bus.EFFECT: provision of guaranteed uninterrupted power supply to AC and DC consumers with reduced number of required for this purpose converters; increase in the entire system reliability and efficiency, increase in the AC and DC consumers uninterrupted operation time from the storage battery and increase in the photoelectric converters array energy use degree.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области промышленной электроники и предназначено для построения систем гарантированного электропитания потребителей переменного и постоянного тока на основе инверторного зарядно-разрядного преобразовательного комплекса, объединяющего четыре источника электроэнергии (промышленная сеть переменного тока, массив фотоэлектрических преобразователей (далее ФЭП), генератор на газовом/бензиновом/дизельном топливе или ветрогенератор (далее генератор), аккумуляторная батарея (далее накопитель энергии НЭ)).The invention relates to the field of industrial electronics and is intended to build a guaranteed power supply system for AC and DC consumers based on an inverter charge-discharge converter complex that combines four sources of electricity (industrial AC network, an array of photoelectric converters (hereinafter FEP), a gas / gas generator / diesel fuel or wind generator (hereinafter referred to as generator), rechargeable battery (hereinafter referred to as NE energy storage device)).

Известен патент РФ №2503120 («Устройство на солнечных батареях», опубликованный 27.12.2013 Бюл. № 36), содержащее солнечный модуль, первый DC-DC преобразователь, аккумуляторную батарею, второй DC-DC преобразователь, контроллер и нагрузку. Недостатками данного устройства являются:Known RF patent No. 2503120 ("Solar-powered device", published on December 27, 2013 Bull. No. 36) containing a solar module, a first DC-DC converter, a battery, a second DC-DC converter, a controller and a load. The disadvantages of this device are:

1) применение двух преобразователей с последовательным включением, что приводит к низкому КПД, всей системы в целом;1) the use of two converters with series connection, which leads to low efficiency, the entire system as a whole;

2) отсутствие гальванической развязки во втором DC-DC преобразователе;2) the absence of galvanic isolation in the second DC-DC converter;

3) отсутствие связи с промышленной сетью или генератором с целью обеспечить заряд аккумуляторной батареи при плохих погодных условиях.3) lack of communication with the industrial network or generator in order to ensure the battery charge in bad weather conditions.

Известен патент РФ №2513547 («Статический обратимый преобразователь для питания потребителей переменного и постоянного тока», опубликованный 20.04.2014 Бюл. № 11), содержащий первый двунаправленный порт «входа-выхода» с подключаемой к нему аккумуляторной батареей, и второй двунаправленный порт «входа-выхода» на стороне питающей сети переменного тока. В инверторном режиме работы постоянный ток подается от аккумуляторной батареи на первый порт, а выход переменного тока снимается со второго порта. В выпрямительном режиме входное питание переменного тока подается на второй порт, а выход постоянного тока снимается с первого порта. Между портами включено звено высокой частоты и звено автономного инвертора промышленной частоты, последовательно соединенные между собой. Недостатками данного преобразователя являются:Known RF patent No. 2513547 ("Static reversible converter for powering AC and DC consumers, published 04/20/2014 Bull. No. 11), containing the first bidirectional port" input-output "with a battery connected to it, and the second bidirectional port" input-output ”on the side of the AC mains. In inverter operation mode, direct current is supplied from the battery to the first port, and the AC output is removed from the second port. In rectifier mode, AC input power is supplied to the second port, and DC output is removed from the first port. A high-frequency link and a link of an autonomous inverter of industrial frequency are connected between the ports, connected in series. The disadvantages of this converter are:

1) отсутствие средств отслеживания точки максимальной мощности, генерируемой ФЭП в применениях данного устройства в системах с возобновляемым источником энергии;1) the lack of tracking the point of maximum power generated by the solar cells in the applications of this device in systems with a renewable energy source;

2) отсутствие средств подключения генератора на газовом/бензиновом/ дизельном топливе или ветрогенератора;2) the lack of means to connect a gas / gasoline / diesel generator or wind generator;

3) в инверторном режиме в звене высокой частоты на стороне низкого напряжения присутствует значительной величины пульсация входного тока, что будет требовать применения на входе значительной величины фильтрующего емкостного фильтра.3) in the inverter mode, in the high frequency link on the low voltage side, there is a significant amount of ripple of the input current, which will require the use of a significant filter capacitive filter at the input.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является «Система накопления электрической энергии на базе аккумуляторных батарей и суперконденсатора с функцией улучшения качества сети» (патент РФ №2512880, опубликованный 10.04.2014 Бюл. № 10), содержащая аккумуляторные батареи с подключенным к ним двунаправленным инвертором, систему управления инверторами, систему управления системой накопления, контактор системы накопления, контактор сети переменного тока, сеть переменного тока, автономную нагрузку, батарею суперконденсаторов, двунаправленный инвертор суперконденсаторов, модуль предзаряда суперконденсаторов, двунаправленный инвертор сети постоянного тока, контактор сети постоянного тока, сеть постоянного тока, модуль контроля качества сети, систему управления активным восстановителем качества сети, тиристорный коммутатор компенсирующих конденсаторов, батарею компенсирующих конденсаторов. Closest to the proposed device in technical essence is the "Electric energy storage system based on rechargeable batteries and a supercapacitor with a function to improve the quality of the network" (RF patent No. 2512880, published on 04/10/2014 Bull. No. 10), containing batteries with bidirectional connected to them inverter, inverter control system, storage system control system, storage system contactor, AC mains contactor, AC mains, stand-alone load, supercondition battery sensors, bidirectional inverter of supercapacitors, supercharger precharge module, bidirectional DC inverter, DC contactor, DC network, network quality control module, active quality reducer control system, thyristor switch of compensating capacitors, compensating capacitor bank.

