基于超級電容的動力UPS系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種基于超級電容的動力UPS系統，包括整流器、逆變器、雙向DC/DC變換器、儲能系統。儲能系統由超級電容器組、超級電容均衡電路和CMS組成。整流器用于將輸入配電的交流電壓轉換成高壓直流電壓，并為逆變器提供電源；逆變器用于將前端的高壓直流電壓轉換成滿足負載使用要求的交流電壓；整流器通過雙向DC-DC變換器對儲能系統進行充電和浮充電。本實用新型專利技術以超級電容器為儲能單元，采用在線并聯熱備方式，彌補動力設備在電網晃電期間造成的電力能源缺口。本實用新型專利技術在低溫條件下（極限溫度-40℃）仍能正常工作，具有體積小、免維護、壽命長、功率性強、可靠性高等特點，可以滿足大功率的瞬時供電要求。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

基于超級電容的動力UPS系統
本技術涉及一種在線式動力不間斷電源裝置，特別涉及一種在線式交直流動力不間斷電源系統。
技術介紹
現代工業生產對電的質量要求越來越高，從連續供電到穩壓穩頻供電，從改善功率因數到抗電磁干擾。隨著用戶用電量越來越大，大量的現代控制手段不斷被采用，如:變頻調速器，IGBT等，這些現代手段對瞬間電網的狀態反應十分敏感，不允許電源電壓大幅下降。某些關鍵設備的意外終止對于連續運轉的生產企業是致命的，除了會造成嚴重的經濟損失，有時甚至會引發重大的安全事故。諸如，高度連續化生產線如化纖聚酯生產中，任何瞬間的停機都會造成生產的巨大損失；化肥生產中，造粒噴頭電機的停機就會堵塞噴嘴；高壓聚乙烯生產中，反應釜控制電機的停機將造成重大事故；高穩定性場合如超大規模集成電路的加工、重要的計算機機房及程控機機房控制等，計算機機房的瞬時停機將造成硬盤數據的丟失。總之在關鍵及重要場合、絕對不能瞬間停電。目前，晃電也是最為常見、危害最大的電能質量問題之一。晃電是指供電電壓出現突然下降又在較短時間內恢復的現象，其持續時間一般為0.5 1.5秒。引起晃電的原因通常是輸電線路的瞬間短路或大功率設備的突然啟動造成的。具有發生的隨機性大，持續時間短的特點，由此可能出現在輸電、用電等多個環節，并很難確定每次晃電的故障原因。目前晃電已成為高度連續化生產企業需要應對的主要的電力故障之一。通常，企業會在關鍵任務中部署備用電源系統，以確保如服務器、電信設備、生產線等關鍵設備的連續供電。但是在柴油發電機、微型渦輪發電機、蓄電池等供電設備中，只有蓄電池可以在出現供電故障時立即啟動，而其他設備則需要數秒至一分鐘的啟動時間。根據統計數據顯示，90%以上的供電故障及干擾持續不到一秒鐘，但卻相對頻繁。使用蓄電池作為備用電源的儲能系統，雖然可以解決關鍵設備的意外終止或“晃電”現象，但是在實際應用中蓄電池壽命衰減嚴重，且維護成本高，另外受環境溫度影響大。
技術實現思路
針對上述現有技術，本技術提供一種基于超級電容的動力UPS系統，以超級電容器組為儲能單元，利用超級電容器高功率、高安全、壽命長、免維護、無污染、能提供快速的能量釋放等優點，并采用在線并聯熱備方式彌補動力設備在電網晃電期間造成的電力能源缺口，從而克服電網晃電的不良現象。為了解決上述技術問題，本技術基于超級電容的動力UPS系統予以實現的技術方案是:包括整流器、逆變器、雙向DC/DC變換器和儲能系統；所述整流器用于將輸入配電的交流電壓轉換成高壓直流電壓，并為逆變器提供電源；所述逆變器用于將前端的高壓直流電壓轉換成滿足負載使用要求的交流電壓；所述儲能系統由超級電容器組C、超級電容均衡電路及超級電容器管理系統CMS組成；所述超級電容器組C包括若干個并聯的超級電容器子系統構成，每個超級電容器子系統由若干支超級電容器單體串聯構成；所述超級電容均衡電路由一個旁路開關和一均衡電阻構成；每個超級電容器單體均分別并聯有一超級電容均衡電路；所述超級電容器管理系統CMS至少包括超級電容器電壓監控系統、超級電容器電流監控系統、超級電容器溫度監控系統、超級電容器過壓過流保護系統和通訊顯示系統；所述雙向DC-DC變換器包括開關管Q1、開關管Q2、穩壓電感L、濾波電容Q和限流電阻R ;其中:開關管Ql和開關管Q2采用內部帶有反向體二極管的開關管；所述開關管Ql的輸入端連接至電源US的正極，所述開關管Ql的輸出端連接至所述開關管Q2的輸入端；所述開關管Q2的輸出端連接至電源US的負極；所述濾波電容Q并聯在電源US上；所述限流電阻R串聯在所述超級電容器組C的正極和穩壓電感L之間，所述穩壓電感L的另一端連接至所述開關管Ql和開關管Q2之間的連線上；所述超級電容器組C的負極連接至電源US的負極；所述整流器通過所述雙向DC-DC變換器對所述儲能系統進行充電和浮充電。與現有技術相比，本技術的有益效果是:本技術以超級電容器組為儲能單元的動力不間斷電源，采用在線并聯熱備方式，彌補動力設備在電網晃電期間造成的電力能源缺口。