RU2695633C1 - Modular electric power plant - Google Patents

Modular electric power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2695633C1
RU2695633C1 RU2018126069A RU2018126069A RU2695633C1 RU 2695633 C1 RU2695633 C1 RU 2695633C1 RU 2018126069 A RU2018126069 A RU 2018126069A RU 2018126069 A RU2018126069 A RU 2018126069A RU 2695633 C1 RU2695633 C1 RU 2695633C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
output
current
energy
filter
Prior art date
Application number
RU2018126069A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ильдар Фанильевич Зайнуллин
Александр Андреевич Медведев
Original Assignee
Ильдар Фанильевич Зайнуллин
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 Ильдар Фанильевич Зайнуллин filed Critical Ильдар Фанильевич Зайнуллин
Priority to RU2018126069A priority Critical patent/RU2695633C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2695633C1 publication Critical patent/RU2695633C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/26—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
    • 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
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/50—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
    • 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
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Abstract

FIELD: power engineering.SUBSTANCE: invention relates to the electric power industry. According to the invention, the modular power plant comprises different types of renewable energy sources with outputs on direct and alternating current, connected to inputs of universal charging controller, autonomous inverter, energy accumulator and control device. At that, comprises DC/DC converter and/or electromagnetic compatibility filter, step-up transformer three-phase transformer, first, second and third units of current and voltage phase transducers, bidirectional three-phase electric energy meter, first, second and third commutators and motor-generator. Output of each renewable power source is connected to one of universal charging controller inputs, universal charging controller output through the energy accumulator and the DC/DC converter and/or the electromagnetic compatibility filter is connected to the DC load and to the autonomous inverter input, phase groups of the output of the autonomous inverter through the first filter are connected to the primary windings of the step-up three-phase transformer, the output of which is connected through the second filter, the first unit of phase transducers of currents and voltages and the first switch is connected through an intermediate circuit of three-phase alternating current with AC load and fifth input of the universal charging controller. Intermediate circuit of three-phase alternating current, through the second switch, the second unit of current and voltage sensors and bidirectional three-phase electric energy counter is connected to the external three-phase network, through the third switch and the third unit of phase current and voltage sensors is connected to the motor-generator, control input/output of universal charging controller is connected to control device, which is connected through first, second, third, fourth, fifth and sixth inputs to energy accumulator, bidirectional three-phase electric energy counter, control panel, first, second and third units of phase current sensors and voltages. First, second, third, fourth, fifth and sixth outputs of control device are connected to autonomous inverter, first, second and third switches, motor-generator unit, converter DC/DC and/or filter of electromagnetic compatibility.EFFECT: improving reliability and quality of power supply to consumers.11 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к области электроснабжения потребителей, подключенных к электроэнергетической системе, работающей на нестабильных возобновляемых источниках энергии (ветро, гидро, фото и т.п. электрические станции).The invention relates to the electric power industry, in particular to the field of power supply to consumers connected to an electric power system operating on unstable renewable energy sources (wind, hydro, photo, etc. power plants).

Модульная электроэнергетическая установка предназначена для работы в системах электроснабжения общего назначения, при организации бесперебойного электроснабжения потребителей переменного и постоянного тока, локализации основных функций по объединению, согласованию и преобразованию энергии различных источников в одном электроэнергетическом модуле. Использование аккумулированной в накопителе суммарной электрической энергии постоянного тока, полученной в результате преобразования энергии каждого работающего первичного возобновляемого источника, преобразование электрической энергии постоянного тока в трехфазный переменный ток для потребителей, и возврата избытков электрической энергии в трехфазную питающую сеть переменного тока высокого качества и стабилизацией выходного фазного напряжения по величине и частоте при колебаниях входного напряжения в широком диапазоне. Автономная и бесперебойная работа электроэнергетической установки при отсутствии сетевого трехфазного переменного тока обеспечивается за счет аккумулированной электрической энергии постоянного тока в накопителе энергии и аварийной работе электроэнергетической установки при полном разряде накопителя энергии за счет электрической энергии двигатель-генераторной установки.The modular electric power plant is designed to work in general-purpose power supply systems, when organizing uninterrupted power supply to AC and DC consumers, localizing the main functions of combining, coordinating and converting energy from various sources in one electric power module. Using the accumulated total direct current electric energy accumulated in the drive as a result of converting the energy of each working primary renewable source, converting direct current electric energy to three-phase alternating current for consumers, and returning excess electric energy to a high-quality three-phase alternating current power supply and stabilizing the output phase voltage in magnitude and frequency when the input voltage fluctuates in a wide range. Autonomous and uninterrupted operation of an electric power installation in the absence of a three-phase alternating current network is ensured by the accumulated direct current electric energy in the energy storage device and emergency operation of the electric power installation when the energy storage device is completely discharged due to electric energy of the engine-generator set.

Известна автономная гибридная система электропитания для электрооборудования и способ управления системой (пат. РФ№2589889, опубл. 10.07.2016, МПК H02J 3/38). Система включает нестабильный источник питания, модуль накопления электроэнергии и газовую электрохимическую энергетическую установку, и характеризуется тем, что нестабильный источник питания представляет собой возобновляемый источник энергии или электрораспределительную сеть.A well-known autonomous hybrid power supply system for electrical equipment and a method of controlling the system (US Pat. RF No. 2589889, publ. 07/10/2016, IPC H02J 3/38). The system includes an unstable power source, an electric energy storage module, and a gas electrochemical power plant, and is characterized in that the unstable power source is a renewable energy source or an electrical distribution network.

Электрохимическая энергетическая установка включает топливный элемент для питания оборудования и заряда модуля накопления, электроэнергии, когда модуль накопления электроэнергии способен вырабатывать мощность, равную второму пороговому значению мощности, и пока мощность модуля накопления электроэнергии, заряжаемого за счет электрохимической энергетической установки, не достигнет первого порогового значения мощности, электролизную установку для вырабатывания топлива, когда источник способен вырабатывать мощность, превосходящую рабочую мощность оборудования, а модуль накопления электроэнергии способен вырабатывать мощность, являющуюся, по меньшей мере, равной первому пороговому значению мощности, и бак для накопления топлива, выработанного электролизной установкой, и переноса топлива в батарею.An electrochemical power plant includes a fuel cell for powering the equipment and charging the storage module, electric power, when the electric power storage module is capable of generating power equal to the second power threshold value, and until the power of the electric power storage module charged by the electrochemical power plant reaches the first power threshold value , an electrolysis plant for generating fuel, when the source is capable of generating power exceeding the operating capacity of the equipment, and the electric power storage module is capable of generating power that is at least equal to the first threshold power value, and a tank for accumulating fuel generated by the electrolysis unit and transferring fuel to the battery.

Недостатком известной автономной гибридной системы электропитания для электрооборудования является необходимость производства водорода методом электролиза, что ведет к значительному усложнению процесса эксплуатации и ужесточению предъявляемых нормативных требований к помещению, оборудованию, обслуживанию, ремонту, вентиляции, контролю, сигнализации, наличию и качеству расходных материалов (воды, электролита, азота) и т.д. Электролизные установки относятся к взрывоопасным, пожароопасным помещениям, где необходим постоянный контроль основных параметров (величину давления, процентное содержание водорода в кислороде, кислорода в водороде и т.д.). К недостаткам также следует отнести низкий общий КПД такой установки (30-40%), обусловленный необходимостью преобразования электрической энергии в водород и обратно в электрическую энергию и усложнение конструкции (наличие в установках трубопроводов, насосов, клапанов, газоанализаторов, датчиков давления, турбины и т.д.), что ведет к общему снижению надежности электроснабжения.A disadvantage of the well-known autonomous hybrid power supply system for electrical equipment is the need for hydrogen production by electrolysis, which leads to a significant complication of the operation process and stricter regulatory requirements for the premises, equipment, maintenance, repair, ventilation, monitoring, signaling, the presence and quality of consumables (water, electrolyte, nitrogen), etc. Electrolysis plants belong to explosive, fire hazardous areas where constant monitoring of the main parameters is required (pressure value, percentage of hydrogen in oxygen, oxygen in hydrogen, etc.). The disadvantages also include the low overall efficiency of such an installation (30-40%), due to the need to convert electrical energy into hydrogen and vice versa into electrical energy and design complexity (the presence of pipelines, pumps, valves, gas analyzers, pressure sensors, turbines, etc. .d.), which leads to an overall decrease in the reliability of power supply.

Известно устройство электропитания, совмещенное УЭПС с универсальным входом (МПК H02J 9/04 патент РФ №145010, опубл. 10.09.2014 г.), характеризующееся наличием четырех устройств автоматического ввода резерва, AC/DC преобразователями напряжения, автономной аккумуляторной батареей, устройством автоматического заряда аккумуляторной батареи, DC/DC преобразователями напряжения, устройством индикации состояния и устройством диагностики. УЭПС-УВ снабжено основным и резервным однофазными и/или трехфазными вводами электроснабжения.A power supply device is known that combines UEPS with a universal input (IPC H02J 9/04 RF patent No. 145010, published on 09/10/2014), characterized by the presence of four devices for automatically inputting a reserve, AC / DC voltage converters, an autonomous battery, and an automatic charging device battery, DC / DC voltage converters, status indicator and diagnostic device. UEPS-UV is equipped with primary and backup single-phase and / or three-phase power supply inputs.

Недостатками известного устройства электропитания является низкая эффективность устройства при наличии напряжения на шине гарантированного питания, преобразователи напряжения AC/DC 2 работают в режиме постоянного преобразования, преобразователи напряжения DC/АС 3, DC/AC 4, DC/DC 8 работают в режиме холостого хода, при этом все потребители переменного тока получают электропитание от шины гарантированного питания, что ведет к снижению КПД установки из-за потерь электрической энергии на преобразование и охлаждение преобразователей. Значительное число преобразователей напряжения в данном устройстве усложняет конструкцию и управление коммутацией электрических потоков и снижает общую надежность устройства.The disadvantages of the known power supply device is the low efficiency of the device in the presence of voltage on the guaranteed power bus, AC / DC 2 voltage converters operate in constant conversion mode, DC / AC 3 voltage converters, DC / AC 4, DC / DC 8 operate in idle mode, at the same time, all consumers of alternating current receive power from the bus guaranteed power, which leads to lower efficiency of the installation due to the loss of electrical energy for the conversion and cooling of the converters. A significant number of voltage converters in this device complicates the design and control of switching electric flows and reduces the overall reliability of the device.