Недостатками данной системы являются:The disadvantages of this system are:

1) отсутствие средств отслеживания точки максимальной мощности при применении данной системы накопления с ФЭП; 1) the lack of means for tracking the maximum power point when using this accumulation system with solar cells;

2) отсутствие средств подключения генератора на газовом/бензиновом/ дизельном топливе или ветрогенератора;2) the lack of means to connect a gas / gasoline / diesel generator or wind generator;

3) дискретность величины компенсации реактивной мощности автономной нагрузки;3) the discreteness of the compensation value of the reactive power of the autonomous load;

4) отсутствие средств управления системой выравнивания напряжения на последовательно включенных ячейках накопителя электрической энергии;4) the lack of controls for the voltage equalization system in series-connected cells of the electric energy storage device;

5) отсутствие средств удаленного управления и мониторинга всей системы;5) lack of remote control and monitoring tools for the entire system;

6) для потребителей сети постоянного тока требуется двунаправленный инвертор, что для организации гальванической развязки сети постоянного тока от сети переменного тока будет требовать двух последовательно включенных преобразователей AC-DC и DC-DC, причем АС-DC должен быть выполнен с коррекцией коэффициента мощности, а высокочастотный DC-DC конвертор с гальванической развязкой. 6) for consumers of a direct current network, a bi-directional inverter is required, which for the organization of galvanic isolation of the direct current network from the alternating current network will require two AC-DC and DC-DC converters connected in series, moreover, AC-DC must be performed with power factor correction, and high-frequency DC-DC converter with isolation.

Целью изобретения является:The aim of the invention is:

1) снижение потребления электрической энергии от промышленной сети, за счет электрической энергии генерируемой ФЭП, генератором и наколенной в НЭ;1) reduction in the consumption of electric energy from the industrial network due to the electric energy generated by the photovoltaic generator, generator and injected into the NE;

2) повышение общего КПД и надежности гарантированной системы питания с разнородными источниками энергии;2) increasing the overall efficiency and reliability of the guaranteed power system with heterogeneous energy sources;

3) наименьшее количество требуемых преобразователей в системе гарантированного питания с разнородными источниками энергии;3) the smallest number of converters required in the guaranteed power system with heterogeneous energy sources;

4) повышение степени использования ФЭП за счет отдачи генерируемой ею мощности другим источникам и потребителям;4) increasing the degree of use of solar cells due to the return of the power generated by it to other sources and consumers;

5) существенное снижения уровня пульсации тока аккумуляторной батареи, что увеличит ресурс ее работоспособности;5) a significant reduction in the level of ripple current of the battery, which will increase the resource of its performance;

6) повышение пропускной способности и эффективности линии электропередачи промышленной сети переменного тока.6) increasing the throughput and efficiency of the power line of an industrial AC network.

Указанные цели достигаются за счет того, что:These goals are achieved due to the fact that:

1) обеспечивается синхронная работа преобразовательного комплекса параллельно с промышленной сетью переменного тока, ФЭП, генератора и НЭ, причем обмен энергией между НЭ и промышленной сетью переменного тока происходит в двух направления, от промышленной сети в НЭ и обратно;1) the synchronous operation of the conversion complex is ensured in parallel with the industrial AC network, photomultiplier, generator and NE, and the energy exchange between the NE and the industrial AC network occurs in two directions, from the industrial network to the NE and vice versa;

2) отслеживаются токи промышленной и локальной сети переменного тока и с учетом их характера, происходит суммирование потоков активной мощности, потоков реактивной мощности в двух направлениях от сети переменного тока к внутренней шине постоянного тока и обратно;2) the currents of the industrial and local AC network are monitored and taking into account their nature, the flows of active power and reactive power flows in two directions from the AC network to the internal DC bus and vice versa;

3) в звене высокой частоты на одном вентильном комплекте реализуется одновременно несколько функций: повышение низкого напряжения накопителя электрической энергии до необходимого уровня напряжения шины постоянного тока, отбор мощности с отслеживанием точки максимальной мощности от ФЭП и передача ее в нагрузку или НЭ, регулирование процессов заряда и регулирование двунаправленного потока энергии между внутренней шиной постоянного тока и накопителем энергии.3) in the high-frequency link on one valve set, several functions are simultaneously implemented: increasing the low voltage of the electric energy storage device to the required DC bus voltage level, taking power with tracking the point of maximum power from the photomultiplier and transferring it to the load or NE, regulating the charge processes and regulation of bi-directional energy flow between the internal DC bus and the energy storage.

Преобразовательный комплекс обеспечивает следующие функции:The conversion complex provides the following functions:

1) отслеживание отклонения качества энергии в промышленной сети от установленных параметров с последующим приоритетом выдачи энергии, генерируемой ФЭП, генератором и запасенной в НЭ в локальные сети потребителей переменного и постоянного тока;1) tracking the deviation of the energy quality in the industrial network from the set parameters with the subsequent priority of issuing the energy generated by the photomultiplier, the generator and stored in the NE in the local networks of AC and DC consumers;

2) сглаживание пиков потребления и уменьшение величины электрической энергии, потребляемой от промышленной сети переменного тока, за счет энергии генерируемой ФЭП, генератором и накопленной в НЭ;2) smoothing the consumption peaks and reducing the amount of electric energy consumed from the industrial AC network, due to the energy generated by the photomultiplier, generator and accumulated in the NE;

