[go: up one dir, main page]

RU2698864C1 - Autonomous power supply system - Google Patents

Autonomous power supply system Download PDF

Info

Publication number
RU2698864C1
RU2698864C1 RU2019111579A RU2019111579A RU2698864C1 RU 2698864 C1 RU2698864 C1 RU 2698864C1 RU 2019111579 A RU2019111579 A RU 2019111579A RU 2019111579 A RU2019111579 A RU 2019111579A RU 2698864 C1 RU2698864 C1 RU 2698864C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
energy
output
axial
heat
Prior art date
Application number
RU2019111579A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Яков Михайлович Кашин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ")
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ")
Priority to RU2019111579A priority Critical patent/RU2698864C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2698864C1 publication Critical patent/RU2698864C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/10PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
    • H02S10/12Hybrid wind-PV energy systems
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

FIELD: autonomous power supply system.
SUBSTANCE: autonomous power supply system comprises variable-speed wind turbine, photoelectric converter converting light energy into direct-current electric energy, drive diesel, mechanically connected to axial multiphase contactless synchronous generator, storage battery made with possibility of connection through rectifier to output of axial multiphase contactless synchronous generator and having possibility of connection to DC consumers and through inverter to AC consumers, thermal converter, three-input axial generator unit, mechanically connected to driving diesel engine and having mechanical, light and heat inputs, and a heat energy adder with first and second inputs, the output of which is connected to the thermal input of the three-input axial generator unit, wherein wind turbine is rigidly connected to mechanical input of three-input axial generator unit, output of photoelectric converter is connected to light input of three-input axial generator unit, and the heat converter output is connected to the heat energy adder first input, wherein the storage battery is configured to be connected through the rectifier to the three-input axial generator unit output, and the drive diesel is communicated with the heat recovery unit, the output of which is connected to the second input of the heat energy adder.
EFFECT: invention is aimed at summation of mechanical, light and heat energy with simultaneous conversion of the obtained total energy into electric energy of alternating and direct current.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и энергетике, в частности, к системам автономного электроснабжения и предназначено для бесперебойного электроснабжения локальных объектов, удаленных от систем централизованного электроснабжения, при использовании возобновляемых видов энергии путем суммирования кинетической энергии (например, энергии ветра), световой энергии (например, световой энергии Солнца, с предварительным преобразованием ее фотоэлектрическими преобразователями в электрическую энергию постоянного тока) и тепловой энергии (например, тепловой энергии Земли или Солнца, с предварительным преобразованием ее тепловым преобразователем в электрическую энергию постоянного тока) с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию переменного и постоянного тока высокого качества и может быть использовано для генерирования электрической энергии для нужд локальных объектов, например, фермерских хозяйств и др.The invention relates to electrical engineering and energy, in particular, to autonomous power supply systems and is intended for uninterrupted power supply of local objects remote from centralized power supply systems using renewable types of energy by summing kinetic energy (for example, wind energy), light energy (for example, light energy of the Sun, with preliminary conversion of its photoelectric converters into electrical energy of direct current) and thermal energy and (for example, the thermal energy of the Earth or the Sun, with its preliminary conversion by a heat converter into direct current electric energy) with the simultaneous conversion of the received total energy into high-quality alternating and direct current electric energy and can be used to generate electrical energy for the needs of local objects, for example, farms, etc.

Известна автономная система бесперебойного электроснабжения, использующая возобновляемый источник энергии (пат. РФ №2262790, авторы Медведев Е.НИ., Сердобинцев Ю.П., Рыбников А.С. опубл. 20.10..02.2005 г.), содержащая, по крайней мере, одну ветротурбину переменной скорости вращения, жестко связанную с генератором переменного тока; вспомогательный электрический потребитель, выполненный в виде аккумуляторной батареи, соединенный с генератором переменного тока устройством регулирования мощности; дизель, механически связанный с синхронным генератором, образующие дизель-генераторную установку, при этом в системе сформировано два независимых источника электроснабжения, соединенных между собой блоком переключения, функцию одного из них выполняет дизель-генераторная установка, снабженная системой автоматического регулирования активной мощности, функцию другого - синхронный компенсатор с устройством разгона и системой автоматического регулирования скорости, аккумуляторная батарея, соединенная с синхронным компенсатором посредством двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя постоянного тока, который при превышении мощности ветротурбины над мощностью нагрузки управляется в системе автоматической стабилизации скорости синхронного компенсатора, а в режиме, когда мощность ветротурбины меньше мощности нагрузки и аккумуляторная батарея разряжена, - в системе стабилизации активной мощности дизель-генераторной установки; функцию генератора переменного тока выполняет многоскоростная асинхронная машина, управляемая блоком выбора режима, задающего его рабочую скорость в функции активной мощности.A well-known autonomous uninterrupted power supply system using a renewable energy source (US Pat. RF No. 2262790, authors Medvedev E.N., Serdobintsev Yu.P., Rybnikov A.S. publ. 10/20/2002), containing at least one variable-speed wind turbine tightly coupled to an alternator; auxiliary electric consumer, made in the form of a battery connected to an alternator by a power control device; a diesel engine mechanically connected to a synchronous generator, forming a diesel generator set, while the system has two independent power sources interconnected by a switching unit, the function of one of them is performed by a diesel generator set equipped with a system for automatically controlling active power, the function of the other is synchronous compensator with accelerator and automatic speed control, battery connected to synchronous compensator in the middle using a two-set reversible thyristor DC-DC converter, which, when the wind turbine power exceeds the load power, is controlled in the system of automatic stabilization of the synchronous compensator speed, and in the mode when the wind turbine power is less than the load power and the battery is discharged, in the active power stabilization system of the diesel generator set ; the function of the alternator is performed by a multi-speed asynchronous machine, controlled by a mode selection unit that sets its operating speed in the active power function.