Известна электроэнергетическая система на возобновляемых источниках энергии (МПК H02J 3/32 патент RU №2476970, опубл. 27.02.2013 г.), принятая за прототип, содержащая два генератора, два выпрямителя, аккумуляторную батарею и инвертор, при этом вход первого генератора соединен с ветродвигателем, а выход первого генератора - с первым выпрямителем, вход второго генератора соединен с гидротурбиной, а выход второго генератора связан со вторым выпрямителем. Датчик ветра, датчик воды, датчик температуры и датчик солнечной радиации подключены к входу первой системы управления, к выходу которой подключены входы трех контроллеров заряда и один из входов второй системы управления. Вход первого контроллера заряда соединен с солнечными панелями, вход второго контроллера заряда соединен с выходом первого выпрямителя, вход третьего контроллера заряда соединен с выходом второго выпрямителя. Выходы трех контроллеров заряда подключены к входу аккумуляторной батареи и входу инвертора, выход которого соединен с нагрузкой, подключенной к входу второй системы управления вместе с выходом аккумуляторной батареи, при этом к выходу второй системы управления подключен вход регулятора балласта, выход которого связан с балластной нагрузкой.Known electric power system for renewable energy sources (IPC H02J 3/32 patent RU No. 2476970, publ. 02.27.2013), adopted for the prototype, containing two generators, two rectifiers, a battery and an inverter, while the input of the first generator is connected to a wind turbine, and the output of the first generator with the first rectifier, the input of the second generator is connected to the turbine, and the output of the second generator is connected to the second rectifier. A wind sensor, a water sensor, a temperature sensor and a solar radiation sensor are connected to the input of the first control system, to the output of which the inputs of three charge controllers and one of the inputs of the second control system are connected. The input of the first charge controller is connected to the solar panels, the input of the second charge controller is connected to the output of the first rectifier, the input of the third charge controller is connected to the output of the second rectifier. The outputs of three charge controllers are connected to the input of the battery and the input of the inverter, the output of which is connected to the load connected to the input of the second control system together with the output of the battery, while the input of the ballast controller, the output of which is connected with the ballast load, is connected to the output of the second control system.

Существенным недостатком известной электроэнергетической системы на возобновляемых источниках энергии является низкая надежность обеспечения потребителей электроэнергией, предопределенная отсутствием резервных или аварийных источников электрической энергии. В случаях отсутствия или недостаточного количества электрической энергии первичных возобновляемых источников для питания нагрузки и снижении емкостного заряда аккумуляторной батареи до минимально допустимой величины, может произойти аварийное отключение системы электроснабжения. Другим фактором, значительно снижающим надежность, является утилизация излишков мощности с помощью балластной нагрузки, что ведет к значительным потерям электроэнергии и общему снижению КПД электроэнергетической системы, а отсутствие фильтров на выходе инвертора, который соединен с нагрузкой, ведет к снижению качества вырабатываемой электрической энергии.A significant disadvantage of the known renewable energy electric system is the low reliability of providing consumers with electric energy, predetermined by the absence of backup or emergency sources of electric energy. In cases of absence or insufficient amount of electric energy of primary renewable sources to power the load and reduce the capacitive charge of the battery to the minimum acceptable value, an emergency shutdown of the power supply system may occur. Another factor that significantly reduces reliability is the utilization of excess power using a ballast load, which leads to significant energy losses and an overall decrease in the efficiency of the electric power system, and the absence of filters at the inverter output, which is connected to the load, leads to a decrease in the quality of the generated electric energy.

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: разнотипные возобновляемые источники энергии, включая, по меньшей мере, один ветровой генератор, фотоэлектрическую батарею, гидрогенератор, соединенные с входами контроллеров заряда, выходы контроллеров заряда подключены к входу накопителя энергии, входу автономного инвертора, и устройству управления.Signs that coincide with the claimed object: heterogeneous renewable energy sources, including at least one wind generator, a photovoltaic battery, a hydro generator connected to the inputs of the charge controllers, the outputs of the charge controllers are connected to the input of the energy storage device, the input of the autonomous inverter, and the control device.

Задачей предлагаемого изобретения является создание модульной электроэнергетической установки, обеспечивающей высокую надежность электроснабжения потребителей постоянного и переменного тока с электропитанием от возобновляемых источников и рекуперацию в сеть излишков энергии, поступающей от них с одновременным повышением симметрии сети.The objective of the invention is the creation of a modular electric power plant that provides high reliability of power supply to consumers of direct and alternating current with power from renewable sources and the recovery of excess energy coming from them with a simultaneous increase in the symmetry of the network.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности и качества электроснабжения потребителей путем введения новых функциональных узлов, новых связей между ними и организации управления фазными группами автономного инвертора с учетом асимметрии питающей сети.The technical result to which the claimed invention is directed is to increase the reliability and quality of power supply to consumers by introducing new functional units, new connections between them and organizing the management of phase groups of an autonomous inverter, taking into account the asymmetry of the supply network.

Технический результат достигается тем, что в модульной электроэнергетической установке, содержащей разнотипные возобновляемые источники энергии с выходами на постоянном и переменном токе, соединенные с входами универсального зарядного контроллера, автономным инвертором, накопителем энергии и устройством управления, дополнительно введены преобразователь DC/DC и/или фильтр электромагнитной совместимости, трехфазный трансформатор, первый, второй и третий блоки фазных датчиков тока и напряжения, двунаправленный трехфазный счетчик электрической энергии, первый, второй и третий коммутаторы и двигатель - генератор, причем выход каждого возобновляемого источника энергии соединен с одним из входов универсального зарядного контроллера, выход универсального зарядного контроллера через накопитель энергии и преобразователь DC/DC и/или фильтр электромагнитной совместимости соединен с нагрузкой постоянного тока и с входом автономного инвертора, фазные группы выхода автономного инвертора через первый фильтр соединены с первичными обмотками повышающего трехфазного трансформатора, выход которого через второй фильтр, первый блок фазных датчиков токов и напряжений и первый коммутатор соединен через промежуточную цепь трехфазного переменного тока с нагрузкой переменного тока и пятым входом универсального зарядного контроллера, промежуточная цепь трехфазного переменного тока через второй коммутатор, второй блок датчиков токов и напряжений и двунаправленный трехфазный счетчик электрической энергии соединена с внешней трехфазной сетью, через третий коммутатор и третий блок фазных датчиков токов и напряжений соединена с двигатель-генератором, управляющий вход/выход универсального зарядного контроллера соединен с устройством управления, которое через первый, второй, третий, четвертый пятый и шестой входы соединено соответственно с накопителем энергии, двунаправленным трехфазным счетчиком электрической энергии, пультом управления, первым, вторым и третьим блоками фазных датчиков токов и напряжений, а первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы устройства управления соединены соответственно с автономным инвертором, первым, вторым, и третьим коммутаторами, двигатель-генераторной установкой, преобразователем DC/DC и/или фильтром электромагнитной совместимости.The technical result is achieved by the fact that in a modular electric power installation containing various types of renewable energy sources with DC and AC outputs connected to the inputs of a universal charging controller, an autonomous inverter, an energy storage device and a control device, a DC / DC converter and / or filter are additionally introduced electromagnetic compatibility, three-phase transformer, first, second and third blocks of phase current and voltage sensors, bidirectional three-phase electric meter energy, the first, second and third switches and the engine is a generator, the output of each renewable energy source being connected to one of the inputs of the universal charging controller, the output of the universal charging controller through an energy storage device and a DC / DC converter and / or electromagnetic compatibility filter connected to the load DC and with the input of the autonomous inverter, the phase groups of the output of the autonomous inverter through the first filter are connected to the primary windings of the increasing three-phase transformation a torus, the output of which is through a second filter, the first block of phase current and voltage sensors and the first switch are connected through an intermediate circuit of three-phase alternating current with an AC load and the fifth input of a universal charging controller, an intermediate circuit of three-phase alternating current through a second switch, and a second block of current sensors and voltage and a bi-directional three-phase meter of electrical energy is connected to an external three-phase network, through a third switch and a third block of phase current and voltage sensors connected to the engine generator, the control input / output of the universal charging controller is connected to a control device, which through the first, second, third, fourth fifth and sixth inputs is connected respectively to an energy storage device, a bi-directional three-phase electric energy meter, a control panel, the first, second and the third blocks of phase sensors for currents and voltages, and the first, second, third, fourth, fifth and sixth outputs of the control device are connected respectively to an autonomous inverter, first, second m, and the third switch, the motor-generator set, the converter DC / DC and / or EMC filter.

Рационально в модульной электроэнергетической установке накопитель энергии выполнять преимущественно в виде блока конденсаторов большой емкости или аккумуляторной батареи.It is rational in a modular electric power installation to store energy primarily in the form of a block of large capacitors or a battery.

Целесообразно в модульной электроэнергетической установке в состав возобновляемых источников энергии включать гидрогенераторы, установленные на трубопроводах поступающей в помещение воды, работающие за счет разности давлений и спортивный тренажер, механически связанный с генератором электрической энергии.It is advisable in a modular electric power installation to include renewable energy sources in the composition of hydrogenerators installed on pipelines of water entering the room, working due to the pressure difference and a sports simulator, mechanically connected to an electric energy generator.

Рекомендуется в модульной электроэнергетической установке автономный инвертор выполнять с двухтактными транзисторными ключами в выходном каскаде.It is recommended that in a modular electric power installation, an autonomous inverter be run with push-pull transistor switches in the output stage.

Целесообразно в модульной электроэнергетической установке автономный инвертор выполнять с индивидуальным управлением широтно-импульсной модуляцией коммутационными элементами фазных групп, разделенных по принципу формирования переменного тока каждой фазы.It is advisable in a modular electric power plant to operate an autonomous inverter with individual control of pulse-width modulation by switching elements of phase groups, separated by the principle of formation of alternating current of each phase.

Рационально в модульной электроэнергетической установке фазные группы автономного инвертора соединять с первичными обмотками повышающего трехфазного трансформатора преимущественно через первый фильтр.It is rational in a modular electric power installation to connect the phase groups of an autonomous inverter to the primary windings of a step-up three-phase transformer mainly through the first filter.

Рекомендуется в модульной электроэнергетической установке выходные обмотки повышающего трансформатора соединять с первым блоком датчиков токов и напряжений преимущественно через второй фильтр.It is recommended in a modular electric power plant that the output windings of a step-up transformer be connected to the first block of current and voltage sensors mainly through a second filter.

Рекомендуется модульную электроэнергетическую установку выполнятьModular power installation recommended

преимущественно в виде четырех унифицированных модулей: модуля переменного тока, преобразовательного модуля, зарядного модуля и модуля постоянного тока.mainly in the form of four unified modules: an alternating current module, a converter module, a charging module and a direct current module.

Рационально в модульной электроэнергетической установке выполнять соединение выхода пульта управления с устройством управления и нагрузкой переменного тока.It is rational in a modular electric power installation to connect the output of the control panel with a control device and an AC load.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 схематически представлена электрическая схема установки,in FIG. 1 schematically shows an electrical installation diagram,

на фиг. 2 отображена структурная схема,in FIG. 2 shows a block diagram

на фиг. 3 показана схема соединения фазных групп автономного инвертора с первичными обмотками повышающего трансформатора,in FIG. 3 shows a diagram of the connection of the phase groups of an autonomous inverter with the primary windings of a step-up transformer,

на фиг. 4 изображена модульная компоновка установки на основе типизации и конструктивной унификации.in FIG. 4 shows a modular installation layout based on typification and structural unification.