3) регулировку процессов заряда и разряда НЭ, управление системой выравнивания напряжения на последовательно включенных ячейках НЭ;3) adjustment of the processes of charge and discharge of NEs, control of a voltage equalization system for series-connected NE cells;

4) отслеживание максимальной мощности, генерируемой массивом ФЭП;4) tracking the maximum power generated by the solar array;

5) отбор энергии от генератора с коэффициентом мощности близким к единице, в диапазоне выходной частоты генератора 10 – 100 Гц и слежением за максимальной отбираемой мощностью, что позволяет применять в системе генератор на углеводородном топливе с нестабильными параметрами энергии или ветрогенератор;5) energy extraction from the generator with a power factor close to unity, in the range of the generator output frequency of 10 - 100 Hz and tracking the maximum power taken, which allows the use of a hydrocarbon fuel generator with unstable energy parameters or a wind generator in the system;

6) отслеживание фазового сдвига между током и напряжением цепи «промышленная сеть – локальная сеть потребителей» и по необходимости компенсацию реактивной мощности потребителей с целью повышения качества энергии в промышленной сети.6) monitoring the phase shift between the current and voltage of the circuit "industrial network - local network of consumers" and, if necessary, compensation of reactive power of consumers in order to improve the quality of energy in the industrial network.

Предлагаемое изобретение поясняется следующим чертежом, на котором дана система гарантированного энергоснабжения локальной сети потребителей переменного и постоянного тока на основе инверторного зарядно-разрядного преобразовательного комплекса.The invention is illustrated by the following drawing, which shows a system of guaranteed power supply of a local network of AC and DC consumers based on an inverter charging-discharge converter complex.

Позициями на чертеже обозначены: 1 – промышленная сеть переменного тока, 2 – генератор на газовом/бензиновом/дизельном топливе или ветрогенератор, 3 – массив фотоэлектрических преобразователей, 4 – накопитель электрической энергии с системой выравнивания напряжения (СВН) 4/1 на последовательно включенных ячейках накопительных элементов, 5 – инверторный зарядно-разрядный преобразовательный комплекс, 6 – локальная сеть переменного тока, 7 – потребители переменного тока, 8 – локальная сеть постоянного тока, 9 – потребители постоянного тока, 10 - активный выпрямитель с системой управления 10/1, 11 – трехпортовый двунаправленный высокочастотный DC-DC конвертор с системой управления 11/1, 12 – двунаправленный AC-DC инвертор промышленной частоты с системой управления 12/1, 13 – распределительное устройство электроэнергии, 14 – двухпортовый высокочастотный DC-DC конвертор с системой управления 14/1, 15 – контактор сети постоянного тока, 16 – управляющий контроллер, 17 – внутренняя шина постоянного тока, 18 – информационно управляющая шина, 19 – порт подключения генератора, 20 – порт подключения массива фотоэлектрических преобразователей, 21.1 и 21,2 – порты подключения накопителя электрической энергии, 22 – порт подключения шины управления внешними устройствами, 23 – порт подключения преобразовательного комплекса по интерфейсу Ethernet, 24 – порт подключения локальной сети постоянного тока, 25 – порт подключения локальной сети переменного тока, 26 – порт подключения промышленной сети переменного тока, 27 – система автоматическго пуска генератора, 28 – шина управления распределительным устройством электроэнергии 13The positions in the drawing indicate: 1 - industrial AC network, 2 - gas / gas / diesel fuel generator or wind generator, 3 - array of photovoltaic converters, 4 - electric energy storage with voltage equalization system (VHF) 4/1 on cells connected in series storage elements, 5 - inverter charging-discharge conversion complex, 6 - local AC network, 7 - AC consumers, 8 - local DC network, 9 - DC consumers 10 - an active rectifier with a control system 10/1, 11 - a three-port bi-directional high-frequency DC-DC converter with a control system 11/1, 12 - a bi-directional AC-DC industrial frequency inverter with a control system 12/1, 13 - a power distribution device, 14 - two-port high-frequency DC-DC converter with a control system 14/1, 15 - DC contactor, 16 - control controller, 17 - internal DC bus, 18 - information control bus, 19 - generator connection port, 20 - connection port mas siva of photovoltaic converters, 21.1 and 21.2 - ports for connecting the electric energy storage device, 22 - port for connecting the control bus to external devices, 23 - port for connecting the converter complex via Ethernet, 24 - port for connecting a local DC network, 25 - port for connecting a local network alternating current, 26 - port for connecting an industrial AC network, 27 - automatic generator start-up system, 28 - power distribution switchgear control bus 13

Предлагаемый инверторный зарядно-разрядный преобразовательный комплекс 5 содержит средства подключения:The proposed inverter charge-discharge conversion complex 5 contains a means of connection:

• порт «входа» постоянного тока 20 плюсового вывода массива ФЭП 3. Минусовой вывод массива ФЭП 3 объединен с минусовым выводом НЭ 4;DC input port 20 of the positive output of the photomultiplier array 3. The minus output of the photomultiplier array 3 is combined with the negative output of the NE 4;

• порты «входов/выходов» постоянного тока положительного 21.1 и отрицательтного 21.2 выводов накопителя электрической энергии 4;• ports of “inputs / outputs” of direct current of positive 21.1 and negative 21.2 conclusions of electric energy storage device 4;

• порт «входа» переменного тока 19 генератора 2 с системой автоматического пуска или ветрогенератора;• “input” port of alternating current 19 of generator 2 with automatic start system or wind generator;

