RU209253U1

RU209253U1 - Uninterruptible power supply with the possibility of energy recovery

Info

Publication number: RU209253U1
Application number: RU2021134991U
Authority: RU
Inventors: Иван Михайлович Старцев; Владимир Сергеевич Копырин
Original assignee: Негосударственное частное образовательное учреждение высшего образования "Технический университет УГМК"
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2022-02-09

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в системах электроснабжения предприятий и транспорта, предусматривающих рекуперацию энергии приемниками электроэнергии. Задача полезной модели - повышение энергетической эффективности источника бесперебойного питания путем аккумулирования в конденсаторной батарее рекуперируемой нагрузкой электроэнергии. Поставленная задача решается тем, что в источнике бесперебойного питания с возможностью рекуперации энергии, работающем в режиме двойного преобразования электроэнергии и содержащем двунаправленный выпрямительно-инверторный преобразователь напряжения, входные клеммы которого подключены к сети переменного тока, а его выходные клеммы подключены посредством шины постоянного тока к входу инвертора и через первое зарядно-разрядное устройство к аккумуляторной батарее, выход инвертора подключен к нагрузке, введены конденсаторная батарея и второе зарядно-разрядное устройство, входные клеммы которого соединены с шиной постоянного тока, а его выходные клеммы подключены к конденсаторной батарее.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in power supply systems of enterprises and transport, providing for energy recovery by power receivers. The objective of the utility model is to increase the energy efficiency of an uninterruptible power supply by accumulating the electricity recuperated by the load in a capacitor bank. The problem is solved by the fact that in an uninterruptible power supply with the possibility of energy recovery, operating in the double conversion mode of electricity and containing a bidirectional rectifier-inverter voltage converter, the input terminals of which are connected to the AC mains, and its output terminals are connected via a DC bus to the input inverter and through the first charger-discharge device to the battery, the output of the inverter is connected to the load, a capacitor bank and a second charger-discharge device are introduced, the input terminals of which are connected to the DC bus, and its output terminals are connected to the capacitor bank.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в системах электроснабжения предприятий и транспорта, предусматривающих рекуперацию энергии приемниками электроэнергии.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in power supply systems of enterprises and transport, providing for energy recovery by power receivers.

Известен источник бесперебойного питания комплекса для испытания вторичных источников электропитания постоянного тока с рекуперацией энергии в сеть постоянного тока [RU 129263, МПК G01R 31/40 опубл. 20.06.2013 Бюл №17], содержащий источник бесперебойного питания, работающий в режиме двойного преобразования энергии, испытываемый источник вторичного электропитания и несколько модулей нагрузочного устройства рекуперативного типа, причем их энергия возвращается в цепи постоянного тока и заряжает аккумуляторную батарею источника бесперебойного питания.Known uninterruptible power supply complex for testing secondary DC power sources with energy recovery in the DC network [RU 129263, IPC G01R 31/40 publ. 06/20/2013 Bull No. 17], containing an uninterruptible power supply operating in the double energy conversion mode, a secondary power supply under test and several modules of a regenerative type load device, and their energy is returned to the DC circuit and charges the battery of the uninterruptible power supply.

Недостатками источника бесперебойного питания являются: необходимость использования специального источника бесперебойного питания, позволяющего подключить к нему нагрузочное устройство рекуперативного типа, сложность и удорожание источника, а также его низкая надежность и эффективность.The disadvantages of an uninterruptible power supply are: the need to use a special uninterruptible power supply that allows you to connect a regenerative type load device to it, the complexity and cost of the source, as well as its low reliability and efficiency.

Наиболее близким к заявленной полезной модели является источник бесперебойного питания с возможностью рекуперации энергии [RU 166567 U1, МПК H02J 9/00, Н02Н 3/00 опубл. 10.12.2016 Бюл №34], выбранный в качестве прототипа, работающий в режиме двойного преобразования электроэнергии и содержащий двунаправленный выпрямительно-инверторный преобразователь напряжения, входные клеммы которого подключены к сети переменного тока, а его выходные клеммы подключены посредством шины постоянного тока к входу инвертора и через первое зарядно-разрядное устройство к аккумуляторной батарее, выход инвертора подключен к нагрузке, отличающийся тем, что в него введены конденсаторная батарея и второе зарядно-разрядное устройство, входные клеммы которого соединены с шиной постоянного тока, а его выходные клеммы подключены к конденсаторной батарее.Closest to the claimed utility model is an uninterruptible power supply with the possibility of energy recovery [RU 166567 U1, IPC H02J 9/00, H02H 3/00 publ. 12/10/2016 Bull No. 34], selected as a prototype, operating in the double conversion mode of electricity and containing a bidirectional rectifier-inverter voltage converter, the input terminals of which are connected to the AC network, and its output terminals are connected via a DC bus to the input of the inverter and through the first charger-discharge device to the storage battery, the output of the inverter is connected to the load, characterized in that a capacitor bank and a second charger-discharge device are introduced into it, the input terminals of which are connected to the DC bus, and its output terminals are connected to the capacitor bank.