Известна также система для автономного электроснабжения потребителей (пат. РФ №2382900, авторы Шерьязов С.К., Шелубаев М.В., Аверин А.А., Чернов Н.А., опубл. 27.02.2010 г.), содержащая ветроэлектрическую установку, подключенную через стабилизатор, реле обратного тока, выпрямитель и инвертор к общим шинам электрической энергии, аккумуляторную батарею, подключенную между выпрямителем и инвертором, автономный источник питания, снабженный синхронизатором и регулятором вырабатываемой мощности, присоединенный к общим шинам, при этом к управляющей и входной цепи инвертора подключен блок формирования сигналов, генерирующий управляющие сигналы определенной формы, к аккумуляторной батарее подключен блок управления режимами работы источников питания, содержащий промежуточное реле и реле времени, рабочие контакты реле тока и напряжения, стабилизатор и реле обратного тока установлены за инвертором, аккумуляторная батарея дополнительно в цепи соединения с инвертором содержит диод и заряжается от двухступенчатого зарядного устройства, подключаемого к общим шинам через контактор, в цепях автономного источника питания, потребителя электроэнергии и цепи заряда установлены реле тока, а за выпрямителем - реле напряжения, аккумуляторная батарея и выпрямитель подключены к инвертору через контакторы.Also known is a system for autonomous power supply to consumers (Pat. RF No. 2382900, authors Sheryazov S.K., Shelubaev M.V., Averin A.A., Chernov N.A., published on 02.27.2010), containing a wind an installation connected through a stabilizer, a reverse current relay, a rectifier and an inverter to common buses of electric energy, a battery connected between a rectifier and an inverter, an autonomous power supply equipped with a synchronizer and a regulator of generated power, connected to common buses, while to the control and input the inverter’s circuit is connected to a signal conditioning unit that generates control signals of a certain shape, the power supply operating mode control unit is connected to the battery; it contains an intermediate relay and a time relay, working contacts of the current and voltage relays, a stabilizer and a reverse current relay are installed behind the inverter, the battery Additionally, in the connection circuit with the inverter, it contains a diode and is charged from a two-stage charger connected to the common buses through the contactor in the circuit a current supply, a consumer of electricity and a charge circuit are equipped with a current relay, and behind the rectifier are a voltage relay, a battery and a rectifier are connected to the inverter via contactors.

Однако, известные из пат. РФ №2262790 и №2382900 системы электроснабжения не могут использовать световую и тепловую энергию от возобновляемых источников, например Земли и Солнца, а соответственно -суммировать энергию разного вида (механическую, световую и тепловую), поступающую от трех различных источников с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию, так как генераторные установки этих систем, преобразующие энергию возобновляемого источника в электрическую (ветротурбина переменной скорости вращения, жестко связанная с генератором переменного тока (пат. РФ №2262790) и ветроэлектрическая установка (пат. РФ №2382900)), имеют только один вход - механический (вал ротора ветротурбины (пат. РФ №2262790) или вал ротора ветроэлектрической установки (пат. РФ №2382900)). Поэтому известные из пат. РФ №2262790 и №2382900 системы электроснабжения могут преобразовывать в электрическую энергию только один вид возобновляемой энергии - механическую (например, энергию ветра).However, known from US Pat. RF №2262790 and №2382900 power supply systems cannot use light and heat energy from renewable sources, for example, the Earth and the Sun, and, accordingly, sum up different types of energy (mechanical, light and heat), coming from three different sources with simultaneous conversion of the received total energy into electrical energy, since the generating sets of these systems, which convert the energy of a renewable source into electrical energy (a variable-speed wind turbine that is tightly coupled to a gene with an alternating current generator (US Pat. RF No. 2262790) and a wind power installation (US Pat. RF No. 2382900)) have only one input - mechanical (rotor shaft of a wind turbine (US Pat. RF No. 2262790) or a rotor shaft of a wind power installation (US Pat. RF No. 2382900 )). Therefore, known from US Pat. RF №2262790 and №2382900 power supply systems can convert only one type of renewable energy into electrical energy - mechanical (for example, wind energy).