Модульная электроэнергетическая установка (фиг. 1) содержит разнотипные возобновляемые источники энергии с выходами на постоянном и переменном токе, такие, как ветровой генератор 1, преобразующий кинетическую энергию ветрового потока в электрическую, фотоэлектрическую батарею 2, преобразующую солнечное излучение в электрическую энергию, гидрогенератор 3, преобразующий кинетическую энергию водного потока в электрическую энергию. В состав установки может быть включен спортивный тренажер, (на чертеже не показан) механически связанный с электрогенератором 4, преобразующий энергию мышечной силы в электрическую энергию. Выход 5 ветрового генератора 1 соединен с первым входом универсального зарядного контроллера 9, объединяющего функции универсального зарядного контроллера, выполненного с возможностью отбора мощности в одном из рабочих режимов от промежуточной цепи трехфазного переменного тока 25 и осуществления гарантированного питания электрической энергией нагрузки постоянного тока 14. Выход 6 фотоэлектрической батареи 2 соединен со вторым входом универсального зарядного контроллера 9, выход 7 гидрогенератора 3 соединен с третьим входом универсального зарядного контроллера 9, выход 8 электрогенератора спортивного тренажера 4 соединен с четвертым входом универсального зарядного контроллера 9. Выход постоянного тока 10 универсального зарядного контроллера 9 соединен с накопителем энергии 11 и через выход 12 постоянного тока и преобразователь DC/DC 13 и/или фильтр электромагнитной совместимости, соединен с питающим входом 37 автономного инвертора 15 и нагрузкой постоянного тока 14. Накопитель энергии 11 выполняется преимущественного в виде блока конденсаторов большой емкости или аккумуляторной батареи.The modular electric power installation (Fig. 1) contains various types of renewable energy sources with direct and alternating current outputs, such as a wind generator 1, which converts the kinetic energy of the wind stream into electric, photovoltaic battery 2, converts solar radiation into electrical energy, hydro generator 3, converting the kinetic energy of a water stream into electrical energy. The structure of the installation may include a sports simulator (not shown in the drawing) mechanically coupled to an electric generator 4, which converts the energy of muscle strength into electrical energy. The output 5 of the wind generator 1 is connected to the first input of the universal charging controller 9, combining the functions of a universal charging controller, configured to take power in one of the operating modes from an intermediate circuit of a three-phase alternating current 25 and to ensure a guaranteed supply of electric power to the DC load 14. Output 6 the photovoltaic battery 2 is connected to the second input of the universal charging controller 9, the output 7 of the hydrogenerator 3 is connected to the third input universally of the charging controller 9, the output 8 of the electric generator of the sports simulator 4 is connected to the fourth input of the universal charging controller 9. The DC output 10 of the universal charging controller 9 is connected to the energy storage 11 and through the DC output 12 and the DC / DC converter 13 and / or the electromagnetic filter compatibility, connected to the power input 37 of the autonomous inverter 15 and the DC load 14. The energy storage 11 is performed primarily in the form of a block of capacitors of large capacity or battery th battery.

Преобразователь DC/DC 13 применяется в случае использовании источника-накопителя 11, выполненного в виде блока конденсаторов большой емкости. Независимо от величины напряжения емкостного заряда он преобразует энергию постоянного тока накопителя энергии 11, напряжение которого может изменяться в широких пределах, в энергию постоянного тока со стабильным напряжением, равным требуемому номинальному значению напряжения нагрузки постоянного тока 14 и входного напряжения автономного инвертора 15.The DC / DC converter 13 is used when using a storage source 11, made in the form of a block of capacitors of large capacity. Regardless of the magnitude of the voltage of the capacitive charge, it converts the DC energy of the energy storage device 11, the voltage of which can vary widely, into DC energy with a stable voltage equal to the required nominal value of the DC load voltage 14 and the input voltage of the autonomous inverter 15.

В случае применения в качестве накопителя энергии 11 аккумуляторной батареи, для сглаживания пульсаций напряжения при преобразовании переменного тока от возобновляемых источников энергии на входе накопителя энергии 11 может устанавливаться фильтр электромагнитной совместимости (на чертежах не показан).In the case of using a battery 11 as an energy storage device, an electromagnetic compatibility filter (not shown) can be installed at the input of the energy storage device 11 to smooth out voltage ripples when converting alternating current from renewable energy sources 11.

В структурной схеме фиг. 2 направление электрических потоков показаны стрелками, кроме того, дополнительно отображена внутренняя шина постоянного тока 38 универсального зарядного контроллера 9.In the block diagram of FIG. 2, the direction of electric flows is shown by arrows, in addition, the internal DC bus 38 of the universal charging controller 9 is additionally displayed.

Коммутационные элементы автономного инвертора 15 разделены на фазные группы 16, 17, 18 и в одном из вариантов реализации выполнены в виде силовых IGBT транзисторов и соединены (фиг. 3) через первый фильтр 19 с входом повышающего трехфазного трансформатора 20. В качестве коммутационных элементов могут быть использованы управляемые тиристоры, биполярные транзисторы, силовые IGBT транзисторы и другие элементы, обладающие минимальным значением остаточного напряжения в открытом состоянии. Через второй фильтр 21, первый блок фазных датчиков токов и напряжений 23 и первый коммутатор 24 выход повышающего трансформатора 20 соединен с промежуточной цепью трехфазного переменного тока 25, к которой подсоединены нагрузка переменного тока 26 и пятый вход 27 универсального зарядного контроллера 9. К промежуточной цепи переменного тока 25 через третий коммутатор 34 и третий блок датчиков токов и напряжений 33 подключен двигатель-генератор 32. Наличие первого 19 и второго 21 фильтров позволяет значительно снизить содержание гармоник в промежуточной цепи трехфазного переменного тока 25, возникающих при переключении коммутационных элементов 16,17.18 автономного инвертора 15.The switching elements of the autonomous inverter 15 are divided into phase groups 16, 17, 18 and in one embodiment are made in the form of power IGBT transistors and connected (Fig. 3) through the first filter 19 with the input of a step-up three-phase transformer 20. As switching elements, there can be used controlled thyristors, bipolar transistors, power IGBT transistors and other elements with a minimum value of residual voltage in the open state. Through the second filter 21, the first block of phase current and voltage sensors 23 and the first switch 24, the output of the step-up transformer 20 is connected to an intermediate circuit of a three-phase alternating current 25, to which an AC load 26 and a fifth input 27 of a universal charging controller 9 are connected. current 25 through the third switch 34 and the third block of current and voltage sensors 33 connected to the motor generator 32. The presence of the first 19 and second 21 filters can significantly reduce the harmonic content in between hydrochloric three-phase AC circuit 25 that arise when switching the switching elements of the inverter 15 16,17.18 autonomous.

Через второй коммутатор 31, второй блок датчиков тока и напряжения 30 и двунаправленный счетчик электрической энергии 29 промежуточная цепь трехфазного переменного тока 25 соединена с внешней трехфазной сетью 28, что позволяет в некоторых режимах работы установки передавать в нее излишки электроэнергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками энергии 1, 2, 3, 4, либо потреблять энергию из внешней трехфазной сети 28 при нехватке мощности возобновляемых источников энергии 1, 2, 3, 4. Управляющий вход/выход универсального зарядного контроллера 9 соединен с устройством управления 35, которое через первый, второй, третий, четвертый пятый и шестой входы соединено соответственно с накопителем энергии 11, двунаправленным трехфазным счетчиком электрической энергии 29, пультом управления 36, первым блоком фазных датчиков токов и напряжений 23, вторым блоком фазных датчиков токов и напряжений 30, третьим блоком фазных датчиков токов и напряжений 33, а первый, второй, третий, четвертый, пятый, и шестой выходы устройства управления 35 соединены соответственно с автономным инвертором 15, первым коммутатором 24, вторым коммутатором 31, третьим коммутатором 34, двигатель-генераторной установкой 32, преобразователем DC/DC 13 или при использовании аккумуляторных батарей с фильтром электромагнитной совместимости.Through a second switch 31, a second block of current and voltage sensors 30 and a bi-directional electric energy meter 29, an intermediate circuit of a three-phase alternating current 25 is connected to an external three-phase network 28, which allows in some operating modes of the installation to transfer surplus electricity generated by renewable energy sources 1, 2, 3, 4, or consume energy from an external three-phase network 28 with a lack of power of renewable energy sources 1, 2, 3, 4. Control input / output of a universal charging controller 9 s connected to a control device 35, which is connected through the first, second, third, fourth fifth and sixth inputs to an energy storage device 11, a bi-directional three-phase electric energy meter 29, a control panel 36, a first block of phase current and voltage sensors 23, and a second block of phase sensors currents and voltages 30, the third block of phase sensors for currents and voltages 33, and the first, second, third, fourth, fifth, and sixth outputs of the control device 35 are connected respectively to an autonomous inverter 15, the first comm ator 24, second switch 31, third switch 34, the motor-generator set 32, converter DC / DC 13, or by using batteries with electromagnetic compatibility filter.

Двигатель-генераторная установка 32 запускается при минимальном значении энергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками энергии 1, 2, 3, 4, запасенной накопителем энергии 11, что исключает возникновение перебоев снабжения электроэнергией нагрузок постоянного 14 и переменного тока 26.The engine-generator set 32 starts at the minimum value of the energy generated by renewable energy sources 1, 2, 3, 4, stored by the energy storage device 11, which eliminates the occurrence of interruptions in the supply of electricity to the loads of DC 14 and AC 26.

Работает модульная электроэнергетическая установка следующим образом.The modular electric power plant operates as follows.

В память устройства управления 35 заносятся номинальные электрические характеристики основных компонентов модульной электроэнергетической установки, включая характеристики: повышающего трансформатора 20, возобновляемых источников энергии 1, 2, 3, 4, значение емкости накопителя энергии 11, при использовании аккумуляторной батареи в виде накопителя энергии в память устройства управления 35 заносится табличная зависимость величины емкостного заряда и значений тока при зарядно-разрядных циклах от величины напряжения, значение максимальной мощности нагрузок переменного 26 и постоянного 14 токов, а также алгоритм выбора приоритетных режимов работы установки при минимальных или пиковых нагрузках переменного 26 и постоянного 14 тока.In the memory of the control device 35, the nominal electrical characteristics of the main components of the modular electric power installation are entered, including the characteristics of a step-up transformer 20, renewable energy sources 1, 2, 3, 4, the value of the energy storage capacity 11, when using the battery in the form of an energy storage device control 35, a tabular dependence of the value of the capacitive charge and current values during charge-discharge cycles on the voltage value is recorded, the maximum value oschnosti AC load 26 and the constant currents 14 and setup priority selection algorithm operating modes at minimum AC or peak loads 26 and 14 constant current.