Недостатком данного источника бесперебойного питания с возможностью рекуперации энергии является низкая энергетическая эффективность из-за значительных потерь электроэнергии в блоке балластных резисторов при рекуперации электроэнергии нагрузкой и при невозможности принять эту электроэнергию аккумуляторной батареей.The disadvantage of this uninterruptible power supply with the possibility of energy recovery is low energy efficiency due to significant losses of electricity in the block of ballast resistors during energy recovery by the load and if it is impossible to accept this electricity by the battery.

Задачей полезной модели является повышение энергетической эффективности источника бесперебойного питания путем аккумулирования в конденсаторной батарее рекуперируемой нагрузкой электроэнергии и дальнейшего ее использования нагрузкой, а также при зарядке аккумуляторной батареи.The objective of the utility model is to increase the energy efficiency of an uninterruptible power supply by accumulating electricity in a capacitor bank recuperated by the load and further using it by the load, as well as when charging the battery.

Поставленная задача решается тем, что в источнике бесперебойного питания с возможностью рекуперации энергии, работающем в режиме двойного преобразования электроэнергии и содержащем двунаправленный выпрямительно-инверторный преобразователь напряжения, входные клеммы которого подключены к сети переменного тока, а его выходные клеммы подключены посредством шины постоянного тока к входу инвертора и через первое зарядно-разрядное устройство к аккумуляторной батарее, выход инвертора подключен к нагрузке, введены конденсаторная батарея и второе зарядно-разрядное устройство, входные клеммы которого соединены с шиной постоянного тока, а его выходные клеммы подключены к конденсаторной батарее.The problem is solved by the fact that in an uninterruptible power supply with the possibility of energy recovery, operating in the double conversion mode of electricity and containing a bidirectional rectifier-inverter voltage converter, the input terminals of which are connected to the AC mains, and its output terminals are connected via a DC bus to the input inverter and through the first charger-discharge device to the battery, the output of the inverter is connected to the load, a capacitor bank and a second charger-discharge device are introduced, the input terminals of which are connected to the DC bus, and its output terminals are connected to the capacitor bank.

Далее сущность предлагаемой полезной модели поясняется с помощью рисунка, на котором представлена блок-схема источника бесперебойного питания с возможностью рекуперации энергии от рекуперирующей нагрузки.Further, the essence of the proposed utility model is explained with the help of a figure, which shows a block diagram of an uninterruptible power supply with the possibility of energy recovery from a regenerative load.

Источник бесперебойного питания содержит сеть переменного тока 1, к которой подключены последовательно соединенные двунаправленный выпрямительно-инверторный преобразователь напряжения 2, шина постоянного тока 3, инвертор 4 и нагрузка 5. Шина постоянного тока соединена через первое зарядно-разрядное устройство 6 с аккумуляторной батареей 7, а также соединена через второе зарядно-разрядное устройство 8 с конденсаторной батареей 9.The uninterruptible power supply contains an AC network 1, to which a bidirectional rectifier-inverter voltage converter 2, a DC bus 3, an inverter 4 and a load 5 are connected in series. The DC bus is connected through the first charger-discharge device 6 to the storage battery 7, and also connected through the second charger-discharge device 8 with the capacitor bank 9.

Источник бесперебойного питания может работать как при наличии, так и отсутствии напряжения в сети переменного тока 1. Нагрузка 5 может быть активной и рекуперирующей.The uninterruptible power supply can operate both in the presence and absence of voltage in the AC network 1. Load 5 can be active and regenerating.

Работа предлагаемого источника бесперебойного питания производится следующим образом.The operation of the proposed uninterruptible power supply is as follows.