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является система автономного электроснабжения (САЭ) на базе аксиальных электромагнитных устройств (Система автономного электроснабжения на базе аксиальных электромагнитных устройств / Гайтова Т.Б., Кашин Я.М., Кашин А.Я., Копелевич Л.Е. Ясьян Ю.П. / Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2011. №33. С. 205-209), содержащая ветротурбину (ВТ) переменной скорости вращения, жестко связанную с механическим входом (валом ротора) аксиальной двухвходовой электрической машины-генератора (АДЭМ-Г), фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), преобразующие световую энергию в электрическую энергию постоянного тока и соединенные с электрическим входом АДЭМ-Г, приводной дизель (мотор М), механически связанный с аксиальным многофазным бесконтактным синхронным генератором (АМБСГ), образующие дизель-генераторную установку, которая совместно с АДЭМ-Г образует энергоблок, аварийный источник питания - аккумуляторную батарею (АБ), выполненную с возможностью соединения через выпрямитель (В) с выходом АДЭМ-Г и АМБСГ и имеющую возможность подключения к потребителям постоянного тока и через инвертор (И) - к потребителям переменного тока.Of the known technical solutions, the closest to the claimed invention by its technical nature is an autonomous power supply system (SAE) based on axial electromagnetic devices (Autonomous power supply system based on axial electromagnetic devices / TB Gaitova, Ya.M. Kashin, A. Y. Kashin ., Kopelevich L.E. Yasyan, Yu.P. / Transactions of the Kuban State Agrarian University. 2011. No. 33. P. 205-209), containing a variable-speed wind turbine (VT), rigidly connected with the mechanical input (rotor shaft) axial Oh two-input electric generator machine (ADEM-G), photovoltaic converters (FEP), converting light energy into direct current electric energy and connected to the ADEM-G electrical input, a driving diesel engine (motor M) mechanically connected to an axial multiphase non-contact synchronous generator (AMBSG), forming a diesel generator set, which together with ADEM-G forms a power unit, emergency power source - a battery (AB), made with the possibility of connection through the rectifier (B) yielding ADEM-T and AMBSG and having the ability to connect to a DC power consumers through the inverter and (S) - AC to consumers.

Однако известная САЭ не может для преобразования в электрическую энергию использовать тепловую энергию от возобновляемых (например, Земли и Солнца) и других (например, утилизированную тепловую энергию дизеля) источников, а соответственно - суммировать энергию разного вида (механическую, световую и тепловую), поступающую от трех различных источников с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию, так как входящая в ее состав АДЭМ-Г, преобразующая энергию возобновляемых источников в электрическую, имеет только два входа - механический (вал ротора АДЭМ-Г), на который подается механическая энергия вращения от ВТ, и электрический (дополнительная обмотка возбуждения возбудителя), на которую подается электрическая энергия постоянного тока, полученная путем преобразования в ФЭП световой энергии Солнца в электрическую энергию постоянного тока. Поэтому известная САЭ может преобразовывать в электрическую энергию только два вида возобновляемой энергии - механическую (энергию ветра) и световую (световую энергию Солнца).However, the known SAE cannot use heat energy from renewable (for example, the Earth and the Sun) and other (for example, utilized diesel thermal energy) sources for conversion into electrical energy, and accordingly, it cannot summarize different types of energy (mechanical, light and thermal) coming from three different sources with the simultaneous conversion of the resulting total energy into electrical energy, as part of its ADEM-G, converting the energy of renewable sources into electrical energy, and there are only two inputs - mechanical (ADEM-G rotor shaft), to which mechanical rotational energy from VT is supplied, and electric (additional excitation winding of the pathogen), to which DC electric energy is obtained, obtained by converting the solar light energy into solar electric power into electrical energy DC energy. Therefore, the known SAE can convert only two types of renewable energy into electrical energy - mechanical (wind energy) and light (solar light energy).

Задачей изобретения является усовершенствование системы автономного электроснабжения, позволяющее суммировать энергию, поступающую от трех разнородных источников энергии: механическую энергию, световую энергию и тепловую энергию с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию переменного и постоянного тока.The objective of the invention is to improve the autonomous power supply system, which allows you to summarize the energy coming from three dissimilar energy sources: mechanical energy, light energy and thermal energy with the simultaneous conversion of the resulting total energy into electrical energy of alternating and direct current.

Техническим результатом заявленного изобретения является суммирование механической энергии, световой энергии и тепловой энергии с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию переменного и постоянного тока.The technical result of the claimed invention is the summation of mechanical energy, light energy and thermal energy with the simultaneous conversion of the resulting total energy into electrical energy of alternating and direct current.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемой системе автономного электроснабжения, содержащей ветротурбину переменной скорости вращения, фотоэлектрический преобразователь, преобразующий световую энергию в электрическую энергию постоянного тока, приводной дизель, механически связанный с аксиальным многофазным бесконтактным синхронным генератором, аккумуляторную батарею, выполненную с возможностью соединения через выпрямитель с выходом аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора и имеющую возможность подключения к потребителям постоянного тока и через инвертор к потребителям переменного тока, при этом система автономного электроснабжения дополнительно содержит тепловой преобразователь, трехвходовую аксиальную генераторную установку, механически связанную с приводным дизелем и имеющую механический, световой и тепловой входы, и сумматор тепловой энергии с первым и вторым входами, выход которого подсоединен к тепловому входу трехвходовой аксиальной генераторной установки, при этом ветротурбина жестко связана с механическим входом трехвходовой аксиальной генераторной установки, выход фотоэлектрического преобразователя соединен со световым входом трехвходовой аксиальной генераторной установки, а выход теплового преобразователя подсоединен к первому входу сумматора тепловой энергии, при этом аккумуляторная батарея выполнена с возможностью подключения через выпрямитель к выходу трехвходовой аксиальной генераторной установки, а приводной дизель сообщен с блоком утилизации тепла, выход которого подключен ко второму входу сумматора тепловой энергии.The technical result is achieved by the fact that in the proposed autonomous power supply system comprising a variable speed wind turbine, a photovoltaic converter that converts light energy into direct current electric energy, a drive diesel mechanically coupled to an axial multiphase non-contact synchronous generator, a rechargeable battery configured to be connected via a rectifier with the output of an axial multiphase non-contact synchronous generator and having the possibility of connecting to consumers of direct current and through an inverter to consumers of alternating current, while the autonomous power supply system further comprises a heat converter, a three-input axial generator set, mechanically connected to a driving diesel engine and having mechanical, light and thermal inputs, and a heat energy adder with the first and the second inputs, the output of which is connected to the thermal input of the three-input axial generator set, while the wind turbine is rigidly connected with the mechanical the input of the three-input axial generator set, the output of the photoelectric converter is connected to the light input of the three-input axial generator set, and the output of the thermal converter is connected to the first input of the thermal energy adder, while the battery is configured to be connected through the rectifier to the output of the three-input axial generator set, and the drive diesel communicated with the heat recovery unit, the output of which is connected to the second input of the thermal energy adder.