Основные преимущества модульной электроэнергетической установки заключаются в различных режимах работы, зависящих от величины емкостного заряда источника накопителя 11, величины электрической энергии нестабильных возобновляемых источников энергии 1, 2, 3, 4, величины потребляемой электрической энергии потребителями постоянного 14 и переменного 26 тока в данный момент времени.The main advantages of a modular electric power installation are various modes of operation, depending on the magnitude of the capacitive charge of the storage source 11, the magnitude of the electrical energy of unstable renewable energy sources 1, 2, 3, 4, the amount of electrical energy consumed by consumers of direct 14 and alternating 26 current at a given time .

1. Начальный режим работы.1. The initial mode of operation.

В зависимости от уровня емкостного заряда источника накопителя 11 и величины электрической энергии нестабильных возобновляемых источников энергии 1, 2, 3, 4 возможны два варианта реализации начального режима работы:Depending on the level of capacitive charge of the drive source 11 and the magnitude of the electrical energy of unstable renewable energy sources 1, 2, 3, 4, two options for implementing the initial operating mode are possible:

- начальный режим работы с потреблением энергии возобновляемых источников;- The initial mode of operation with the energy consumption of renewable sources;

- начальный режим работы с потреблением энергии из внешней трехфазной сети.- The initial mode of operation with energy consumption from an external three-phase network.

Тот или иной вариант задается с пульта управления 36, либо устанавливается устройством управления 35.One or another option is set from the control panel 36, or is set by the control device 35.

В первом варианте начального режима работы при превышении минимального уровня емкостного заряда источника - накопителя энергии 11, контролируемого устройством управления 35 через вход 10, и устойчивой генерации электрической энергии возобновляемыми источниками энергии 1, 2, 3, 4, емкостной постоянный ток накопителя энергии 11 преобразуется преобразователем DC/DC 13, поступает на нагрузку постоянного тока 14 и одновременно через вход 37 на автономный инвертор 15. Устройство управления 35 с помощью ШИМ автономного инвертора 15 формирует симметричное синусоидальное трехфазное напряжение, с помощью второго блока датчиков тока и напряжений 30 на стороне внешней трехфазной сети 28 осуществляет мониторинг текущих значений фазных напряжений сети 28 и углов сдвига фаз между ними. На основе полученной измерительной информации устройство управления 35 формирует управляющий сигнал для коммутационных элементов фазных групп 16, 17, 18 автономного инвертора 15. Фазное корректирование осуществляется путем изменения длительности промежутков времени, в течение которых открываются коммутационные элементы фазных групп 16, 17, 18, в результате чего минимизируется разностный сдвиг фаз между промежуточной цепью 25 переменного тока и внешней трехфазной сетью 28, что обеспечивает синхронизацию модульной электроэнергетической установки с внешней трехфазной сетью 28. Энергетическая установка может быть переведена в один из вариантов автономного режима работы, либо какой- либо вариант режима совместной работы с внешней трехфазной сетью, обеспечивающих бесперебойное питание нагрузки переменного тока 26 и нагрузки постоянного тока 14.In the first version of the initial mode of operation, when the minimum level of the capacitive charge of the source - energy storage device 11 is controlled by the control device 35 through the input 10 and the stable generation of electric energy by renewable energy sources 1, 2, 3, 4 is reached, the capacitive direct current of the energy storage device 11 is converted by the converter DC / DC 13, is supplied to the DC load 14 and simultaneously through the input 37 to the autonomous inverter 15. The control device 35 using the PWM of the autonomous inverter 15 forms a symmetrical an inusoidal three-phase voltage, using the second block of current and voltage sensors 30 on the side of the external three-phase network 28, monitors the current values of the phase voltages of the network 28 and the phase angle between them. Based on the obtained measurement information, the control device 35 generates a control signal for the switching elements of the phase groups 16, 17, 18 of the autonomous inverter 15. Phase correction is carried out by changing the duration of the time intervals during which the switching elements of the phase groups 16, 17, 18 open, as a result which minimizes the phase difference between the intermediate circuit 25 of an alternating current and an external three-phase network 28, which ensures synchronization of a modular electric power plant wakes with an external three-phase network 28. The power plant can be converted into one of the options for stand-alone operation, or some version of the mode of collaboration with an external three-phase network, providing uninterrupted power to the AC load 26 and the DC load 14.

Во втором варианте начального режима работы электрическая энергия трехфазной сети переменного тока 28 через трехфазный двунаправленный счетчик электрической энергии 29, второй блок датчиков тока и напряжения 30, служащий для контроля параметров внешней трехфазной сети переменного тока 28, и второй коммутатор 31 поступает в промежуточную цепь переменного тока 25. Питание нагрузки переменного тока 26 осуществляется через нормально замкнутые контакты второго коммутатора 31 и промежуточную цепь переменного тока 25. Питание нагрузки постоянного тока 14, обеспечивается за счет преобразования трехфазного переменного тока промежуточной цепи 25, передаваемого через вход 27 универсального зарядного контроллера 9 в регулируемый постоянный ток выхода 10 зарядного контроллера 9. Зарядный ток от универсального зарядного контроллера 9 передается на накопитель энергии 11 и через выход 12 постоянного тока поступает на вход преобразователя DC/DC 13 и/или фильтр электромагнитной совместимости, и питает нагрузку постоянного тока 14. Питание электроэнергетической установки при этом осуществляется от внешней трехфазной сети 28 и частично от нестабильных возобновляемых источников энергии 1, 2, 3, 4.In the second variant of the initial operating mode, the electric energy of the three-phase AC network 28 through the three-phase bi-directional electric energy meter 29, the second block of current and voltage sensors 30, which serves to control the parameters of the external three-phase AC network 28, and the second switch 31 enters the intermediate AC circuit 25. The AC load 26 is powered through the normally closed contacts of the second switch 31 and the intermediate AC 25 circuit. The DC load is powered OKA 14, is provided by converting a three-phase alternating current intermediate circuit 25, transmitted through the input 27 of the universal charging controller 9 into an adjustable constant current output 10 of the charging controller 9. The charging current from the universal charging controller 9 is transmitted to the energy storage device 11 and through the DC output 12 arrives at the input of the DC / DC 13 converter and / or the electromagnetic compatibility filter, and feeds the DC load 14. The power supply of the installation is supplied from External Expansion three-phase network 28, and partly from renewable energy unstable 1, 2, 3, 4.

2. Режим автономной работы электроэнергетической установки.2. The autonomous operation of the electric power plant.

В первом варианте режима автономной работы устройство управления 35 выдает команду на размыкание контактов второго коммутатора 30 и переводит установку в автономный режим. Энергия возобновляемых источников энергии 1, 2, 3, 4 поступает через входы 5, 6, 7, 8 на входы универсального зарядного контроллера 9, преобразуется в ток заряда и через выход 10 поступает на накопитель энергии 11. В качестве накопителя энергии 11 могут быть использованы аккумуляторные батареи или конденсаторы большой емкости, ионисторы. В предпочтительном варианте в качестве накопителя энергии 11 используется блок конденсаторов с малой утечкой, от которого нестабильное напряжение постоянного тока подается через выход 12 накопителя энергии 11 на вход преобразователя DC/DC 13, а с его выхода стабилизированное напряжение передается для питания нагрузки постоянного тока 14 и на вход 37 автономного инвертора 15 для дальнейшего преобразования. С помощью широтно-импульсной модуляции фазных групп 16, 17, 18 автономного инвертора 15 энергия постоянного тока емкостного накопителя энергии 11 преобразуется в трехфазный переменный ток, который через первый фильтр 19, повышающий трансформатор 20, второй фильтр 21, первый блок датчиков токов и напряжений 23, через замкнутые контакты первого коммутатора 24 и промежуточную цепь переменного тока 25 передается в нагрузку переменного тока 26. От первого 23 и второго 30 блока датчиков тока и напряжения устройство управления 35 получает информацию о мгновенных значениях величин фазных токов и напряжений повышенного отфильтрованного переменного тока выхода 22, внешней трехфазной сети 28 и уровня заряда накопителя энергии 11, и вырабатывает управляющее воздействие на широтно-импульсную модуляцию коммутационных элементов фазных групп 16,17,18 автономного инвертора 15.In the first version of the offline mode, the control device 35 issues a command to open the contacts of the second switch 30 and puts the installation in offline mode. The energy of renewable energy sources 1, 2, 3, 4 enters through the inputs 5, 6, 7, 8 to the inputs of the universal charging controller 9, is converted into a charge current and through output 10 enters the energy storage 11. As energy storage 11 can be used rechargeable batteries or large capacitors, ionistors. In a preferred embodiment, a low leakage capacitor bank is used as the energy storage device 11, from which an unstable DC voltage is supplied through the output of the energy storage device 11 to the input of the DC / DC converter 13, and a stabilized voltage is transmitted from its output to supply the DC load 14 and the input 37 of the autonomous inverter 15 for further conversion. Using pulse-width modulation of the phase groups 16, 17, 18 of the autonomous inverter 15, the DC energy of the capacitive energy storage 11 is converted into a three-phase alternating current, which through the first filter 19, step-up transformer 20, the second filter 21, the first block of current and voltage sensors 23 , through the closed contacts of the first switch 24 and the intermediate alternating current circuit 25 is transferred to the load of alternating current 26. From the first 23 and second 30 block of current and voltage sensors, the control device 35 receives information about instant values of the phase currents and voltages of the increased filtered AC output 22, the external three-phase network 28 and the charge level of the energy storage 11, and generates a control action on the pulse-width modulation of the switching elements of the phase groups 16, 17, 18 of the autonomous inverter 15.

В случае возникновения асимметрии величин фазных токов нагрузки переменного тока 26 устройство управления 35 с помощью широтно-импульсной модуляции фазных групп 16, 17, 18 автономного инвертора 15 изменяет ток каждой фазы, выравнивая фазные токи нагрузки 26, уменьшая фазную асимметрию и смещение электрической нейтрали 39.In the event of asymmetry of the magnitude of the phase currents of the load of the alternating current 26, the control device 35 using pulse-width modulation of the phase groups 16, 17, 18 of the autonomous inverter 15 changes the current of each phase, equalizing the phase currents of the load 26, reducing the phase asymmetry and the offset of the electrical neutral 39.

Устройство управления 35 синхронизирует выход 22 с внешней трехфазной сетью 28 и обеспечивает готовность электроэнергетической установки к совместной параллельной работе с внешней трехфазной сетью 28.The control device 35 synchronizes the output 22 with an external three-phase network 28 and ensures the readiness of the electric installation for joint parallel operation with an external three-phase network 28.