以超級電容器組為儲能單元，在低溫條件下(極限溫度_40°C)仍能正常工作，并具有免維護、壽命長(高達10年以上)、功率性強的特點，可以滿足大功率的瞬時供電要求。另外，其中還包括一雙向DC/DC變換器，可以解決超級電容器組限流充電和系統穩壓放電的問題，從而減少電路分立元件的數量，系統結構緊湊、體積小、可靠性高。本技術能有效的克服電網“晃電”或電網“閃絡”的現象，可廣泛應用于化纖、化工、電力、石油、電子、制藥、新能源等大、中型連續化生產企業。附圖說明圖1是本技術基于超級電容的動力UPS系統的原理框圖；圖2是本技術中雙向DC/DC變換器的結構圖；圖3是本技術超級電容器組的聯結方式圖；圖4是本技術超級電容均衡電路原理圖；圖5是本技術基于超級電容的動力UPS系統的正常工作狀態時儲能電原理圖；圖6是本技術基于超級電容的動力UPS系統的處于后備運行狀態時釋放能量電原理圖。具體實施方式以下結合附圖和具體實施方式對本技術作進一步詳細地描述。如圖1所示，本技術基于超級電容的動力UPS系統，包括:整流器、逆變器、雙向DC/DC變換器和儲能系統。所述整流器用于將輸入配電的交流電壓轉換成高壓直流電壓，并為逆變器提供電源，系統正常工作運行時，整流器通過雙向DC-DC變換器對儲能系統進行充電和浮充電。所述逆變器是將前端的高壓直流電壓轉換成滿足負載使用要求的交流電壓的轉換器。該直流電壓正常工作運行下來自整流器的輸出，后備運行期間來自儲能系統的放電過程。而儲能系統在電網晃電期間、以及倒閘操作期間使UPS系統繼續運行。如圖2所示，所述雙向DC-DC變換器包括開關管Ql、開關管Q2、穩壓電感L、濾波電容Q和限流電阻R ;其中:開關管Ql和開關管Q2采用內部帶有反向體二極管的開關管；所述開關管Ql的輸入端連接至電源US的正極，所述開關管Ql的輸出端連接至所述開關管Q2的輸入端；所述開關管Q2的輸出端連接至電源US的負極；所述濾波電容Q并聯在電源US上；所述限流電阻R串聯在所述超級電容器組C的正極和穩壓電感L之間，所述穩壓電感L的另一端連接至所述開關管Ql和開關管Q2之間的連線上；所述所述超級電容器組C的負極連接至電源US的負極。如圖1所示，所述整流器通過所述雙向DC-DC變換器對所述儲能系統進行充電和浮充電。當系統處于正常工作狀態時，所述開關管Ql加載驅動信號，開關管Q2不加驅動信號；開關管Ql驅動信號為高電平時，所述開關管Ql導通，所述開關管Q2正向截止，所述開關管Q2中的反向體二極管導通；所述整流器輸出電壓直接加在穩壓電感L上，穩壓電感L儲存能量，開關管Ql驅動信號為低電平時，所述開關管Ql截止，穩壓電感L釋放能量，電感電流流過限流電阻R，超級電容器組C和開關管Q2中的反向體二極管形成的環路，實現為超級電容器組C充電；當系統處于后備運行狀態時，所述開關管Ql不加驅動信號，所述開關管Ql正向截止，所述開關管Ql的反向體二極管導通，當所述開關管Q2驅動信號為高電平時，所述開關管Q2導通，所述超級電容器組C作為電源直接加在穩壓電感L上，穩壓電感L儲能，當所述開關管Q2驅動信號為低電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于超級電容的動力UPS系統，包括：整流器、逆變器、雙向DC/DC變換器和儲能系統；所述整流器用于將輸入配電的交流電壓轉換成高壓直流電壓，并為逆變器提供電源；所述逆變器用于將前端的高壓直流電壓轉換成滿足負載使用要求的交流電壓；其特征在于：所述儲能系統由超級電容器組C、超級電容均衡電路及超級電容器管理系統CMS組成；所述超級電容器組C包括若干個并聯的超級電容器子系統構成，每個超級電容器子系統由若干支超級電容器單體串聯構成；所述超級電容均衡電路由一個旁路開關和一均衡電阻構成；每個超級電容器單體均分別并聯有一超級電容均衡電路；所述超級電容器管理系統CMS至少包括超級電容器電壓監控系統、超級電容器電流監控系統、超級電容器溫度監控系統、超級電容器過壓過流保護系統和通訊顯示系統；所述雙向DC?DC變換器包括開關管Q1、開關管Q2、穩壓電感L、濾波電容CL和限流電阻R；其中：開關管Q1和開關管Q2采用內部帶有反向體二極管的開關管；所述開關管Q1的輸入端連接至電源US的正極，所述開關管Q1的輸出端連接至所述開關管Q2的輸入端；所述開關管Q2的輸出端連接至電源US的負極；所述濾波電容CL并聯在電源US上；所述限流電阻R串聯在所述超級電容器組C的正極和穩壓電感L之間，所述穩壓電感L的另一端連接至所述開關管Q1和開關管Q2之間的連線上；所述超級電容器組C的負極連接至電源US的負極；所述整流器通過所述雙向DC?DC變換器對所述儲能系統進行充電和浮充電。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：邱宗清，張秀婷，李學濤，張震，
申請(專利權)人：麥思博爾能源技術天津有限公司，
類型：實用新型
國別省市：