Предлагаемое изобретение, в отличие от прототипа, позволяет обеспечить с помощью одной САЭ суммирование энергии, поступающую от трех разнородных источников энергии: механической энергии, световой энергии (с предварительным преобразованием ее фотоэлектрическим преобразователем в электрическую энергию постоянного тока) и тепловой энергии (с предварительным преобразования ее тепловым преобразователем и блоком утилизации тепла в электрическую энергию постоянного тока) с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию переменного и постоянного тока.The present invention, in contrast to the prototype, allows for the use of one SAE to sum the energy coming from three dissimilar energy sources: mechanical energy, light energy (with its preliminary conversion by a photoelectric converter into direct current electric energy) and thermal energy (with its preliminary conversion heat converter and heat recovery unit into direct current electric energy) with the simultaneous conversion of the received total energy into electricity ktricheskuyu energy of AC and DC.

Возможность суммирования световой энергии с другими видами энергии также достигается за счет того, что предлагаемая система дополнительно содержит трехвходовую аксиальную генераторную установку, механически связанную с приводным дизелем и имеющую механический, световой и тепловой входы.The ability to sum light energy with other types of energy is also achieved due to the fact that the proposed system additionally contains a three-input axial generator set, mechanically connected to a driving diesel engine and having mechanical, light and thermal inputs.

Возможность суммирования тепловой энергии с другими видами энергии достигается за счет того, что предлагаемая система дополнительно содержит тепловой преобразователь и сумматор тепловой энергии с первым и вторым входами, выход которого подсоединен к тепловому входу трехвходовой аксиальной генераторной установки, а приводной дизель (мотор М) сообщен с блоком утилизации тепла, при этом выходы теплового преобразователя и блока утилизации тепла подключены к соответствующим входам сумматора тепловой энергии и через него подсоединены к тепловому входу трехвходовой аксиальной генераторной установки.The ability to summarize thermal energy with other types of energy is achieved due to the fact that the proposed system further comprises a thermal converter and a thermal energy adder with first and second inputs, the output of which is connected to the thermal input of a three-input axial generator set, and the drive diesel (motor M) is in communication with heat recovery unit, while the outputs of the heat converter and heat recovery unit are connected to the corresponding inputs of the heat energy adder and connected through it to pilaf input trehvhodovoy axial genset.

Возможность суммирования механической энергии с другими видами энергии достигается за счет того, что ветротурбина жестко связана с механическим входом (валом ротора) трехвходовой аксиальной генераторной установки.The possibility of summing up mechanical energy with other types of energy is achieved due to the fact that the wind turbine is rigidly connected to the mechanical input (rotor shaft) of the three-input axial generator set.

Возможность суммирования световой энергии с другими видами энергии достигается за счет того, что выход фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) соединен со световым входом трехвходовой аксиальной генераторной установки, механически связанной с приводным дизелем.The ability to sum light energy with other types of energy is achieved due to the fact that the output of the photoelectric transducer (PEC) is connected to the light input of a three-input axial generator set mechanically connected to a drive diesel engine.

Возможность преобразования полученной суммарной энергии в электрическую энергию переменного тока достигается за счет того, что САЭ содержит трехвходовую аксиальную генераторную установку, механически связанную с приводным дизелем и имеющую механический, световой и тепловой входы, которая суммирует три вида энергии и преобразует суммарную энергию в электроэнергию переменного тока.The ability to convert the received total energy into alternating current electric energy is achieved due to the fact that the SAE contains a three-input axial generator set mechanically connected to a drive diesel engine and has mechanical, light and thermal inputs, which summarizes the three types of energy and converts the total energy into alternating current electricity .

Возможность преобразования полученной суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока достигается за счет того, что аккумуляторная батарея выполнена с возможностью подключения через выпрямитель к выходу трехвходовой аксиальной генераторной установки. Переменное напряжение, генерируемое трехвходовой аксиальной генераторной установкой, выпрямляется выпрямителем и подается потребителям и на аккумуляторную батарею.The possibility of converting the received total energy into direct current electric energy is achieved due to the fact that the battery is configured to be connected through a rectifier to the output of a three-input axial generator set. The alternating voltage generated by the three-input axial generator set is rectified by a rectifier and supplied to consumers and to the battery.