Во втором варианте режима автономной работы электроэнергетической установки при нехватке энергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками энергии 1, 2, 3, 4 величина емкостного заряда накопителя энергии 11 снижается до минимально допустимого уровня, в случае отсутствия или при возникновении нестабильности сетевого напряжения 28, устройство управления 35 включает двигатель-генератор 32. На основе измерительной информации, получаемой от первого 23 и третьего 33 блоков датчиков тока и напряжения устройство управления 35 вырабатывает управляющее воздействие для автономного инвертора 15 и синхронизации его с выходом трехфазного переменного тока двигатель-генератора 32, замыкает силовые контакты третьего коммутатора 34 и подключает двигатель-генератор 32 к промежуточной цепи переменного тока 25. При этом емкостной заряд источника-накопителя 11 пополняется путем передачи энергии от двигатель-генератора 32 через промежуточную цепь постоянного тока 25 на пятый вход 27 универсального зарядного контроллера 9, формирующего ток заряда источника-накопителя 11. Питание нагрузки переменного тока 26 осуществляется от двигатель-генератора 32 через промежуточную цепь переменного тока 25 и замкнутый третий коммутатор 34. Одновременно энергия от двигатель-генератора 32 через замкнутый третий коммутатор 34 и промежуточную цепь переменного тока 25 поступает на пятый вход 27 универсального зарядного контроллера 9, где преобразуется в зарядный ток накопителя энергии 11 и через преобразователь DC/DC 13 поступает на нагрузку постоянного тока 14, восполняя недостающую мощность возобновляемых источников энергии 1, 2, 3, 4.In the second version of the autonomous operation of the electric power plant with a lack of energy produced by renewable energy sources 1, 2, 3, 4, the value of the capacitive charge of the energy storage 11 decreases to the minimum acceptable level, in the absence or instability of the mains voltage 28, the control device 35 includes motor-generator 32. Based on the measurement information received from the first 23 and third 33 blocks of current and voltage sensors, the control device 35 generates a control The effect for the stand-alone inverter 15 and its synchronization with the output of the three-phase alternating current of the motor generator 32 closes the power contacts of the third switch 34 and connects the motor generator 32 to the intermediate AC circuit 25. In this case, the capacitive charge of the storage source 11 is replenished by energy transfer from the engine generator 32 through an intermediate DC circuit 25 to the fifth input 27 of the universal charging controller 9, forming a charge current of the source drive 11. Power supply of the load current 26 is supplied from the engine generator 32 through an intermediate AC circuit 25 and a closed third switch 34. At the same time, energy from the engine generator 32 through a closed third switch 34 and an intermediate AC circuit 25 is supplied to the fifth input 27 of the universal charging controller 9, where it is converted in the charging current of the energy storage device 11 and through the DC / DC converter 13 is supplied to the DC load 14, making up for the missing power of renewable energy sources 1, 2, 3, 4.

Питание электроэнергетической установки при этом осуществляется от возобновляемых источников энергии 1,2, 3,4 и двигатель-генератора 32.Power supply of the electric installation is carried out from renewable energy sources 1,2, 3,4 and engine generator 32.

В третьем варианте режима автономной работы, в случае применения в качестве накопителя энергии 11 аккумуляторных батарей и наличии достаточного количества генерируемой энергии возобновляемых источников энергии 1, 2, 3, 4 для питания нагрузок переменного 26 и постоянного тока 14, что определяется с помощью первого блока датчиков тока и напряжений 23 и универсального зарядного контроллера 9, контролирующего значения электрической энергии выходов 5, 6, 7, 8 возобновляемых источников энергии 1, 2, 3, 4, по управляющему воздействию устройства управления 35 универсальное зарядное устройство 9 снижает величину напряжения выхода постоянного тока 10 до величины напряжения аккумуляторных батарей 11, и тем самым прекращает их зарядный цикл. Далее напряжение передается для питания нагрузки постоянного тока 14 и на вход 37 автономного инвертора 15 для дальнейшего преобразования. Посредством широтно-импульсной модуляции фазных групп 16, 17, 18 автономного инвертора 15 энергия постоянного тока емкостного накопителя энергии 11 преобразуется в трехфазный переменный ток, который через первый фильтр 19, повышающий трансформатор 20, второй фильтр 21, первый блок датчиков токов и напряжений 23, через замкнутые контакты первого коммутатора 24 и промежуточную цепь переменного тока 25 передается в нагрузку переменного тока 26. Питание электроэнергетической установки при этом осуществляется от возобновляемых источников энергии 1, 2, 3, 4 без зарядки аккумуляторных батарей 11, увеличивая их ресурс.In the third version of the autonomous operation mode, if 11 rechargeable batteries are used as an energy storage device and there is a sufficient amount of generated energy of renewable energy sources 1, 2, 3, 4 to supply AC 26 and DC 14 loads, which is determined using the first sensor unit current and voltage 23 and a universal charging controller 9, which controls the values of the electrical energy of the outputs 5, 6, 7, 8 of renewable energy sources 1, 2, 3, 4, according to the control action of the control device 35 universal charger 9 reduces the magnitude of the voltage of the DC output 10 to the magnitude of the voltage of the batteries 11, and thereby stops their charging cycle. Next, the voltage is transmitted to power the DC load 14 and to the input 37 of the autonomous inverter 15 for further conversion. Through pulse-width modulation of the phase groups 16, 17, 18 of the autonomous inverter 15, the DC energy of the capacitive energy storage 11 is converted into a three-phase alternating current, which through the first filter 19, step-up transformer 20, the second filter 21, the first block of current and voltage sensors 23, through the closed contacts of the first switch 24 and the intermediate alternating current circuit 25 is transferred to the load of alternating current 26. The power supply of the installation is carried out from renewable energy sources 1, 2, 3, 4 without charging the batteries 11, increasing their resource.

В первом, втором и третьем вариантах режима автономной работы обеспечивается высокая надежность электроснабжения потребителей постоянного и переменного тока с электропитанием от возобновляемых источников энергии 1, 2, 3, 4, заряда накопителя энергии 13 с возможностью включения при необходимости двигатель-генератора 32.In the first, second and third versions of the autonomous operation mode, high reliability of power supply to consumers of direct and alternating current with power from renewable energy sources 1, 2, 3, 4, charge of the energy storage device 13 with the possibility of turning on the engine generator 32, if necessary, is provided.

3. Режимы совместной работы электроэнергетической установки с внешней трехфазной сетью.3. Modes of collaboration of an electric power installation with an external three-phase network.

Режим с отдачей энергии во внешнюю трехфазную сеть.The mode with the transfer of energy to an external three-phase network.

В этом режиме при максимальном заряде накопителя энергии 11 и устойчивой генерации электрической энергии возобновляемыми источниками энергии 1, 2, 3, 4, аккумулированный постоянный емкостной ток преобразуется преобразователем DC/DC 13, передается в нагрузку постоянного тока 14 и на вход 37 автономного инвертора 15, где с помощью широтно-импульсной модуляции фазных групп 16, 17, 18 преобразуется в трехфазный переменный ток, который через первый фильтр 19, повышающий трансформатор 20, второй фильтр 21, первый блок датчиков тока и напряжения 23 подается через замкнутые контакты первого коммутатора 24 в промежуточную цепь переменного тока 25. Устройство управления 35 от первого 23 и второго 30 блоков датчиков тока и напряжения получает информацию о мгновенных значениях величин фазных напряжений повышенного отфильтрованного переменного тока выхода 22 и внешней трехфазной сети 28, вырабатывает управляющее воздействие на широтно-импульсную модуляцию фазных групп 16, 17, 18 коммутационных элементов автономного инвертора 15 и синхронизирует выход 22 с внешней трехфазной сетью 28. Фазное корректирование осуществляется путем изменения ширины импульса по заданному алгоритму и изменения величины фазного сдвига выходного напряжения автономного инвертора 15, что обеспечивает синхронизацию фазного напряжения выхода 22 повышающего трансформатора 20 с входом/выходом внешней трехфазной сети 28. По сигналу устройства управления 35 замыкаются силовые контакты первого коммутатора 24, и повышающий трансформатор 20 включается в параллельную работу с внешней трехфазной сетью 28 через промежуточную цепь переменного тока 25. Через замкнутые силовые контакты первого коммутатора 24 и промежуточную цепь трехфазного переменного тока 25 осуществляется питание нагрузки переменного тока 26, одновременно через замкнутые силовые контакты второго коммутатора 31, блок датчиков тока и напряжения 30 и двунаправленный счетчик электрической энергии 29 излишки энергии модульной энергетической установки передаются во внешнюю трехфазную сеть 28.In this mode, with a maximum charge of the energy storage device 11 and stable generation of electric energy by renewable energy sources 1, 2, 3, 4, the accumulated constant capacitive current is converted by the DC / DC converter 13, transferred to the DC load 14 and to the input 37 of the autonomous inverter 15, where, using pulse-width modulation of the phase groups 16, 17, 18, it is converted into a three-phase alternating current, which is supplied through the first filter 19, the step-up transformer 20, the second filter 21, the first block of current and voltage sensors 23 h closed contacts of the first switch 24 to the intermediate alternating current circuit 25. The control device 35 from the first 23 and second 30 blocks of current and voltage sensors receives information about the instantaneous values of the phase voltages of the increased filtered alternating current output 22 and the external three-phase network 28, generates a control action pulse-width modulation of the phase groups 16, 17, 18 of the switching elements of the autonomous inverter 15 and synchronizes the output 22 with an external three-phase network 28. Phase correction of the It is implemented by changing the pulse width according to a predetermined algorithm and changing the phase shift of the output voltage of the autonomous inverter 15, which ensures synchronization of the phase voltage of the output 22 of the step-up transformer 20 with the input / output of an external three-phase network 28. By the signal of the control device 35, the power contacts of the first switch 24 are closed, and step-up transformer 20 is included in parallel operation with an external three-phase network 28 through an intermediate AC circuit 25. Through closed power contacts the first switch 24 and the intermediate circuit of the three-phase alternating current 25 are powered by the load of the alternating current 26, simultaneously through the closed power contacts of the second switch 31, the block of current and voltage sensors 30 and the bi-directional electric energy meter 29, the excess energy of the modular power plant is transferred to the external three-phase network 28.

