[发明专利]一种基于铝电解电容和超级电容组合的电源系统

说明书

技术领域

本发明涉及智能设备电源系统的充放电管理技术、在线检测技术，具体为一种可用于10kV户外柱上智能设备的基于铝电解电容和超级电容组合的电源系统。

背景技术

随着智能电网建设在超高压和配电网两端的不断深化，越来越多的智能设备安装于10kV架空线路上，户外柱上智能设备已经成为实现智能配电网的主要器件之一。不同于变电站、开闭所甚至于环网柜内的设备，户外柱上智能设备的电源系统受空间、体积、重量以及取电电源方式等因素的制约，同时该智能设备属于成套设备，其电源系统在控制器工作电源和后备电源以及本体开关操作电源统一设计时存在较大难度，现有电源系统设计方法的固有缺陷主要表现在以下三个方面：

1、电源系统储能单元性能差，使用寿命短，容易导致智能成套设备无法正常工作，线路发生故障时无法切除，会恶化电网的运行环境，当该线路需要恢复供电时也不能及时复电；2、控制器工作电源、后备工作电源和本体开关操作电源分别设计，体积庞大，发热严重，能源浪费；3、电源系统充放电管理功能粗糙，在线检测功能缺失，无法有效延长储能单元的使用寿命，更无法保证隐患的预诊断。

上述缺陷将对目前追求的供电可靠性和优质服务提出了挑战，因此，电源系统设计方法的创新将是未来的关键技术和发展趋势。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种基于铝电解电容和超级电容组合的电源系统，其实现了电源系统电路的模块化设计，使得该电源系统三大电源统一设计，集充放电管理、状态监视及告警于一体，大大提高整个产品的维护性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种基于铝电解电容和超级电容组合的电源系统，所述电源系统包括依次连接的变压模块、整流模块、智能充放电管理模块及控制器工作电路，其还包括铝电解电容，其一端连接有本体开关并作为其分闸电源，另一端与所述整流模块连接；超级电容，其一端与上述本体开关连接作为其备用分合闸电源，另一端与所述智能充放电管理模块双向连接。

作为上述技术方案的改进，所述智能充放电管理模块包括集中控制单元、电容充电管理单元、电容放电管理单元及依次连接的输入滤波单元、PWM控制单元、功率变换单元、输出滤波单元、输出检测保护单元。

作为上述技术方案的改进，所述超级电容其充电方式采用恒流充电方式或恒压充电方式或涓流间隙式充电方式。

进一步地，所述超级电容其充电过程包括：

已知所述超级电容设定电压U0、额定电压Ut，并检测超级电容电压；

当其电压小于设定电压U0时，采用恒流充电方式充电；

当其电压大于设定电压U0并小于额定电压Ut时，采用恒压充电方式充电；

当其电压升至额定电压Ut时，采用涓流间隙式充电方式充电。

进一步地，所述超级电容其放电时间至少为一次本体开关分合闸操作及数据通信上传时间之和，所述超级电容其电压等级为DC24V/DC48V/DC110/DC220V。

作为上述技术方案的改进，所述智能充放电管理模块还包括分别与集中控制单元连接的电容在线检测管理单元、状态信号单元，其分别用于接收、传递超级电容状态检测信号。

进一步地，所述控制器工作电路包括一控制器工作电路DSP，其可实时监测超级电容状态、完成超级电容容量的检测与记录。

进一步地，与所述控制器工作电路DSP连接的有一温度测量单元。

进一步地，所述实时监测超级电容状态、完成超级电容容量的检测与记录的过程包括：

控制器工作电路DSP向智能充放电管理模块发出超级电容状态检测启动信号；

智能充放电管理模块接收到状态检测启动信号后，根据当前所检测超级电容电压值，判断是否切换至放电模式；

当判断可以启动时，立即将其切换至放电模式，并传递状态检测启动信号给控制器工作电路DSP；

控制器工作电路DSP接收到状态检测启动信号后，检测超级电容电压U1，并计时T1；

智能充放电管理模块在检测超级电容电压值下降至U2时即停止检测，0s切换外部电源保证控制器工作电路的正常工作，同时向控制器工作电路DSP传递状态检测停止信号；

控制器工作电路DSP接收到状态检测停止信号后停止计时，并记录该时刻T2；

控制器工作电路DSP根据上述数据并结合当前温度，经数据处理判断该超级电容的状态及是否发出告警信号。

本发明带来的有益效果有：