Первый режим. Все элементы источника бесперебойного питания находятся в нормальном состоянии, нагрузка 5 активная, имеется напряжение в сети переменного тока 1, которое подводится к двунаправленному выпрямительно-инверторному преобразователю напряжения 2 и преобразуется в постоянное выпрямленное и стабилизированное напряжение на его выходе. Это напряжение посредством шины постоянного тока подводится к входу инвертора 4 и преобразуется в переменное стабилизированное напряжение на выходе инвертора 4. Следовательно, это напряжение подводится к приемникам переменного напряжения нагрузки 5. Активная мощность, потребляемая нагрузкой, передается из сети переменного тока 1 через преобразователь 2, шину постоянного тока 3 и инвертор 4.First mode. All elements of the uninterruptible power supply are in a normal state, the load 5 is active, there is voltage in the AC network 1, which is supplied to the bidirectional rectifier-inverter voltage converter 2 and is converted into a constant rectified and stabilized voltage at its output. This voltage is supplied to the input of inverter 4 via the DC bus and is converted into an alternating stabilized voltage at the output of inverter 4. Therefore, this voltage is supplied to the receivers of the load alternating voltage 5. The active power consumed by the load is transferred from the alternating current network 1 through the converter 2, DC bus 3 and inverter 4.

Постоянное выпрямленное и стабилизированное напряжение на шинах 3 также подводится к первому зарядно-разрядному устройству 6, которое обеспечивает, в соответствии с заданным алгоритмом, заряд или подзаряд аккумуляторной батареи 7. В этом же режиме напряжение на шинах постоянного тока 3 подводится ко второму зарядно-разрядному устройству 8, которое обеспечивает подзаряд конденсаторной батареи 9 до заданного значения запасенной энергии постоянного напряжения.The constant rectified and stabilized voltage on the tires 3 is also supplied to the first charger-discharge device 6, which provides, in accordance with a given algorithm, charging or recharging the battery 7. In the same mode, the voltage on the DC buses 3 is supplied to the second charger-discharge device. device 8, which provides recharging of the capacitor bank 9 to a predetermined value of the stored energy of direct voltage.

Второй режим. Питающая сеть переменного тока 1 работает нормально. Отличие от первого режима заключается в том, что нагрузка 5 является рекуперирующей. Электрическая мощность переменного напряжения, рекуперируемая нагрузкой 5, преобразуется инвертором 4 в электрическую мощность постоянного напряжения и подводится посредством шины постоянного тока 3 к двунаправленному выпрямительно-инверторному преобразователю 2, который преобразует ее в режиме инвертирования в электрическую активную мощность переменного напряжения и рекуперирует ее в сеть переменного тока 1. При этом первое 6 и второе 8 зарядно-разрядные устройства, аккумуляторная батарея 7 и конденсаторная батарея 9 работают аналогично их работе в первом режиме.Second mode. AC mains 1 is working properly. The difference from the first mode is that load 5 is regenerative. AC electrical power recuperated by load 5 is converted by inverter 4 into DC electrical power and is supplied via DC bus 3 to bidirectional rectifier-inverter converter 2, which converts it in inverting mode into AC active electrical power and regenerates it into AC network. current 1. In this case, the first 6 and second 8 charger-discharge devices, the battery 7 and the capacitor battery 9 work similarly to their work in the first mode.

Третий режим. Питающая сеть переменного тока 1 отключена, и, следовательно, она из работы источника бесперебойного питания выведена. Характер нагрузки 5 активный и вся мощность, потребляемая нагрузкой 5, обеспечивается аккумуляторной батареей 7, предварительно заряженной во время нормальной работы питающей сети переменного тока 1, например, первый или второй режимы. Мощность постоянного напряжения аккумуляторной батареи 7 поступает через первое зарядно-разрядное устройство 6 и шину постоянного тока 3 на вход инвертора 4, который преобразует ее в мощность переменного напряжения и передает приемникам электроэнергии переменного напряжения нагрузки 5.Third mode. The AC mains 1 is off and therefore out of operation of the uninterruptible power supply. The nature of the load 5 is active and all the power consumed by the load 5 is provided by the storage battery 7 pre-charged during the normal operation of the AC mains 1, for example, the first or second modes. The DC voltage power of the storage battery 7 is supplied through the first charger-discharge device 6 and the DC bus 3 to the input of the inverter 4, which converts it into AC voltage power and transmits it to the load AC voltage 5 power receivers.