На фиг. 1 изображена структурная схема заявленной системы автономного электроснабжения.In FIG. 1 shows a structural diagram of the claimed system of autonomous power supply.

На фиг. 1. обозначено: ВТ - ветротурбина; ФЭП - фотоэлектрический преобразователь; ТП - тепловой преобразователь; И - инвертор; В - выпрямитель; АБ - аккумуляторная батарея; ТАГУ - трехвходовая аксиальная генераторная установка; М - приводной дизель (мотор); АМБСГ - аксиальный многофазный бесконтактный синхронный генератор; СУТ - система утилизации тепла приводного дизеля; СТЭ - сумматор тепловой энергии; ~ПЭI, ~ПЭII и ~ПЭIII - потребители, электрической энергии трехфазного переменного синусоидального тока I, II, и III категорий соответственно; =ПЭ - потребители электрической энергии постоянного тока.In FIG. 1. designated: VT - wind turbine; FEP - photoelectric converter; TP - thermal converter; And - inverter; B - rectifier; AB - rechargeable battery; TAGU - three-input axial generator set; M - drive diesel (motor); AMBSG - axial multiphase non-contact synchronous generator; SUT - heat recovery system for a drive diesel; STE - thermal energy adder; ~ P EI , ~ P EII and ~ P EIII - consumers of electrical energy of three-phase alternating sinusoidal current of I, II, and III categories, respectively; = П Э - consumers of direct current electric energy.

Система автономного электроснабжения (САЭ) содержит ветротурбину (ВТ) 1 переменной скорости вращения, фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) 2, преобразующий световую энергию в электрическую энергию постоянного тока, приводной дизель (мотор М) 7, механически связанный с аксиальным многофазным бесконтактным синхронным генератором (АМБСГ) 6, аккумуляторную батарею (АБ) 11, выполняющую роль аварийного источника питания и выполненную с возможностью соединения через выпрямитель (В) 4 с выходом аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора (АМБСГ) 6 и имеющую возможность подключения к потребителям постоянного тока и через инвертор (И) 3 к потребителям переменного тока (в состав заявляемой системы не входят).The autonomous power supply system (SAE) contains a variable speed wind turbine (VT) 1, a photovoltaic converter (PEC) 2 that converts light energy into direct current electric energy, a driving diesel engine (motor M) 7 mechanically coupled to an axial multiphase non-contact synchronous generator (AMBSG) ) 6, a storage battery (AB) 11, which acts as an emergency power source and is configured to connect through a rectifier (B) 4 to the output of an axial multiphase non-contact synchronously th generator (AMBSG) 6 and having the ability to connect to consumers of direct current and through the inverter (I) 3 to consumers of alternating current (are not included in the inventive system).

САЭ дополнительно содержит тепловой преобразователь (ТП) 5, трехвходовую аксиальную генераторную установку (ТАГУ) 10, механически связанную с приводным дизелем (М) 7 и имеющую механический, световой и тепловой входы, и сумматор тепловой энергии (СТЭ) 9 с первым и вторым входами, выход которого подсоединен к тепловому входу трехвходовой аксиальной генераторной установки (ТАГУ) 10.The SAE additionally contains a thermal converter (TP) 5, a three-input axial generator set (TAGU) 10, mechanically connected to a drive diesel engine (M) 7 and having mechanical, light and thermal inputs, and a thermal energy adder (STE) 9 with first and second inputs the output of which is connected to the thermal input of a three-input axial generator set (TAGU) 10.

Ветротурбина (ВТ) 1 жестко связана с механическим входом (валом ротора) трехвходовой аксиальной генераторной установки (ТАГУ) 10.The wind turbine (VT) 1 is rigidly connected to the mechanical input (rotor shaft) of the three-input axial generator set (TAGU) 10.

Выход фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) 2 соединен с световым входом трехвходовой аксиальной генераторной установки (ТАГУ) 10.The output of the photoelectric converter (PEC) 2 is connected to the light input of a three-input axial generator set (TAGU) 10.

Выход теплового преобразователя (ТП) 5 подсоединен к первому входу сумматора тепловой энергии (СТЭ) 9.The output of the thermal Converter (TP) 5 is connected to the first input of the adder of thermal energy (STE) 9.

Аккумуляторная батарея (АБ) 11 выполнена с возможностью подключения через выпрямитель (В) 4 к выходу трехвходовой аксиальной генераторной установки (ТАГУ) 10.The battery (AB) 11 is configured to be connected through a rectifier (B) 4 to the output of a three-input axial generator set (TAGU) 10.

Приводной дизель (мотор М) 7 сообщен с блоком утилизации тепла (БУТ) 8, выход которого подключен ко второму входу сумматора тепловой энергии (СТЭ) 9.A driving diesel engine (motor M) 7 is in communication with a heat recovery unit (BUT) 8, the output of which is connected to the second input of the thermal energy adder (STE) 9.