• двунаправленный порт переменного тока 26 для подключения промышленной сети переменного тока 1. Промышленная сеть может отсутствовать совсем, тогда преобразовательный комплекс будет работать в автономном режиме;• bi-directional AC port 26 for connecting an industrial AC network 1. The industrial network may be completely absent, then the converter complex will work in stand-alone mode;

• двунаправленный порт 25 с подключенными потребителями переменного тока 7, образующими свою локальную сеть переменного тока 6;bidirectional port 25 with connected AC consumers 7, forming their local AC network 6;

• порт «выхода» постоянного тока 24 с подключенными потребителями 9, образующими свою локальную сеть постоянного тока 8;DC output port 24 with connected consumers 9, forming their local DC network 8;

• порт «ввода/вывода» 22 для управления внешними устройствами;• “I / O” port 22 for controlling external devices;

• порт 23 информационно – управляющий по интерфейсу Ethernet, для объединения преобразовательных комплексов в локальную сеть или соединения с глобальной сетью Internet.• port 23, information and control via the Ethernet interface, for combining converting complexes into a local network or connecting to the global Internet.

Инверторный зарядно – разрядный преобразовательный комплекс 5, включает: преобразователи 10, 11, 12, 14, объединенные шиной постоянного тока 17 и распределительное устройство электроэнергии 13, которые управляются от одного управляющего контроллера 16 по информационно управляющей шине 18.The inverter charging and discharging converter complex 5 includes: converters 10, 11, 12, 14 connected by a direct current bus 17 and an electric power distribution device 13, which are controlled from one control controller 16 via an information control bus 18.

Преобразователь 10 подключен своим «входом» 10.1 к порту 19, а своим «выходом» 10.2 соединен с шиной постоянного тока 17. Преобразователь 11 своим «входом» 11.1 подключен к порту 20, своими «входами /выходами» 11.2 и 11.3 подключен к портам 21.1 и 21.2 соответственно, а своим «входом/выходом» 11.4 подключен к шине постоянного тока 17. Преобразователь 12 своим «входом/выходом» 12.1 подключен к шине постоянного тока 17, а своим «входом/выходом» 12.2 подключен к входу 13.1 распределительного устройства электроэнергии 13 Распределительное устройство 13 своим «входом/выходом» 13.2 подключено к порту 26, а своим «входом/выходом» 13.3 подключено к порту 25. Преобразователь 14 через «вход» 14.1 подключен к шине постоянного тока 17, а своим «выходом» 14.2 подключен к контактору сети постоянного тока 15. Контактор сети постоянного тока 15 своим «выходом» 15.2 подключен через порт 24, к локальной сети постоянного тока 8. Управляющий контроллер 16 объединяет по информационной шине 18 все преобразователи, и через порт 22 обеспечивает управления системой автоматического пуска 27 генератора и системой выравнивания напряжения 4/1 (СВН) на последовательно выключенных ячейка накопителя энергии 4, а через порт 23 обеспечивает связь с операторами через локальную сеть или глобальную сеть Internet. Converter 10 is connected with its "input" 10.1 to port 19, and with its "output" 10.2 is connected to the DC bus 17. Converter 11 with its "input" 11.1 is connected to port 20, with its "inputs / outputs" 11.2 and 11.3 connected to ports 21.1 and 21.2, respectively, and with its “input / output” 11.4 is connected to the DC bus 17. The converter 12, with its “input / output” 12.1, is connected to the DC bus 17, and its “input / output” 12.2 is connected to the input 13.1 of the power distribution device 13 Switchgear 13 with its “input / output” 13.2 is connected to port 26, and with its “input / output” 13.3 is connected to port 25. Converter 14 through “input” 14.1 is connected to a DC bus 17, and its “output” 14.2 is connected to a DC network contactor 15. DC network contactor current 15 with its "output" 15.2 is connected through port 24 to the local DC network 8. The control controller 16 integrates all the converters on the information bus 18, and through port 22 it controls the automatic start-up system 27 of the generator and the voltage equalization system 4/1 (CBN ) on the last successive cell turned off the power storage unit 4 and through the port 23 provides communication with the operators via LAN or Internet global network.

Преобразователь 10 представляет собой синхронный полууправляемый выпрямительный мост с антипараллельными диодами. Преобразователь 10 и его система управления 10/1 обеспечивает формирование тока таким образом, чтобы он по форме и фазе совпадал с напряжением, поступающим от генератора 2, его выпрямлением со стабилизацией напряжения на шине постоянного тока 17, вследствие чего поддерживается высокий коэффициент мощности по входу порта 19, причем выходная частота напряжения генератора 2 может меняться в пределах от 10 до 100 Гц. В систему управления 10/1 преобразователя 10 встроена функция контроля отбора мощности со слежением за точкой максимальной мощности, что позволяет заменять генератор на углеводородном топливе на ветрогенератор.Converter 10 is a synchronous semi-controlled rectifier bridge with antiparallel diodes. The converter 10 and its control system 10/1 ensures that the current is generated in such a way that it matches the shape and phase of the voltage coming from the generator 2, rectifies it and stabilizes the voltage on the DC bus 17, thereby maintaining a high power factor at the port input 19, and the output frequency of the voltage of the generator 2 may vary from 10 to 100 Hz. The control system 10/1 of the converter 10 has a built-in power take-off monitoring function that monitors the maximum power point, which allows replacing a hydrocarbon fuel generator with a wind generator.