Четвертый режим. Питающая сеть переменного тока 1 выведена из работы, как и в третьем режиме. Характер нагрузки 5 активный, аккумуляторная батарея 7 выведена из работы из-за разрядки, неисправности или необходимости технического обслуживания. В этом случае вся мощность, потребляемая нагрузкой 5, обеспечивается конденсаторной батареей 9, предварительно заряженной во время нормальной работы питающей сети переменного тока 1. Мощность постоянного напряжения конденсаторной батареи 9 поступает через второе зарядно-разрядное устройство 8 и шину постоянного тока 3 на вход инвертора 4, который преобразует ее в мощность переменного напряжения и передает в нагрузку 5.fourth mode. AC mains 1 is out of service, as in the third mode. The nature of the load 5 is active, the storage battery 7 is out of service due to discharge, malfunction or maintenance. In this case, the entire power consumed by the load 5 is provided by the capacitor bank 9, pre-charged during normal operation of the AC supply network 1. The DC voltage power of the capacitor bank 9 is supplied through the second charger-discharge device 8 and the DC bus 3 to the input of the inverter 4 , which converts it into AC power and transfers it to load 5.

Пятый режим. Питающая сеть переменного тока 1 выведена из работы, как и в третьем режиме. Характер нагрузки 5 активный, аккумуляторная батарея 7 и конденсаторная батарея 9 заряжены. Мощность, потребляемая нагрузкой 5, обеспечивается одновременно аккумуляторной 7 и конденсаторной 9 батареями через, соответственно, первое 6 и второе 8 зарядные устройства, шину постоянного тока 3 и инвертор 4.Fifth mode. AC mains 1 is out of service, as in the third mode. The nature of the load 5 is active, the storage battery 7 and the capacitor bank 9 are charged. The power consumed by load 5 is provided simultaneously by battery 7 and capacitor 9 batteries through, respectively, the first 6 and second 8 chargers, DC bus 3 and inverter 4.

Шестой режим. Питающая сеть переменного тока 1 выведена из работы, как и в третьем режиме. Характер нагрузки 5 рекуперирующий. Электрическая мощность переменного напряжения, рекуперируемая нагрузкой 5, преобразуется инвертором 4 в электрическую мощность постоянного напряжения и подводится посредством шины постоянного тока 3 к первому 6 и второму 8 зарядно-разрядным устройствам. Эта мощность с шины постоянного тока 3 передается посредством первого 6 и второго 8 зарядных устройств, соответственно, аккумуляторной батарее 7 или конденсаторной батарее 9 или одновременно обеим батареям 7 и 9 в зависимости от их предварительного заряда.sixth mode. AC mains 1 is out of service, as in the third mode. The nature of the load 5 is recuperative. AC electrical power recovered by load 5 is converted by inverter 4 into DC electrical power and is supplied via DC bus 3 to first 6 and second 8 charger-discharge devices. This power from the DC bus 3 is transmitted by the first 6 and second 8 chargers, respectively, to the storage battery 7 or the capacitor bank 9 or simultaneously to both batteries 7 and 9, depending on their pre-charge.

В результате рекуперируемая нагрузкой 5 вся электрическая энергия за исключением незначительных потерь в элементах 3, 4, 6 и 8 источника бесперебойного питания накапливается в аккумуляторной 7 и конденсаторной 9 батареях и используется приемниками электроэнергии переменного напряжения при переходе нагрузки 5 в активный режим. Это позволит существенно повысить энергетическую эффективность источника бесперебойного питания с возможностью рекуперации энергии нагрузкой с приемниками электроэнергии переменного напряжения.As a result, all the electrical energy recuperated by the load 5, except for minor losses in the elements 3, 4, 6 and 8 of the uninterruptible power supply, is accumulated in the battery 7 and capacitor 9 batteries and is used by AC power receivers when the load 5 switches to active mode. This will significantly increase the energy efficiency of an uninterruptible power supply with the possibility of energy recovery by a load with AC power receivers.

Claims

Uninterruptible power supply with the possibility of energy recovery, operating in the mode of double conversion of electricity and containing a bidirectional rectifier-inverter voltage converter, the input terminals of which are connected to the AC mains, and its output terminals are connected via a DC bus to the input of the inverter and through the first charge-discharge device to the storage battery, the output of the inverter is connected to the load, characterized in that a capacitor bank and a second charge-discharge device are introduced into it, the input terminals of which are connected to the DC bus, and its output terminals are connected to the capacitor bank.