Предлагаемая САЭ преобразует в электрическую энергию следующие виды энергии:The proposed SAE converts the following types of energy into electrical energy:

- химическую энергию топлива, преобразуемую приводным дизелем (М) 7 в механическую энергию вращательного движения ротора аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора (АМБСГ) 6 и трехвходовой аксиальной генераторной установки (ТАГУ) 10;- the chemical energy of the fuel, converted by a driving diesel engine (M) 7 into the mechanical energy of the rotational motion of the rotor of the axial multiphase contactless synchronous generator (AMBSG) 6 and three-input axial generator set (TAGU) 10;

- кинетическую энергию ветра, преобразуемую ветротурбиной (ВТ) 1 в механическую энергию вращения ротора трехвходовой аксиальной генераторной установки (ТАГУ) 10;- kinetic energy of the wind, converted by a wind turbine (VT) 1 into the mechanical energy of rotation of the rotor of a three-input axial generator set (TAGU) 10;

- световую энергию Солнца, преобразуемую фотоэлектрическим преобразователем (ФЭП) 2 в электрическую энергию постоянного тока для запаса ее аккумуляторной батареей (АБ) 11, подачи на вход инвертора И 3 и на световой вход трехвходовой аксиальной генераторной установки (ТАГУ) 10;- the light energy of the Sun, converted by a photoelectric converter (PEC) 2 into direct current electric energy for supplying it with a storage battery (AB) 11, supplying to the inverter input I 3 and to the light input of a three-input axial generator set (TAGU) 10;

- тепловую энергию Солнца (или другого источника тепла), преобразуемую тепловым преобразователем (ТП) 5 в электрическую энергию постоянного тока и подаваемую на первый вход сумматора тепловой энергии (СТЭ) 9 с последующей передачей на тепловой вход трехвходовой аксиальной генераторной установки (ТАГУ) 10;- thermal energy of the Sun (or another source of heat), converted by a heat converter (TP) 5 into direct current electric energy and supplied to the first input of the thermal energy adder (STE) 9 with subsequent transfer to the thermal input of a three-input axial generator set (TAGU) 10;

- часть энергии топлива в виде тепловых потерь приводного дизеля (М) 7, которые целенаправленно утилизируются блоком утилизации тепла (БУТ) 8, подаваемая на второй вход сумматора тепловой энергии (СТЭ) 9 с последующей передачей на тепловой вход трехвходовой аксиальной генераторной установки (ТАГУ) 10.- part of the fuel energy in the form of heat loss of the driving diesel engine (M) 7, which is purposefully disposed of by the heat recovery unit (BUT) 8, supplied to the second input of the thermal energy adder (STE) 9, followed by transfer to the thermal input of a three-input axial generator set (TAGU) 10.

Первичными источниками электроэнергии в САЭ являются:The primary sources of electricity in the SAE are:

- трехвходовая аксиальная генераторная установка (ТАГУ) 10, в обмотке якоря которой вырабатывается трехфазный переменный синусоидальный ток 220/380 В, 50 Гц;- three-input axial generator set (TAGU) 10, in the armature of which an three-phase alternating sinusoidal current of 220/380 V, 50 Hz is generated;

- аксиальный многофазный бесконтактный синхронный генератор (АМБСГ) 6, также вырабатывающий многофазный (трехфазный) переменный синусоидальный ток тех же параметров.- axial multiphase non-contact synchronous generator (AMBSG) 6, also generating a multiphase (three-phase) alternating sinusoidal current of the same parameters.

Вторичным (резервным) источником электрической энергии переменного тока является инвертор (И) 3, преобразующий электроэнергию постоянного тока, запасенную аккумуляторной батареей (АБ) И в электроэнергию переменного квазисинусоидального трехфазного переменного тока тех же параметров.The secondary (backup) source of electrical energy of alternating current is an inverter (I) 3, which converts direct current electric energy stored by a storage battery (AB) and into electric energy of an alternating quasi-sinusoidal three-phase alternating current of the same parameters.

При этом «излишки» электрической энергии постоянного тока, генерируемой фотоэлектрическим преобразователем (ФЭП) 2, а также энергии переменного тока системы ТАГУ 10 - М 7 - АМБСГ 6 (предварительно выпрямленного в выпрямителе (В) 4) аккумулируются в аккумуляторной батарее (АБ) 11.In this case, the "surplus" of direct current electric energy generated by the photoelectric converter (PEC) 2, as well as the alternating current energy of the TAGU 10 - M 7 - AMBSG 6 system (previously rectified in the rectifier (V) 4) are accumulated in the battery (AB) 11 .

Потребители электрической энергии переменного тока согласно Правил устройства электроустановок (ПУЭ) подразделяются на потребители I, II и III категории (~ПЭI, ~ПЭII и ~ПЭIII) и разделены между собой выключателями нагрузки. Помимо этого в системе предусмотрено питание потребителей постоянного тока =ПЭ.Consumers of electrical energy of alternating current according to the Rules for Electrical Installations (PUE) are divided into consumers of I, II and III categories (~ P EI , ~ P EII and ~ P EIII ) and are divided among themselves by load switches. In addition, the system provides power to DC consumers = P E.

САЭ работает следующим образом.SAE works as follows.