Преобразователь 11 представляет собой мостовой двунаправленный высокочастотный инвертор, управляемый по методу широтно-импульсного и фазового регулирования, благодаря чему достигается стабилизация трех напряжений одновременно: напряжение накопителя электрической энергии 4, напряжение ФЭП 3, соответствующее точке максимальной мощности и напряжение внутренней шины постоянного тока 17 The Converter 11 is a bridge bi-directional high-frequency inverter controlled by the method of pulse-width and phase regulation, which ensures stabilization of three voltages at the same time: the voltage of the electric energy storage 4, the voltage of the photomultiplier 3, corresponding to the maximum power point and the voltage of the internal DC bus 17

Преобразователь 11 может иметь 4 направления потока энергии:Converter 11 may have 4 directions of energy flow:

1) от накопителя энергии 4 во внутреннюю шину постоянного тока 17, энергия ФЭП 3 отсутствует. Режим характерен для ночного времени суток;1) from the energy storage 4 to the internal DC bus 17, the energy of the photomultiplier 3 is absent. The mode is characteristic of night time;

2) в накопитель энергии 4 от внутренней шины постоянного тока 17, энергия ФЭП 3 отсутствует. Режим характерен в пасмурную погоду или когда НЭ 4 разряжен;2) in the energy storage 4 from the internal DC bus 17, the energy of the photomultiplier 3 is absent. The mode is characteristic in cloudy weather or when NE 4 is discharged;

3) от накопителя энергии 4 к внутренней шине постоянного тока 17 с добавлением энергии ФЭП 3. Режим характерен в период покрытия пиковой нагрузки потребителей переменного и постоянного тока;3) from energy storage 4 to the internal DC bus 17 with the addition of photovoltaic power 3. The mode is typical during the peak load of consumers of alternating and direct current;

4) в накопитель энергии 4 и к внутренней шине постоянного тока 17. Питание потребителей 7, 9 происходит только от ФЭП 3. Режим характерен в период низкой нагрузки потребителей переменного и постоянного тока.4) to the energy storage device 4 and to the internal DC bus 17. Power supply to consumers 7, 9 comes only from the photovoltaic converter 3. The mode is typical during a period of low load of AC and DC consumers.

Преобразователь 12 представляет собой двунаправленный мостовой инвертор промышленной частоты, управляемый импульсами, модулированными по синусоидальному закону, что позволяет регулировать поток активной и реактивной мощности в сеть переменного тока потребителей. Преобразователь 12 работает в двух режимах – инверторном и выпрямительном. В инверторном режиме преобразователь 12 преобразует напряжение внутренней шины постоянного тока 17 в переменное напряжение, синхронизированное по частоте, фазе и амплитуде с напряжением промышленной сети. В выпрямительном режиме преобразует переменное напряжение промышленной сети, поступающее через распределительное устройство 13, в постоянное стабилизированное напряжение внутренней шины постоянного тока 17. The Converter 12 is a bi-directional bridge inverter of industrial frequency, controlled by pulses modulated by a sinusoidal law, which allows you to adjust the flow of active and reactive power into the AC network of consumers. Converter 12 operates in two modes - inverter and rectifier. In the inverter mode, the converter 12 converts the voltage of the internal DC bus 17 to an alternating voltage synchronized in frequency, phase and amplitude with the voltage of the industrial network. In the rectifier mode, it converts the alternating voltage of the industrial network supplied through the switchgear 13 into a constant stabilized voltage of the internal DC bus 17.

Преобразователь 14 представляет собой мостовой высокочастотный DC-DC конвертор, управляемый по методу фазового сдвига, и преобразует уровень напряжения внутренней шины постоянного тока 17 до необходимого уровня потребителей 9 сети постоянного тока 8 с режимами стабилизации напряжения и ограничения тока. Преобразователь 14 обеспечивает гальваническую развязку потребителей 9 сети постоянного тока 8 от шины постоянного тока 17. Converter 14 is a bridge high-frequency DC-DC converter, controlled by the phase shift method, and converts the voltage level of the internal DC bus 17 to the required level of consumers 9 of the DC network 8 with voltage stabilization and current limiting modes. The Converter 14 provides galvanic isolation of consumers 9 of the DC network 8 from the DC bus 17.

Распределительное устройство электроэнергии 13 содержит средства коммутации и комплекс датчиков тока и напряжения сетей переменного тока 1 и 6, причем измеренные величины передаются в систему управления 12/1 преобразователя 12 Распределительное устройство электроэнергии 13 включает в себя модуль контроля качества сети, контактор сети переменного тока и контактор системы накопления.The electricity distribution device 13 contains switching means and a set of current and voltage sensors for AC networks 1 and 6, and the measured values are transmitted to the control system 12/1 of the converter 12. The electricity distribution device 13 includes a network quality control module, an AC mains contactor and a contactor accumulation systems.

Управляющий контроллер 16 преобразовательного комплекса 5 представляет собой микроконтроллер и реализует сбор и хранение информации о токах, напряжениях, аварийных ситуациях в системе и задание уставок стабилизации параметров каждого преобразовательного узла, а так же передачу и принятие данных от операторов управления через порт 23. The control controller 16 of the converter complex 5 is a microcontroller and collects and stores information about currents, voltages, emergency situations in the system and sets the settings for stabilizing the parameters of each converter node, as well as transmits and receives data from control operators via port 23.