Устройство управления 35 от первого 23 и второго 30 блоков датчиков тока и напряжения получает информацию о мгновенных значениях величин фазных напряжений и токов повышенного отфильтрованного переменного тока выхода 22 и внешней трехфазной сети 28 и вырабатывает управляющее воздействие на широтно-импульсную модуляцию фазных групп 16, 17, 18 коммутационных элементов и при возникновении асимметрии в сети 28 перераспределяет токи фаз, передаваемые автономным инвертором 15 во внешнюю трехфазную сеть 28, увеличивая отдаваемый ток в наиболее нагруженную фазу сети 28, что приводит к уменьшению асимметрии сети и выравниванию электрической нейтрали, а при значительной номинальной мощности предлагаемой установки практически полностью устраняется фазная асимметрия сети 28.The control device 35 from the first 23 and second 30 blocks of current and voltage sensors receives information about the instantaneous values of the phase voltages and currents of the increased filtered alternating current of the output 22 and the external three-phase network 28 and generates a control action on the pulse-width modulation of the phase groups 16, 17, 18 switching elements and when asymmetry occurs in the network 28, it redistributes the phase currents transmitted by the autonomous inverter 15 to the external three-phase network 28, increasing the output current to the most loaded phase of the network 28, which leads to a decrease in the asymmetry of the network and equalization of the electrical neutral, and with a significant rated power of the proposed installation, the phase asymmetry of the network 28 is almost completely eliminated.

При снижении величины емкостного заряда накопителя энергии 11 ниже определенного уровня, система управления 35 размыкает силовые контакты второго коммутатора 31, отключает трехфазную сеть переменного тока 28, переводя электроэнергетическую установку в автономный режим работы.When the value of the capacitive charge of the energy storage device 11 is lower than a certain level, the control system 35 opens the power contacts of the second switch 31, disconnects the three-phase AC network 28, transferring the electric power plant to stand-alone operation.

Питание электроэнергетической установки осуществляется от емкостного заряда накопителя энергии 11 и энергии работающих возобновляемых источников энергии 1, 2, 3, 4.Power supply of the electric installation is carried out from the capacitive charge of the energy storage device 11 and the energy of the working renewable energy sources 1, 2, 3, 4.

Режим с потреблением энергии из внешней трехфазной сети.The mode with energy consumption from an external three-phase network.

В этом режиме при автономной работе электроэнергетической установки и снижении величины емкостного заряда накопителя энергии 11 до минимального уровня, устройство управления 35 с использованием измерительной информации, полученной с помощью первого 23 и второго 30 блоков датчиков тока и напряжения формирует управляющее воздействие для автономного инвертора 15, который синхронизирует выход 22 повышающего трансформатора 20 с внешней трехфазной сетью 28. Далее устройство управления 35, замыкает силовые контакты второго коммутатора 31 и осуществляет подключение промежуточной цепи переменного тока 25 энергетической установки к трехфазной сети переменного тока 28 и их синхронную работу. Устройство управления 15 размыкает силовые контакты первого коммутатора 24, отключает повышающий трансформатор 20 от параллельной работы с последующим отключением автономного инвертора 15. Питание нагрузки переменного тока 26 обеспечивается непосредственно от внешней трехфазной сети 28, а нагрузки постоянного тока 14 осуществляется за счет емкостного заряда накопителя энергии 11 или с помощью преобразования трехфазного переменного тока входа 27 универсального зарядного контроллера 9 в постоянный ток выхода 10.In this mode, when the electric installation is autonomous and the capacitive charge of the energy storage device 11 is reduced to a minimum level, the control device 35, using the measurement information obtained using the first 23 and second 30 blocks of current and voltage sensors, generates a control action for the autonomous inverter 15, which synchronizes the output 22 of the step-up transformer 20 with an external three-phase network 28. Next, the control device 35 closes the power contacts of the second switch 31 and It connects the intermediate AC circuit 25 of the power plant to the three-phase AC network 28 and their synchronous operation. The control device 15 opens the power contacts of the first switch 24, disconnects the step-up transformer 20 from parallel operation with the subsequent disconnection of the autonomous inverter 15. The AC load 26 is powered directly from the external three-phase network 28, and the DC load 14 is provided by the capacitive charge of the energy storage 11 or by converting a three-phase alternating current input 27 of the universal charging controller 9 into a direct current output 10.

Питание электроэнергетической установки в этом режиме осуществляется от сети трехфазного переменного тока 28 и емкостного заряда накопителя энергии 11. При превышении минимального уровня емкостного заряда накопителя энергии 11, контролируемого устройством управления 35, размыкаются силовые контакты второго коммутатора 31, отключается питание установки от трехфазной сети переменного тока 28, одновременно замыкаются силовые контакты первого коммутатора 24, включается в работу автономный инвертор 15 и повышающий трансформатор 20. Энергетическая установка переводится в автономный режим работы, осуществляя бесперебойное питание нагрузки переменного тока 26 и нагрузки постоянного тока 14 за счет емкостного заряда накопителя энергии 11 и электрической энергии возобновляемых источников энергии 1, 2, 3, 4.The power of the electric installation in this mode is supplied from the three-phase alternating current network 28 and the capacitive charge of the energy storage device 11. When the minimum capacitive charge of the energy storage device 11, which is controlled by the control device 35, is exceeded, the power contacts of the second switch 31 open, the installation is disconnected from the three-phase alternating current network 28, at the same time, the power contacts of the first switch 24 are closed, an autonomous inverter 15 and a step-up transformer 20 are turned on. The first installation is taken offline work, carrying, uninterrupted power to the AC load 26 and the DC load 14 due to capacitive charging of power storage unit 11 and electrical energy of renewable energy sources 1, 2, 3, 4.

4. Режим работы с раздельным питанием нагрузок переменного и постоянного тока от внешней трехфазной сети и возобновляемых источников энергии.4. The mode of operation with separate power supply of AC and DC loads from an external three-phase network and renewable energy sources.

В этом режиме при автономной работе электроэнергетической установки и снижении величины емкостного заряда накопителя энергии 11 до минимального уровня, устройство управления 35 с использованием измерительной информации, полученной с помощью первого 23 и второго 30 блоков датчиков тока и напряжения формирует управляющее воздействие для автономного инвертора 15, который синхронизирует выход 22 повышающего трансформатора 20 с внешней трехфазной сетью 28. Далее устройство управления 35, замыкает силовые контакты второго коммутатора 31 и осуществляет подключение промежуточной цепи переменного тока 25 энергетической установки к трехфазной сети переменного тока 28 и их синхронную работу. Устройство управления 35 размыкает силовые контакты первого коммутатора 24, отключает повышающий трансформатор 20 от параллельной работы с последующим отключением автономного инвертора 15 и тем самым исключает потери энергии на холостом ходу трансформатора 20. Питание нагрузки переменного тока 26 обеспечивается непосредственно от внешней трехфазной сети 28, а нагрузки постоянного тока 14 осуществляется за счет емкостного заряда накопителя энергии 11 или с помощью преобразования трехфазного переменного тока входа 27 универсального зарядного контроллера 9 в постоянный ток выхода 10.In this mode, when the electric installation is autonomous and the capacitive charge of the energy storage device 11 is reduced to a minimum level, the control device 35, using the measurement information obtained using the first 23 and second 30 blocks of current and voltage sensors, generates a control action for the autonomous inverter 15, which synchronizes the output 22 of the step-up transformer 20 with an external three-phase network 28. Next, the control device 35 closes the power contacts of the second switch 31 and It connects the intermediate AC circuit 25 of the power plant to the three-phase AC network 28 and their synchronous operation. The control device 35 opens the power contacts of the first switch 24, disconnects the step-up transformer 20 from parallel operation with the subsequent disconnection of the autonomous inverter 15 and thereby eliminates the energy loss at idle of the transformer 20. The AC load 26 is supplied directly from the external three-phase network 28, and the load DC 14 is carried out due to the capacitive charge of the energy storage device 11 or by converting a three-phase alternating current input 27 universal charger controller 9 into direct current output 10.

Питание электроэнергетической установки в этом режиме осуществляется от сети трехфазного переменного тока 28 и возобновляемых источников энергии 1, 2, 3, 4.Power supply of the electric installation in this mode is carried out from a three-phase alternating current network 28 and renewable energy sources 1, 2, 3, 4.

Перевод энергетической установки из одного режима в другой осуществляется устройством управления автоматически за короткий промежуток времени, что обеспечивает высокую надежность электроснабжения потребителей постоянного 14 и переменного 26 тока.The transfer of a power plant from one mode to another is carried out automatically by the control device in a short period of time, which ensures high reliability of power supply to consumers of direct 14 and 26 alternating current.

На фиг. 4 представлена модульная компоновка устройства, выполненная на основе типизации и конструктивной унификации, гдеIn FIG. 4 presents a modular layout of the device, based on the typification and structural unification, where

а - модуль переменного тока, включающий аппарат защиты входов переменного тока 40, двунаправленный счетчик электрической энергии 29, первый, второй и третий блоки фазных датчиков тока и напряжений 23, 30, 33, первый, второй и третий коммутаторы 24, 31, 34, аппарат защиты нагрузок переменного тока 41.a - an alternating current module, including an AC input protection device 40, a bi-directional electric energy meter 29, first, second and third blocks of phase current and voltage sensors 23, 30, 33, first, second and third switches 24, 31, 34, the apparatus AC load protection 41.

b - преобразовательный модуль, включающий преобразователь DC/DC 13, автономный инвертор 15, первый фильтр 19, повышающий трансформатор 20, второй фильтр 21.b - a converter module including a DC / DC converter 13, a stand-alone inverter 15, a first filter 19, a step-up transformer 20, a second filter 21.

с - зарядный модуль, включающий устройство управления 35, универсальный зарядный контроллер 9.C is a charging module, including a control device 35, a universal charging controller 9.

d - модуль постоянного тока, включающий аппарат защиты выходов возобновляемых источников энергии 42, преобразователи напряжения возобновляемых источников энергии 43, аппарат защиты накопителя энергии 44, аппарат защиты нагрузки постоянного тока 45.d - DC module, including a device for protecting the outputs of renewable energy sources 42, voltage converters of renewable energy sources 43, a device for protecting an energy storage device 44, a device for protecting a DC load 45.

Рационально при небольшой номинальной мощности автономной модульной электроэнергетической установки объединять преобразовательный модуль (b) и зарядный модуль (с).It is rational to combine the converter module (b) and the charging module (c) with a small nominal power of an autonomous modular electric power installation.

Использование источника-накопителя 11 в виде блока конденсаторов большой емкости с преобразователем DC/DC 13, позволяет значительно повысить ресурс накопителя энергии 11. Конденсатор большой емкости (ионистор) как накопитель электрической энергии, выдерживает большое количество зарядно-разрядных циклов, обеспечивает большие токи отдачи, быстрый заряд, низкую токсичность материалов, высокую эффективность, широкий диапазон температур, малую деградацию. Его ресурс зависит только от сохранения физических свойств используемого в конденсаторе диэлектрика. Энергия в конденсаторах (ионисторах) запасается за счет физического накопления заряда, в отличие от аккумуляторов, работа которых основана на химических реакциях, поэтому количество циклов перезаряда конденсаторов (ионисторов) практически неограниченно, что в целом увеличит надежность и эффективность установки.Using a storage source 11 in the form of a block of high-capacity capacitors with a DC / DC 13 converter can significantly increase the energy storage resource 11. A large-capacity capacitor (ionistor), as an electric energy storage device, can withstand a large number of charge-discharge cycles, provides high recoil currents, fast charge, low toxicity of materials, high efficiency, wide temperature range, low degradation. Its resource depends only on the conservation of the physical properties of the dielectric used in the capacitor. The energy in capacitors (ionistors) is stored due to the physical accumulation of charge, unlike batteries whose operation is based on chemical reactions, so the number of capacitor (ionistor) recharge cycles is almost unlimited, which will generally increase the reliability and efficiency of the installation.