Ветротурбина (ВТ) 1 переменной скорости вращения преобразует кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения и подает ее на механический вход трехвходовой аксиальной генераторной установки (ТАГУ) 10. Фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) 2 преобразует световую энергию Солнца в электрическую энергию постоянного тока. С выхода фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) 2 электроэнергия постоянного тока поступает на световой вход трехвходовой аксиальной генераторной установки (ТАГУ) 10, на вход инвертора 3 и на аккумуляторную батарею (АБ) 11 для ее зарядки. Тепловой преобразователь (ТП) 5 преобразует тепловую энергию Солнца или другого источника тепла в электрическую энергию постоянного тока. С выхода теплового преобразователя (ТП) 5 электроэнергия постоянного тока поступает на первый вход сумматора тепловой энергии (СТЭ) 9. Блок утилизации тепла (БУТ) 8 утилизирует тепловые потери приводного дизеля (М) 7, преобразует их в электроэнергию постоянного тока и подает ее на второй вход сумматора тепловой энергии (СТЭ) 9. Сумматор тепловой энергии (СТЭ) 9 суммирует энергию, поступающую с теплового преобразователя (ТП) 5 и блока утилизации тепла (БУТ) 8, и подает суммарную энергию на тепловой вход трехвходовой аксиальной генераторной установки (ТАГУ) 10. Трехвходовая аксиальная генераторная установка (ТАГУ) 10 суммирует поступающую на ее механический, световой и тепловой входы соответственно механическую, световую и тепловую энергию, преобразует суммарную энергию в электрическую энергию переменного тока и подает ее в сеть для питания потребителей переменного тока, а также через выпрямитель (В) 4 на аккумуляторную батарею (АБ) 11 для ее подзарядки и к потребителям постоянного тока.A variable-speed wind turbine (VT) 1 converts the kinetic energy of the wind into mechanical rotation energy and feeds it to the mechanical input of a three-input axial generator set (TAGU) 10. A photovoltaic converter (PEC) 2 converts the solar light energy into direct current electric energy. From the output of the photoelectric converter (PEC) 2, direct current electricity is supplied to the light input of the three-input axial generator set (TAGU) 10, to the input of the inverter 3 and to the battery (AB) 11 for charging it. A heat converter (TP) 5 converts the thermal energy of the Sun or another heat source into direct current electrical energy. From the output of the heat converter (TP) 5, direct current electricity is supplied to the first input of the thermal energy adder (STE) 9. The heat recovery unit (BUT) 8 utilizes the heat loss of the drive diesel (M) 7, converts them into direct current electricity and supplies it to the second input of the thermal energy adder (STE) 9. The thermal energy adder (STE) 9 summarizes the energy coming from the heat converter (TP) 5 and the heat recovery unit (BUT) 8, and supplies the total energy to the heat input of the three-input axial generator set and (TAGU) 10. The three-input axial generator set (TAGU) 10 summarizes the mechanical, light, and thermal energy supplied to its mechanical, light, and thermal inputs, converts the total energy into alternating current electrical energy, and supplies it to the network to supply alternating current consumers and also through the rectifier (B) 4 to the battery (AB) 11 for recharging it and to consumers of direct current.

При слабом ветре приводной дизель (мотор М) 7 преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию вращения, подаваемую на механические входы аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора (АМБСГ) 6 и трехвходовой аксиальной генераторной установки (ТАГУ) 10, которые преобразуют ее в электрическую энергию переменного тока и подают в сеть, а также через выпрямитель (В) 4 на аккумуляторную батарею (АБ) 11 для ее подзарядки и к потребителям постоянного тока.In light winds, a driving diesel engine (motor M) 7 converts the chemical energy of the fuel into mechanical energy of rotation supplied to the mechanical inputs of the axial multiphase non-contact synchronous generator (AMBSG) 6 and the three-input axial generator set (TAGU) 10, which convert it into alternating current electric energy and served in the network, as well as through the rectifier (B) 4 to the battery (AB) 11 to recharge it and to consumers of direct current.

При отсутствии ветра и топлива питание потребителей переменного тока осуществляется от аварийного источника питания - аккумуляторной батареи (АБ) 11 через инвертор (И) 4, а потребителей постоянного тока от аккумуляторной батареи (АБ) 11 напрямую.In the absence of wind and fuel, AC consumers are supplied from an emergency power source - a battery (AB) 11 through an inverter (I) 4, and direct current consumers from a battery (AB) 11 directly.

Claims (1)

Система автономного электроснабжения, содержащая ветротурбину переменной скорости вращения, фотоэлектрический преобразователь, преобразующий световую энергию в электрическую энергию постоянного тока, приводной дизель, механически связанный с аксиальным многофазным бесконтактным синхронным генератором, аккумуляторную батарею, выполненную с возможностью соединения через выпрямитель с выходом аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора и имеющую возможность подключения к потребителям постоянного тока и через инвертор к потребителям переменного тока, отличающаяся тем, что дополнительно содержит тепловой преобразователь, трехвходовую аксиальную генераторную установку, механически связанную с приводным дизелем и имеющую механический, световой и тепловой входы, и сумматор тепловой энергии с первым и вторым входами, выход которого подсоединен к тепловому входу трехвходовой аксиальной генераторной установки, при этом ветротурбина жестко связана с механическим входом трехвходовой аксиальной генераторной установки, выход фотоэлектрического преобразователя соединен со световым входом трехвходовой аксиальной генераторной установки, а выход теплового преобразователя подсоединен к первому входу сумматора тепловой энергии, при этом аккумуляторная батарея выполнена с возможностью подключения через выпрямитель к выходу трехвходовой аксиальной генераторной установки, а приводной дизель сообщен с блоком утилизации тепла, выход которого подключен ко второму входу сумматора тепловой энергии.An autonomous power supply system comprising a variable-speed wind turbine, a photovoltaic converter that converts light energy into direct current electric energy, a drive diesel engine mechanically coupled to an axial multiphase non-contact synchronous generator, a rechargeable battery configured to be connected through a rectifier to the output of an axial multiphase non-contact synchronous generator and having the ability to connect to DC consumers and through an inverter for alternating current consumers, characterized in that it further comprises a heat converter, a three-input axial generator set mechanically coupled to a drive diesel engine and having mechanical, light and thermal inputs, and a heat energy adder with first and second inputs, the output of which is connected to a thermal input a three-input axial generator set, wherein the wind turbine is rigidly connected to the mechanical input of a three-input axial generator set, the output of the photoelectric the converter is connected to the light input of the three-input axial generator set, and the output of the heat converter is connected to the first input of the heat energy adder, while the battery is configured to be connected through the rectifier to the output of the three-input axial generator set, and the drive diesel is connected to the heat recovery unit, the output of which connected to the second input of the thermal energy adder.
RU2019111579A 2019-04-16 2019-04-16 Autonomous power supply system RU2698864C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111579A RU2698864C1 (en) 2019-04-16 2019-04-16 Autonomous power supply system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111579A RU2698864C1 (en) 2019-04-16 2019-04-16 Autonomous power supply system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2698864C1 true RU2698864C1 (en) 2019-08-30