Инверторный зарядно-разрядный преобразовательный комплекс 5 работает в следующих режимах:The invertor charge-discharge conversion complex 5 operates in the following modes:

1. Дежурный режим1. Standby

При подаче напряжения на вход порта 26 происходит трансляция промышленной сети переменного тока 1 через распределительное устройство 13 к потребителям 7. Потребители 9 получают энергию от промышленной сети 1, а так же ФЭП 3 и НЭ 4 через преобразователь 11, шину постоянного тока 17, DC-DC конвертор 14, контактор сети постоянного тока 15 и локальную сеть постоянного тока 8. Кроме того в этом режиме происходит отслеживание напряжения промышленной сети 1 и в случае его пропадания или выхода за установленные допустимые пределы, преобразователь 12 меняет направления потока энергии, и потребители 7 сети переменного тока 6 начинают получать энергию от источников 3, и 4. Система управления 12/1 преобразователя 12 одновременно сообщает об аварийном режиме управляющему контроллеру 16, который исходя, из величины энергии, поступающей от ФЭП 3 и наколенной энергии в НЭ 4, может, в случае необходимости, дополнительно запустить генератор 2 оснащенный системой автоматического пуска 27 (САП). В штатном режиме, когда промышленная сеть переменного тока 1 присутствует и напряжения потребителей находится в допустимых пределах, при наличии напряжения на ФЭП 3, преобразователь 11 осуществляет непрерывно подпитку НЭ 4, восполняя потери энергии на саморазряд.When voltage is applied to the input of port 26, the industrial AC network 1 is transmitted through the switchgear 13 to consumers 7. Consumers 9 receive energy from the industrial network 1, as well as solar cells 3 and NE 4 through the converter 11, DC bus 17, DC- The DC converter 14, the DC contactor 15 and the local DC network 8. In addition, in this mode, the voltage of the industrial network 1 is monitored and, if it disappears or goes beyond the set permissible limits, the converter 12 changes the voltage of the flow of energy, and consumers 7 of the AC network 6 begin to receive energy from sources 3, and 4. The control system 12/1 of the converter 12 simultaneously reports an emergency mode to the control controller 16, which, based on the amount of energy coming from the photomultiplier 3 and energy in NE 4, can, if necessary, additionally run a generator 2 equipped with an automatic start system 27 (SAP). In normal mode, when the industrial AC network 1 is present and the voltage of the consumers is within acceptable limits, if there is voltage on the photomultiplier 3, the converter 11 continuously feeds the NE 4, making up for energy losses due to self-discharge.

2. Режим передачи потоков активной и реактивной мощности 2. The mode of transmission of flows of active and reactive power

В режиме передачи активной мощности система управления 12/1 преобразователя 12 всегда отслеживает величину мощности, отбираемой от промышленной сети 1 и мощность, потребляемую потребителями 7. В период пикового потребления или превышения разрешенной пороговой мощности, передаваемой от промышленной сети в сеть переменного тока 6 преобразователем 12 вводится, по определённому алгоритму, дополнительный поток активной мощности (автоматически, либо по команде оператора), компенсируя разницу между необходимым и разрешённым уровнями потребления мощности от промышленной сети переменного тока 1 за счет источников 3, 4 и 2. Выбор приоритетного источника энергии можно задать с помощью программы управления и мониторинга преобразовательного комплекса через управляющий контроллер 16. Кроме того в программе управления можно задавать режимы с разрешением или запретом передачи энергии в промышленную сеть переменного тока 1. При установленном статусе запрета отдачи энергии в промышленную сеть переменного тока 1 и снижении мощности, потребляемой нагрузкой 7, генерируемая преобразователем 12 мощность тоже будет снижаться, вплоть до нулевого значения. Таким образом, преобразовательный комплекс позволяет снизить потребление активной мощности от промышленной сети.In the active power transmission mode, the control system 12/1 of the converter 12 always monitors the amount of power taken from the industrial network 1 and the power consumed by consumers 7. During peak consumption or exceeding the allowed threshold power transmitted from the industrial network to the AC network 6 by the converter 12 introduces, according to a certain algorithm, an additional flow of active power (automatically, or at the command of the operator), compensating for the difference between the necessary and allowed levels of consumption power from the industrial AC network 1 at the expense of sources 3, 4 and 2. The choice of the priority energy source can be set using the control and monitoring program of the converter complex through the control controller 16. In addition, the control program can specify modes with the permission or prohibition of power transmission in industrial AC network 1. With the status set to prohibit the transfer of energy to the industrial AC network 1 and a decrease in the power consumed by the load 7 generated by the converter 1 2 power will also decrease, up to zero. Thus, the conversion complex can reduce the consumption of active power from the industrial network.

В режиме передачи реактивной мощности система управления 12/1 анализирует реактивную составляющую тока потребителей 7 и промышленной сети 1. В случае превышения установленного порога реактивной мощности в линии электропередачи промышленной сети, система управления 12/1 переводит преобразователь 12 в режим генерации компенсационного потока реактивной мощности такой величины, которая приведет к снижению реактивной составляющего тока в промышленной сети переменного тока 1 вплоть до нулевого значения или предельно допустимого уровня. С учетом того, что в выходных цепях преобразователей 10, 11, 12 и входной цепи преобразователя 14 установлены емкости значительной величины, которые объединены шиной постоянного тока 17, накопительные элементы не нагружаются короткими циклами заряда-разряда, что существенно увеличит срок работоспособности НЭ 4.In the mode of reactive power transmission, control system 12/1 analyzes the reactive component of the current of consumers 7 and industrial network 1. If the threshold of reactive power in the power transmission line of the industrial network is exceeded, control system 12/1 puts the converter 12 into the mode of generating a reactive power compensation flow such the value that will lead to a decrease in the reactive component of the current in the industrial AC network 1 up to zero or the maximum permissible level. Given the fact that the output circuits of the converters 10, 11, 12 and the input circuit of the converter 14 have capacitances of significant size, which are connected by a DC bus 17, the storage elements are not loaded with short charge-discharge cycles, which will significantly increase the service life of the NE 4.