В режиме питания нагрузки переменного тока 26 и нагрузки постоянного тока 14 от двигатель-генератора 32, осуществляется регулируемый отбор части электрической энергии универсальным зарядным контроллером 9 от промежуточной цепи трехфазного переменного тока 28 для емкостного заряда накопителя энергии 11, что позволяет увеличить нагрузку на двигатель-генератор 32 вплоть до номинальной. При этом уменьшается время работы двигатель-генератора 32 в режиме холостого хода при малых значениях мощностей нагрузок переменного 26 и постоянного 14 тока. Это происходит до полного заряда накопителя энергии 11 с последующим отключением двигатель-генератора 32 и приводит к повышению общего КПД генерации, топливной эффективности и увеличению ресурса двигатель-генератора 32.In the power supply mode of the AC load 26 and the DC load 14 from the engine generator 32, a part of the electric energy is controlled by the universal charging controller 9 from the intermediate circuit of the three-phase AC 28 for the capacitive charge of the energy storage 11, which allows to increase the load on the engine generator 32 up to the nominal. This reduces the operating time of the engine generator 32 in the idle mode at low load capacities of alternating 26 and direct current 14. This occurs until the energy storage device 11 is fully charged, followed by shutdown of the engine generator 32 and leads to an increase in the overall generation efficiency, fuel efficiency and an increase in the life of the engine generator 32.

Целесообразно в электроэнергетической установке для отопления и подогрева горячей воды одновременно использовать электронагревательные приборы переменного и постоянного тока, с приоритетом нагрузки постоянного тока, включая сеть освещения, образуя две независимые цепи электропитания, обеспечивая резервирование электроснабжения, повышение надежности функционирования и уменьшение количества преобразований, что способствует повышению КПД электроэнергетической установки.It is advisable in an electric installation for heating and hot water heating to simultaneously use alternating current and direct current electric heaters, with a priority of the direct current load, including the lighting network, forming two independent power circuits, providing redundant power supply, increasing the reliability of operation and reducing the number of conversions, which helps to increase Efficiency of an electric power installation.

Рационально в электроэнергетической установке применять дистанционные коммутаторы 24, 31, 34, выполненные в виде электронных бесконтактных коммутаторов, обеспечивающих бесшумность переключений, увеличение ресурса электроэнергетической установки, т.к. ресурс бесконтактных коммутаторов практически неограничен, они не требуют ремонта и технического обслуживания и повышают надежность функционирования электроэнергетической установки в целом.It is rational to use remote switches 24, 31, 34 made in the form of electronic contactless switches providing silent switching, increasing the resource of the power installation in an electric power installation, because the resource of contactless switches is almost unlimited, they do not require repair and maintenance and increase the reliability of the power plant as a whole.

Поскольку автономный инвертор 15 выполнен с индивидуальным управлением широтно-импульсной модуляции для фазных групп 16, 17, 18 IGBT транзисторов, разделенных по принципу формирования переменного тока каждой фазы, а начала и концы а, х, b, у, с, z, первичных обмоток трехфазного повышающего трансформатора 20 электрически связаны с выходом автономного инвертора 15 и образуют независимое фазное подключение, возможно формирование электрических соединений первичных обмоток повышающего трансформатора 20 в треугольник или звезду.Since the autonomous inverter 15 is made with individual control of pulse width modulation for phase groups 16, 17, 18 IGBT transistors, separated by the principle of formation of alternating current of each phase, and the beginning and ends of a, x, b, y, s, z, primary windings three-phase boost transformer 20 is electrically connected to the output of the autonomous inverter 15 and form an independent phase connection, it is possible to form electrical connections of the primary windings of the step-up transformer 20 into a triangle or star.

Заявляемым устройством решаются основные технические задачи автономных систем электроснабжения, работающих на нестабильных возобновляемых источниках энергии включая: локализацию основных функций по объединению, согласованию и преобразованию энергии различных источников в одном электроэнергетическом модуле, повышение надежности электроснабжения потребителей, увеличение автономности функционирования, уменьшение числа преобразований электроэнергии при сохранении высокого коэффициента использования энергии, использование накопленной емкостной энергии источника-накопителя для питания нагрузки постоянного тока, получение качественной электрической энергии переменного тока, передачу избытков преобразованной электрической энергии возобновляемых источников энергии в питающую сеть переменного тока, стабилизацию выходного напряжения по величине и частоте при колебаниях входного напряжения в широком диапазоне, регулирование фазной выходной мощности повышающего трансформатора, уменьшение асимметрии сети и выравнивание электрической нейтрали сетевого напряжения, повышение топливной эффективности и ресурса двигатель-генераторной установки. Разделение электроэнергетической установки на модули на основе типизации и конструктивной унификации, обеспечивает взаимозаменяемость компонентов, допускает модернизацию, наращивание мощности, совместимость с другими источниками возобновляемой энергии включая их зарядные устройства, а также возможность технического обслуживания и ремонта отдельных частей без отключения самой установки.The inventive device solves the main technical problems of autonomous power supply systems operating on unstable renewable energy sources including: localization of the main functions of combining, coordinating and converting the energy of various sources in one electric power module, increasing the reliability of power supply to consumers, increasing the autonomy of operation, reducing the number of electricity conversions while maintaining high energy efficiency, storage utilization the capacitive energy of the storage source for supplying a DC load, obtaining high-quality AC electric energy, transferring excess converted electric energy from renewable energy sources to the AC supply network, stabilizing the output voltage in magnitude and frequency with fluctuations in the input voltage over a wide range, phase control step-up transformer output power, reducing the asymmetry of the network and equalizing the electrical neutral of the mains tion, increasing fuel efficiency and resource of the engine-generator set. Separation of an electric power installation into modules based on typing and structural unification ensures interchangeability of components, allows upgrading, increasing capacity, compatibility with other renewable energy sources, including their chargers, as well as the possibility of maintenance and repair of individual parts without shutting down the installation itself.

Применение заявляемого изобретения в энергетике при организации электроснабжения ответственных потребителей переменного и постоянного тока с использованием электрической энергии возобновляемых источников может обеспечить высокую надежность электроснабжения потребителей постоянного и переменного тока с электропитанием от возобновляемых источников и рекуперацию в сеть излишков энергии, поступающей от них с одновременным повышением симметрии сети.The application of the claimed invention in the energy sector when organizing power supply for responsible consumers of alternating and direct current using electric energy from renewable sources can provide high reliability of power supply to direct and alternating current consumers with power from renewable sources and recovering excess energy coming from them with a simultaneous increase in network symmetry .

Ссылочный лист обозначений на чертежах.Reference sheet designations in the drawings.

1. Ветровой генератор,1. Wind generator

2. Фотоэлектрическая батарея,2. Photovoltaic battery,

3. гидрогенератор,3. hydrogenerator

4. Тренажер с электрогенератором,4. The simulator with an electric generator,

5. Выход ветрового генератора,5. The output of the wind generator,

6. Выход фотоэлектрической батареи.6. The output of the photovoltaic battery.

7. Выход гидрогенератора,7. Hydro generator output,

8. Выход тренажера с электрогенератором,8. The output of the simulator with an electric generator,

9. Универсальный зарядный контроллер,9. Universal charging controller,

10. Выход постоянного тока универсального зарядного контроллера,10. DC output of universal charging controller,

11. Накопитель энергии,11. Energy storage,

12. Выход постоянного тока накопителя энергии,12. DC output of energy storage device

13. Преобразователь DC/DC и/или фильтр электромагнитной совместимости,13. A DC / DC converter and / or electromagnetic compatibility filter,

14. Нагрузка постоянного тока,14. DC load,

15. Автономный инвертор,15. Standalone inverter,

16. 17, 18 фазные группы автономного инвертора,16. 17, 18 phase groups of an autonomous inverter,

19. Первый фильтр,19. The first filter

20. Повышающий трехфазный трансформатор,20. Step-up three-phase transformer,

21. Второй фильтр,21. The second filter,

22. Выход второго фильтра,22. The output of the second filter,

23. Первый блок датчиков токов и напряжений.23. The first block of current and voltage sensors.

24. Первый коммутатор,24. The first switch

25. Промежуточная цепь переменного тока,25. AC intermediate circuit,

26. Нагрузка переменного тока,26. AC load,

27. Пятый вход универсального зарядного контроллера,27. The fifth input of the universal charging controller,

28. Внешняя трехфазная сеть,28. External three-phase network,

29. Двунаправленный счетчик электрической энергии,29. Bidirectional electric energy meter,

30. Второй блок датчиков токов и напряжений,30. The second block of current and voltage sensors,

31. Второй коммутатор,31. The second switch,

32. Двигатель генератор,32. engine generator,

33. Третий блок датчиков токов и напряжений,33. The third block of current and voltage sensors,

34. Третий коммутатор,34. The third switch,

35. устройство управления,35. control device

36. Пульт управления,36. Remote control

37. Вход автономного инвертора,37. Input autonomous inverter,

38. Шина постоянного тока универсального зарядного контроллера,38. DC bus universal charging controller,

39. Электрическая нейтраль,39. Electrical neutral

40. Аппарат защиты входов переменного тока,40. Protection device for AC inputs,

41. Аппарат защиты нагрузок переменного тока,41. Apparatus for protecting AC loads,

42. Аппарат защиты выходов возобновляемых источников энергии,42. Apparatus for protecting the outputs of renewable energy sources,

43. Преобразователи напряжения возобновляемых источников энергии,43. Voltage converters of renewable energy sources,

44. Аппарат защиты накопителя энергии,44. The device for protecting the energy storage device,

45. Аппарат защиты нагрузки постоянного тока.45. Apparatus for the protection of direct current loads.