Family

ID=67851402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019111579A RU2698864C1 (en) 2019-04-16 2019-04-16 Autonomous power supply system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2698864C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759192C1 (en) * 2021-03-16 2021-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Hybrid energy complex
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

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU113615U1 (en) * 2011-09-22 2012-02-20 Открытое акционерное общество "Гипрогазцентр" AUTONOMOUS UNINTERRUPTED POWER SUPPLY SYSTEM USING A RENEWABLE ENERGY SOURCE
CN103166250A (en) * 2013-01-31 2013-06-19 东南大学 An energy intelligent management device for a multi-energy power supply system
RU2589730C1 (en) * 2015-07-29 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") Three-input axial generator plant
EP3242012A1 (en) * 2014-12-31 2017-11-08 Shenzhen Enesoon Science & Technology Co., Ltd. Combined energy supply system of wind, photovoltaic, solar thermal power and medium-based heat storage
RU2636387C1 (en) * 2017-01-30 2017-11-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Axial three-inlet wind-solar generator
RU2639458C2 (en) * 2015-08-24 2017-12-21 Евгений Валерьевич Николаев Autonomous power unit

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU113615U1 (en) * 2011-09-22 2012-02-20 Открытое акционерное общество "Гипрогазцентр" AUTONOMOUS UNINTERRUPTED POWER SUPPLY SYSTEM USING A RENEWABLE ENERGY SOURCE
CN103166250A (en) * 2013-01-31 2013-06-19 东南大学 An energy intelligent management device for a multi-energy power supply system
EP3242012A1 (en) * 2014-12-31 2017-11-08 Shenzhen Enesoon Science & Technology Co., Ltd. Combined energy supply system of wind, photovoltaic, solar thermal power and medium-based heat storage
RU2589730C1 (en) * 2015-07-29 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") Three-input axial generator plant
RU2639458C2 (en) * 2015-08-24 2017-12-21 Евгений Валерьевич Николаев Autonomous power unit
RU2636387C1 (en) * 2017-01-30 2017-11-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Axial three-inlet wind-solar generator

Cited By (2)

* 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
RU2759192C1 (en) * 2021-03-16 2021-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Hybrid energy complex

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6949843B2 (en) Grid-connected power systems having back-up power sources and methods of providing back-up power in grid-connected power systems
US9705357B2 (en) Hybrid electric generator set
EP3579368B1 (en) Energy storage system
KR100519861B1 (en) Island network and method for operating of an island network
CN104661853B (en) Power supply system, and vehicle and management device used therein
CN114977471A (en) Energy storage system
WO2010042118A1 (en) Building with multiple power generation sources enabled by an elevator system
KR101644522B1 (en) Power supply system of ac microgrid three phase
JP2015056942A (en) Hybrid power generation system
US20240258935A1 (en) Microgrid controller with one or more sources
CN103166220B (en) A kind of off-grid type Stirling electric power system structure and control method
WO2013146773A1 (en) Power supply system
RU2698864C1 (en) Autonomous power supply system
CN106160162A (en) Electric power system
WO2019202540A1 (en) A system and method for recharging an vehicle electric with direct current
WO2011161692A2 (en) Reactive power management for wind turbine applications
CN211127216U (en) Energy device, charging vehicle, charging pile and extended-range electric vehicle
RU2262790C1 (en) Off-line no-break power supply system using renewable energy source
Balbino et al. A full-bridge partial-power processing converter applied to small wind turbines systems
KR20220069832A (en) Method and apparatus for directly charging an electric vehicle at a dc current source
RU2680642C1 (en) Wind and sun plant of autonomous power supply
RU2759192C1 (en) Hybrid energy complex
CN203151093U (en) Off-grid Stirling power supply system structure
RU113615U1 (en) AUTONOMOUS UNINTERRUPTED POWER SUPPLY SYSTEM USING A RENEWABLE ENERGY SOURCE
RU2836736C1 (en) Hybrid power complex

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210528

Effective date: 20210528