Режим добавления активной мощности может совместно работать с режимом компенсации реактивной мощности, при условии что ток, необходимый для отдачи мощности в сеть, меньше, чем максимальный выходной ток преобразователя 12.The mode of adding active power can work in conjunction with the mode of reactive power compensation, provided that the current required to transfer power to the network is less than the maximum output current of the converter 12.

3. Инверторный режим. 3. Inverter mode.

В этом режиме, предполагается, что промышленная сеть 1 отсутствует совсем или не удовлетворяет требованиям потребителей 7 и 9. Потребители 7 и 9 сети переменного и постоянного тока получают питание от ФЭП 3, генератора 2 или НЭ 4, через двунаправленные преобразователи 10, 11, 12 и 14 соответственно. В этом случае выдаваемая в нагрузку мощность будет ограниченна максимальными значениями токов, установленными в преобразователях 12 и 14.In this mode, it is assumed that the industrial network 1 is completely absent or does not meet the requirements of consumers 7 and 9. Consumers 7 and 9 of the AC and DC networks receive power from the solar power supply 3, generator 2 or NE 4, through bi-directional converters 10, 11, 12 and 14, respectively. In this case, the power supplied to the load will be limited by the maximum currents set in the converters 12 and 14.

4. Выпрямительный режим c зарядом накопителей электрической энергии4. Rectifying mode with a charge of electric energy storage

Потребители 7 сети переменного тока 6 получают питание от промышленной сети переменного тока 1, а потребители постоянного тока 9 через преобразователи 12 и 14. В этом режиме разрешен заряд НЭ 4 от промышленной сети переменного тока 1. В случае, если генератор 2 подает напряжение на порт 19 и ФЭП 3 генерируют энергию, то зарядный ток НЭ 4 через преобразователь 11 будет, распределяется от источников 3, 2 и 1, при этом приоритетным источником будет ФЭП 3. Consumers 7 of AC 6 receive power from the industrial AC 1, and consumers of DC 9 through converters 12 and 14. In this mode, the charge of NE 4 from the industrial AC 1 is allowed. In the event that generator 2 supplies voltage to the port 19 and FEP 3 generate energy, then the charging current of NE 4 through the converter 11 will be distributed from sources 3, 2 and 1, while the priority source will be FEP 3.

Таким образом, преобразовательный комплекс 5 позволяет в условиях дефицита выделенной мощности и перегруженности подводящей линии промышленной сети 1, сократить дефицит энергии за счет источников 3, 4 и 2, повысить пропускную способность и эффективность линии электропередачи промышленной сети переменного тока 1. Кроме того, преобразовательный комплекс 5 исключает применение отдельного зарядного устройства накопителя электрической энергии от фотоэлектрического преобразователя с функцией отслеживания точки максимальной мощности и двух зарядных устройств от источников переменного тока – промышленной сети и генератора, которые необходимо применять в существующих системах накопления электрической энергии.Thus, the conversion complex 5 allows under the conditions of a shortage of allocated power and congestion in the supply line of the industrial network 1, to reduce the energy shortage due to sources 3, 4 and 2, to increase the throughput and efficiency of the power line of the industrial AC network 1. In addition, the conversion complex 5 eliminates the use of a separate charger of the electric energy storage device from the photoelectric converter with the function of tracking the maximum power point and two chargers AC sources - industrial network and the generator, which must be used in existing electric energy storage systems.

Claims (1)


Инверторный зарядно-разрядный преобразовательный комплекс с разнородными источниками энергии для питания потребителей переменного и постоянного тока, содержащий двунаправленный двухпортовый инвертор, первый порт которого подключен к блоку аккумуляторных батарей, а второй порт соединен с шиной переменного тока, распределительное устройство, содержащее контактор системы накопления, контактор сети переменного тока, модуль качества сети, контактор сети постоянного тока, сеть потребителей постоянного тока, автономную нагрузку, отличающийся тем, что дополнительно введены первый двунаправленный трехпортовый высокочастотный DC-DC конвертор с блоком управления и гальванической развязкой портов, активный выпрямитель со своим блоком управления, второй двухпортовый высокочастотный DC-DC конвертор с блоком управления и гальванической развязкой портов, управляющий контроллер, информационно-управляющая шина, внутренняя шина постоянного тока, причем первый DC-DC конвертор через свой первый порт соединен с массивом фотоэлектрических преобразователей, через второй порт подключен с массивом накопителей электрической энергии, а через третий порт соединен с внутренней шиной постоянного тока, второй DC-DC конвертор через свой первый порт подключен к внутренней шине постоянного тока, вторым портом через контактор сети постоянного тока соединен с выходной сетью постоянного тока, двунаправленный инвертор через свой первый порт подключен к внутренней шине постоянного тока, второй порт инвертора соединен с первым портом распределительного устройства электроэнергии, второй и третий порт которого соединен соответственно с промышленной сетью переменного тока и выходной сетью переменного тока потребителей, первый порт управляющего контроллера соединен с информационно-управляющей шиной, которая подключена к блокам управления активного выпрямителя, двунаправленного трехпортового DC-DC конвертора, двунаправленного двухпортового инвертора, двухпортового высокочастотного DC-DC конвертора, второй порт управляющего контроллера подключен к входам управления системой активного выравнивания напряжения на последовательно включенных ячейках накопителя электрической энергии и системой автоматического пуска генератора, а через третий порт осуществляется подключение по интерфейсу Ethernet.

