[发明专利]基于超级电容的动力UPS系统及其储能方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在线式动力不间断电源装置，特别涉及一种在线式交直流动力不间断电源系统。

背景技术

现代工业生产对电的质量要求越来越高，从连续供电到稳压稳频供电，从改善功率因数到抗电磁干扰。随着用户用电量越来越大，大量的现代控制手段不断被采用，如：变频调速器，IGBT等，这些现代手段对瞬间电网的状态反应十分敏感，不允许电源电压大幅下降。某些关键设备的意外终止对于连续运转的生产企业是致命的，除了会造成严重的经济损失，有时甚至会引发重大的安全事故。诸如，高度连续化生产线如化纤聚酯生产中，任何瞬间的停机都会造成生产的巨大损失；化肥生产中，造粒喷头电机的停机就会堵塞喷嘴；高压聚乙烯生产中，反应釜控制电机的停机将造成重大事故；高稳定性场合如超大规模集成电路的加工、重要的计算机机房及程控机机房控制等，计算机机房的瞬时停机将造成硬盘数据的丢失。总之在关键及重要场合、绝对不能瞬间停电。

目前，晃电也是最为常见、危害最大的电能质量问题之一。晃电是指供电电压出现突然下降又在较短时间内恢复的现象，其持续时间一般为0.5～1.5秒。引起晃电的原因通常是输电线路的瞬间短路或大功率设备的突然启动造成的。具有发生的随机性大，持续时间短的特点，由此可能出现在输电、用电等多个环节，并很难确定每次晃电的故障原因。目前晃电已成为高度连续化生产企业需要应对的主要的电力故障之一。

通常，企业会在关键任务中部署备用电源系统，以确保如服务器、电信设备、生产线等关键设备的连续供电。但是在柴油发电机、微型涡轮发电机、蓄电池等供电设备中，只有蓄电池可以在出现供电故障时立即启动，而其他设备则需要数秒至一分钟的启动时间。根据统计数据显示，90%以上的供电故障及干扰持续不到一秒钟，但却相对频繁。使用蓄电池作为备用电源的储能系统，虽然可以解决关键设备的意外终止或“晃电”现象，但是在实际应用中蓄电池寿命衰减严重，且维护成本高，另外受环境温度影响大。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种基于超级电容的动力UPS系统，以超级电容器组为储能单元，利用超级电容器高功率、高安全、寿命长、免维护、无污染、能提供快速的能量释放等优点，并采用在线并联热备方式弥补动力设备在电网晃电期间造成的电力能源缺口，从而克服电网晃电的不良现象。

为了解决上述技术问题，本发明基于超级电容的动力UPS系统予以实现的技术方案是：包括整流器、逆变器、双向DC/DC变换器和储能系统；所述整流器用于将输入配电的交流电压转换成高压直流电压，并为逆变器提供电源；所述逆变器用于将前端的高压直流电压转换成满足负载使用要求的交流电压；所述储能系统由超级电容器组C、超级电容均衡电路及超级电容器管理系统CMS组成；所述超级电容器组C包括若干个并联的超级电容器子系统构成，每个超级电容器子系统由若干支超级电容器单体串联构成；所述超级电容均衡电路由一个旁路开关和一均衡电阻构成；每个超级电容器单体均分别并联有一超级电容均衡电路；所述超级电容器管理系统CMS至少包括超级电容器电压监控系统、超级电容器电流监控系统、超级电容器温度监控系统、超级电容器过压过流保护系统和通讯显示系统；所述双向DC-DC变换器包括开关管Q1、开关管Q2、稳压电感L、滤波电容C_L和限流电阻R；其中：开关管Q1和开关管Q2采用内部带有反向体二极管的开关管；所述开关管Q1的输入端连接至电源US的正极，所述开关管Q1的输出端连接至所述开关管Q2的输入端；所述开关管Q2的输出端连接至电源US的负极；所述滤波电容C_L并联在电源US上；所述限流电阻R串联在所述超级电容器组C的正极和稳压电感L之间，所述稳压电感L的另一端连接至所述开关管Q1和开关管Q2之间的连线上；所述超级电容器组C的负极连接至电源US的负极；所述整流器通过所述双向DC-DC变换器对所述储能系统进行充电和浮充电。