Claims (11)

1. Модульная электроэнергетическая установка, содержащая разнотипные возобновляемые источники энергии с выходами на постоянном и переменном токе, соединенные с входами универсального зарядного контроллера, автономным инвертором, накопителем энергии и устройством управления, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены преобразователь DC/DC и/или фильтр электромагнитной совместимости, повышающий трехфазный трансформатор, первый, второй и третий блоки фазных датчиков тока и напряжения, двунаправленный трехфазный счетчик электрической энергии, первый, второй и третий коммутаторы и двигатель-генератор, причем выход каждого возобновляемого источника энергии соединен с одним из входов универсального зарядного контроллера, выход универсального зарядного контроллера через накопитель энергии и преобразователь DC/DC и/или фильтр электромагнитной совместимости соединен с нагрузкой постоянного тока и с входом автономного инвертора, фазные группы выхода автономного инвертора через первый фильтр соединены с первичными обмотками повышающего трехфазного трансформатора, выход которого через второй фильтр, первый блок фазных датчиков токов и напряжений и первый коммутатор соединен через промежуточную цепь трехфазного переменного тока с нагрузкой переменного тока и пятым входом универсального зарядного контроллера, промежуточная цепь трехфазного переменного тока через второй коммутатор, второй блок датчиков токов и напряжений и двунаправленный трехфазный счетчик электрической энергии соединена с внешней трехфазной сетью, через третий коммутатор и третий блок фазных датчиков токов и напряжений соединена с двигатель-генератором, управляющий вход/выход универсального зарядного контроллера соединен с устройством управления, которое через первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы соединено соответственно с накопителем энергии, двунаправленным трехфазным счетчиком электрической энергии, пультом управления, первым, вторым и третьим блоками фазных датчиков токов и напряжений, а первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы устройства управления соединены соответственно с автономным инвертором, первым, вторым и третьим коммутаторами, двигатель-генератором, преобразователем DC/DC и/или фильтром электромагнитной совместимости.1. A modular electric power installation containing various types of renewable energy sources with DC and AC outputs connected to the inputs of a universal charging controller, an autonomous inverter, an energy storage device and a control device, characterized in that a DC / DC converter and / or electromagnetic compatibility filter, step-up three-phase transformer, first, second and third blocks of phase current and voltage sensors, bidirectional three-phase electric meter energy, the first, second and third switches and the engine generator, the output of each renewable energy source being connected to one of the inputs of the universal charging controller, the output of the universal charging controller through an energy storage device and a DC / DC converter and / or electromagnetic compatibility filter connected to the load DC and with the input of the autonomous inverter, the phase groups of the output of the autonomous inverter through the first filter are connected to the primary windings of a step-up three-phase transformer, the output of which is through a second filter, the first block of phase current and voltage sensors and the first switch are connected through an intermediate circuit of three-phase alternating current with an AC load and the fifth input of a universal charging controller, an intermediate circuit of three-phase alternating current through a second switch, and a second block of current and voltage sensors and a bi-directional three-phase electric energy meter is connected to an external three-phase network, through a third switch and a third block of phase sensors for current and voltage It is connected to the engine generator, the control input / output of the universal charging controller is connected to a control device, which is connected through the first, second, third, fourth, fifth and sixth inputs to an energy storage device, a bi-directional three-phase electric energy meter, a control panel, the first, second and the third blocks of phase sensors for currents and voltages, and the first, second, third, fourth, fifth and sixth outputs of the control device are connected respectively to an autonomous inverter, first, second and t etim switches, motor-generator, the converter DC / DC and / or EMC filter. 2. Модульная электроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что накопитель энергии выполнен в виде блока конденсаторов большой емкости или аккумуляторной батареи.2. The modular electric power plant according to claim 1, characterized in that the energy storage device is made in the form of a block of large capacitors or a battery. 3. Модульная электроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что в состав возобновляемых источников энергии включены гидрогенераторы, установленные на трубопроводах поступающей в дом воды, работающие за счет разности давлений, и спортивный тренажер, механически связанный с генератором электрической энергии.3. The modular electric power plant according to claim 1, characterized in that the composition of renewable energy sources includes hydrogenerators installed on pipelines of water entering the house, operating due to the pressure difference, and a sports simulator mechanically connected to the electric energy generator. 4. Модульная электроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что автономный инвертор выполнен с двухтактными транзисторными ключами.4. The modular power plant according to claim 1, characterized in that the autonomous inverter is made with push-pull transistor switches. 5. Модульная электроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что автономный инвертор выполнен с индивидуальным управлением широтно-импульсной модуляции коммутационных элементов для фазных групп, разделенных по принципу формирования переменного тока каждой фазы.5. The modular electric power plant according to claim 1, characterized in that the autonomous inverter is individually controlled by pulse-width modulation of switching elements for phase groups, separated by the principle of formation of alternating current of each phase. 6. Модульная электроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что начала и концы а, х, b, у, с, z первичных обмоток трехфазного повышающего трансформатора электрически связаны с выходом автономного инвертора, образуя независимое фазное подключение.6. The modular electric power plant according to claim 1, characterized in that the beginnings and ends a, x, b, y, c, z of the primary windings of the three-phase step-up transformer are electrically connected to the output of the autonomous inverter, forming an independent phase connection. 7. Модульная электроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что фазные группы автономного инвертора соединены с первичными обмотками повышающего трехфазного трансформатора через первый фильтр.7. The modular electric power plant according to claim 1, characterized in that the phase groups of the autonomous inverter are connected to the primary windings of a step-up three-phase transformer through a first filter. 8. Модульная электроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что выходные обмотки повышающего трансформатора соединены с первым блоком датчиков токов и напряжений через второй фильтр.8. The modular electric power plant according to claim 1, characterized in that the output windings of the step-up transformer are connected to the first block of current and voltage sensors through a second filter. 9. Модульная электроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что универсальный зарядный контроллер выполнен с функцией отбора излишков мощности от промежуточной трехфазной цепи переменного тока и обеспечения емкостного заряда источника-накопителя.9. The modular electric power plant according to claim 1, characterized in that the universal charging controller is configured to select excess power from an intermediate three-phase AC circuit and provide capacitive charge to the storage source. 10. Модульная электроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что установка выполнена в виде четырех унифицированных модулей - модуля переменного тока, преобразовательного модуля, зарядного модуля и модуля постоянного тока.10. The modular electric power installation according to claim 1, characterized in that the installation is made in the form of four unified modules - an alternating current module, a converter module, a charging module and a direct current module. 11. Модульная электроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что выход пульта управления соединен с нагрузкой переменного тока.11. The modular electric power plant according to claim 1, characterized in that the output of the control panel is connected to an AC load.
RU2018126069A 2018-07-13 2018-07-13 Modular electric power plant RU2695633C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018126069A RU2695633C1 (en) 2018-07-13 2018-07-13 Modular electric power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018126069A RU2695633C1 (en) 2018-07-13 2018-07-13 Modular electric power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2695633C1 true RU2695633C1 (en) 2019-07-25

Family

ID=67512409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018126069A RU2695633C1 (en) 2018-07-13 2018-07-13 Modular electric power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2695633C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114756072A (en) * 2022-04-26 2022-07-15 江苏微导纳米科技股份有限公司 Electric energy management method and related device for pure resistance heating system
RU2784016C1 (en) * 2022-07-31 2022-11-23 Общество с ограниченной ответственностью "Вольт2Гоу" Electric storage device of modular type

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4562357A (en) * 1983-04-08 1985-12-31 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Uninterruptible power supply and a starting method
RU2208890C1 (en) * 2002-02-06 2003-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Государственное машиностроительное конструкторское бюро "Радуга" Method for no-break power supply to loads of power system operating on renewable energy sources (alternatives)
RU66124U1 (en) * 2007-05-24 2007-08-27 Александр Владимирович Аккуратов SYSTEM OF AUTONOMOUS POWER SUPPLY OF CONSUMERS
RU2476970C1 (en) * 2011-12-09 2013-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Power system on renewable sources of energy

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4562357A (en) * 1983-04-08 1985-12-31 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Uninterruptible power supply and a starting method
RU2208890C1 (en) * 2002-02-06 2003-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Государственное машиностроительное конструкторское бюро "Радуга" Method for no-break power supply to loads of power system operating on renewable energy sources (alternatives)
RU66124U1 (en) * 2007-05-24 2007-08-27 Александр Владимирович Аккуратов SYSTEM OF AUTONOMOUS POWER SUPPLY OF CONSUMERS
RU2476970C1 (en) * 2011-12-09 2013-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Power system on renewable sources of energy

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2792171C2 (en) * 2020-05-12 2023-03-17 Акционерное общество "Радиозавод" Combined power plant of modular type of mobile and stationary design, including renewable energy sources
CN114756072A (en) * 2022-04-26 2022-07-15 江苏微导纳米科技股份有限公司 Electric energy management method and related device for pure resistance heating system
CN114756072B (en) * 2022-04-26 2023-11-10 江苏微导纳米科技股份有限公司 Electric energy management method and related device for pure resistance heating system
RU2792410C1 (en) * 2022-06-14 2023-03-22 Акционерное общество "Хабаровская энерготехнологическая компания" (АО "ХЭТК") Autonomous modular power plant
RU2784016C1 (en) * 2022-07-31 2022-11-23 Общество с ограниченной ответственностью "Вольт2Гоу" Electric storage device of modular type
RU2811080C1 (en) * 2023-02-16 2024-01-11 Общество с ограниченной ответственностью "СОЛНЕЧНЫЙ МИР" Power supply device based on photovoltaic panels

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11532947B2 (en) Combination wind/solar DC power system
US10211721B2 (en) DC/AC converter apparatus comprising means for controlling the reactive power and power conversion and generation system comprising such DC/AC converter apparatus
CN112290583B (en) DC coupling off-grid hydrogen production system and control cabinet power supply device and control method thereof
JP2011200096A (en) Power storage system
CN103545905A (en) Photovoltaic direct-current micro-grid energy coordination control method
US11929690B2 (en) Microgrid controller with one or more sources
CN105978008A (en) Flow battery energy storage system with wind field black-start function and work method thereof
WO2017056114A1 (en) Wind-solar hybrid power generation system and method
KR20150085227A (en) The control device and method for Energy Storage System
RU2695633C1 (en) Modular electric power plant
Xu et al. Energy management and control strategy for DC micro-grid in data center
KR20130051772A (en) Power applying apparatus and method for controlling connecting photovoltaic power generating apparatus
KR20190062812A (en) An energy storage system
KR20150111638A (en) High efficiency battery charge/discharge system and method in grid-tied system
EP2467917B1 (en) Electrical energy distribution system with ride-through capability
Zhao et al. Research of voltage control strategy for power management system in DC microgrid
JP2013116024A (en) Power storage device
Sarkar et al. Structuring DC micro-grid for integrating renewable energy in a DC load dominant electrical environment
JP2016127777A (en) Storage battery system
RU2726735C1 (en) Self-contained power supply system with combined energy storage unit
JP2014230366A (en) Power generation device
Ramprabu et al. Energy Management System based on Interleaved Landsman Converter using Hybrid Energy Sources
CN112994056A (en) Off-grid power generation system and control method and application system thereof
RU2792410C1 (en) Autonomous modular power plant
CN219875099U (en) AC/DC hybrid micro-grid