An inverter charging-discharge converting complex with dissimilar energy sources for supplying AC and DC consumers, containing a bi-directional two-port inverter, the first port of which is connected to the battery pack, and the second port is connected to the AC bus, a switchgear containing an accumulator contactor, a contactor AC networks, network quality module, DC network contactor, DC consumers network, autonomous load, distinguish which additionally introduces the first bi-directional three-port high-frequency DC-DC converter with a control unit and galvanic isolation of ports, an active rectifier with its own control unit, the second two-port high-frequency DC-DC converter with a control unit and galvanic isolation of ports, a control controller, information and control bus, internal DC bus, and the first DC-DC converter through its first port is connected to an array of photoelectric converters, through the second port is connected with an array of electric energy storage devices, and through the third port it is connected to the internal DC bus, the second DC-DC converter through its first port is connected to the internal DC bus, the second port is connected to the DC output network through the DC network contactor, the bi-directional inverter through its first port is connected to the internal DC bus, the second port of the inverter is connected to the first port of the power switchgear, the second and third port of which are connected respectively with industrial AC network and AC output network of consumers, the first port of the control controller is connected to the information and control bus, which is connected to the control units of the active rectifier, bi-directional three-port DC-DC converter, bi-directional two-port inverter, two-port high-frequency DC-DC converter, the second the port of the control controller is connected to the control inputs of the active voltage equalization system in series-connected cells of the electronic storage device cal energy and automatic generator starting system, and through the third port is an Ethernet interface connection.
RU2017105492A 2017-02-21 2017-02-21 Local network with different energy sources inverter charging and discharge converter system RU2662791C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017105492A RU2662791C1 (en) 2017-02-21 2017-02-21 Local network with different energy sources inverter charging and discharge converter system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017105492A RU2662791C1 (en) 2017-02-21 2017-02-21 Local network with different energy sources inverter charging and discharge converter system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2662791C1 true RU2662791C1 (en) 2018-07-31

Family

ID=63142432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017105492A RU2662791C1 (en) 2017-02-21 2017-02-21 Local network with different energy sources inverter charging and discharge converter system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2662791C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109193661A (en) * 2018-11-05 2019-01-11 武汉大学 A kind of high-quality distribution system of alternating current-direct current mixing based on multiterminal flexible interconnection technology
RU2737616C1 (en) * 2020-05-06 2020-12-01 Общество с ограниченной ответственностью «Системы накопления энергии» Energy accumulation and distribution system and method of its operation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101340099B (en) * 2008-08-28 2011-06-01 国网武汉高压研究院 Super capacitor and accumulator hybrid energy-storing series type dynamic voltage restorer
RU2512880C2 (en) * 2012-08-16 2014-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Системы Постоянного Тока" Electric energy accumulation system based on accumulator batteries and supercapacitor with network enhancement function
RU2513547C1 (en) * 2012-09-07 2014-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Гамем" (ООО Гамем") Static reversible converter for power supply of alternating and direct-current consumers

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101340099B (en) * 2008-08-28 2011-06-01 国网武汉高压研究院 Super capacitor and accumulator hybrid energy-storing series type dynamic voltage restorer
RU2512880C2 (en) * 2012-08-16 2014-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Системы Постоянного Тока" Electric energy accumulation system based on accumulator batteries and supercapacitor with network enhancement function
RU2513547C1 (en) * 2012-09-07 2014-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Гамем" (ООО Гамем") Static reversible converter for power supply of alternating and direct-current consumers

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109193661A (en) * 2018-11-05 2019-01-11 武汉大学 A kind of high-quality distribution system of alternating current-direct current mixing based on multiterminal flexible interconnection technology
RU2737616C1 (en) * 2020-05-06 2020-12-01 Общество с ограниченной ответственностью «Системы накопления энергии» Energy accumulation and distribution system and method of its operation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bharath et al. A review on DC microgrid control techniques, applications and trends
KR101146670B1 (en) Energy management system and method for controlling thereof
KR102400502B1 (en) Energy storage system
KR101156536B1 (en) A energy storage system, and a method for controlling the same
TWI472121B (en) Discharge control apparatus and discharge control method
RU2512880C2 (en) Electric energy accumulation system based on accumulator batteries and supercapacitor with network enhancement function
CN110556856B (en) Communication-independent multi-mode electric energy router and seamless switching control method thereof
Kim et al. Operation and control strategy of a new hybrid ESS-UPS system
KR20130099022A (en) Power conversion system for energy storage system and controlling method of the same
JP2011135763A (en) Energy storage system and method of controlling the same
KR101319959B1 (en) Hybrid energy storage system
US11139675B2 (en) Hybrid energy storage system
CN109888845B (en) AC/DC hybrid micro-grid
KR20150106694A (en) Energy storage system and method for driving the same
JP4566658B2 (en) Power supply
RU2662791C1 (en) Local network with different energy sources inverter charging and discharge converter system
KR101764651B1 (en) Power applying apparatus and method for controlling connecting photovoltaic power generating apparatus
CN106026174B (en) A kind of grid-connected photovoltaic system with intelligent power dividing function
Xu et al. Energy management and control strategy for DC micro-grid in data center
CN107749633A (en) A kind of distributing energy management strategies of the distributed generation system containing energy storage
KR20140013553A (en) Hybrid photovoltaic system
CN113410904B (en) Multi-module parallel emergency power supply and control method
JP4337687B2 (en) Power supply
CN205724935U (en) A kind of grid-connected photovoltaic system with intelligent power dividing function
JP4569223B2 (en) Power supply

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190222

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20200706