一种新型无间断电源系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种新型无间断电源系统，主要包括一个超级电容储能单元、一个压缩空气动力单元、以及监测与控制单元。当市电正常供电时，电力储存于超级电容以及压缩空气动力单元中。当电力中断时，超级电容迅速反应，为用电设备供电，并启动压缩空气动力单元，实现持续长时间供电。当市电恢复正常时，利用电网电力实现储能过程，同时，通过压缩机补充储气罐中的压缩空气。本实用新型专利技术所述的无间断电源系统采用超级电容以及压缩空气动力单元，具有反应迅速、低碳环保、使用寿命长、维护成本低、适应能力强等特点。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种新型无间断电源系统，主要包括一个超级电容储能单元、一个压缩空气动力单元、以及监测与控制单元。当市电正常供电时，电力储存于超级电容以及压缩空气动力单元中。当电力中断时，超级电容迅速反应，为用电设备供电，并启动压缩空气动力单元，实现持续长时间供电。当市电恢复正常时，利用电网电力实现储能过程，同时，通过压缩机补充储气罐中的压缩空气。本技术所述的无间断电源系统采用超级电容以及压缩空气动力单元，具有反应迅速、低碳环保、使用寿命长、维护成本低、适应能力强等特点。【专利说明】一种新型无间断电源系统
本技术涉及一种无间断电源系统，特别是一种耦合市电、超级电容与压缩空气动力单元的无间断电源系统。
技术介绍
无间断电源(Uninterruptible Power Supply, UPS)是一种包含整流、储能、逆变以及开关等部件的电源设备，作为应急电源或者备用电源接入电网或者局域电网中，当电网供电系统中断时，该设备释放储存的电能实现持续供电，维持用电设备的正常运转。无间断电源在工业、商业以及住宅等领域具有广泛的应用，主要包括通讯、信息技术、计算机数据中心、工业控制、医疗、能源以及各种建筑供电系统等。无间断电源主要包括两部分:主机和电力储存设备。主机包括整流、逆变、开关以及其他的感应和控制模块。电力储存设备分为静态和动态储存设备。静态储存设备是目前广泛应用的一种电力储存方案，其主体是化学蓄电池；动态储存设备指供电输出是靠动能维持(如飞轮、内燃机、燃气轮机等)的无间断电源方案。蓄电池具有使用寿命较短、充电时间长、要求不完全放电、维护周期短、对环境条件要求高等缺点，更重要的是，蓄电池的生产过程以及废旧电池的处理过程都伴有污染产生。飞轮蓄能可以实现快速反应，效率较高，但需要与内燃机配合使用。内燃机工作消耗化石燃料，其排放物将对环境产生污染。超级电容是一种先进的高能量储存元件,具有反应迅速、容量大、体积小、寿命长、串并联组合方便等。本技术提出了一种耦合超级电容的压缩空气动力单元，它具有无污染、能量密度高的特点，可以相对较长时间发电，而且与超级电容相耦合，具有反应速度快等特点，从而形成一种新型的无间断电源系统。
技术实现思路
为了解决上述现有技术的缺点和不足，本技术旨在提供一种新型的无间断电源系统，该无间断电源系统具有功率密度高、充电时间短、反应迅速、低碳环保、使用寿命长、维护成本低、适应能力强等优点。为达到上述目的，本技术的技术解决方案是:一种新型无间断电源系统，包括超级电容单元、压缩空气动力单元以及监测与控制单元，其特征在于，所述监测与控制单元通过控制线路与超级电容单元、压缩空气动力单元连接，使用始终处于工作状态的监测与控制单元动态实时监测市电、超级电容单元以及压缩空气动力单元的工作状态，当监测到市电处于正常供电的工作状态时，监测与控制单元控制仅使市电对用电设备进行供电，同时关闭所述压缩空气动力单元，并使市电对超级电容单元充电；当监测到市电处于断电的工作状态时，断开市电和用电设备之间的连接开关，启动所述超级电容单元和压缩空气动力单元，所述超级电容单元输出的电力一部分为用电设备供电，另一部分为所述压缩空气动力单元中的膨胀机组提供启动动力。优选地，所述超级电容单元主要包括超级电容以及电力电子单元。进一步地，所述压缩空气动力单元包括电动机、压缩机组、压缩空气储罐、风冷器、蓄热换热单元、膨胀机组、发电机，所述电动机在超级电容驱动下，带动所述压缩机组运转，将空气压缩后输送至所述压缩空气储罐；所述压缩空气储罐和风冷器之间的管路上设置有控制阀门，控制阀门打开后，压缩空气储罐中的高压空气经风冷器吸收环境热量后进入蓄热换热单元进一步吸收热量后转变为高温高压空气，所述高温高压空气推动膨胀机组做功，所述膨胀机组带动所述发电机。进一步地，所述膨胀机组包括高压膨胀机和低压膨胀机，从所述蓄热换热单元排出的所述高温高压空气首先进入高压膨胀机并推动其做功，从高压膨胀机排出的高压空气重新通入所述蓄热换热单元吸收热量，然后驱动低压膨胀机做功。进一步地，所述压缩机组包括级间与级后空气冷却器。监测与控制单元主要由于监测此无间断电源系统中的各个部件的状态及其参数，并根据需要实施控制。本技术的新型无间断电源系统，其工作原理在于:监测与控制单元始终在工作状态，监测系统各个部件的工况及相关参数，当市电正常供电时:(I)用电负荷消耗来自市电的供电；(2)市电为无间断电源系统的超级电容单元供电，存储一定的电量；(3)市电为压缩空气动力单元的供电，通过压缩机产生高压压缩空气存储与储气罐中，并为蓄热/换热单元供电，产生热能并存储。当市电中断时，无间断电源系统迅速启动，为用电设备供电，具体为:(I)首先超级电容单元快速反应，输出电能，一方面为用电负荷提供无间断的电力供应,另一方面它为压缩空气动力单元的电机提供启动电力，启动压缩空气动力单元；(2)压缩空气动力单元启动，储气罐中压缩空气通过减压阀、风冷器以及换热设备吸收热量，进入膨胀机做功，输出持续的电能。当市电恢复正常时，压缩空气动力单元停止发电，市电为超级电容以及蓄热单元提供电力，并通过压缩机为储气罐充气，完成储能。本技术的新型无间断电源系统，监测与控制单元实时监控各个单元的工作状况。市电正常工作时，用电设备消耗市电电力；市电通过电力电子设备为超级电容充电，另外一部分电力通过电力电子设备与压缩空气动力单元中的蓄热换热单元相连接，以热能的形式存储于蓄热材料中，并驱动压缩机产生压缩空气并存储与储气罐中。本技术的新型无间断电源系统，当市电中断时，超级电容迅速反应，一方面，通过电力电子设备为用电设备供电，另一方面超级电容的部分电力驱动压缩空气动力单元中的电机单元，启动压缩空气动力单元，实现持续、长时间的供电，此时市电侧开关处于断开状态。本技术的新型无间断电源系统，当市电中断时，压缩空气动力单元启动，储气罐中的高压空气通过减压阀降压以及风冷器吸收环境热量，这部分空气吸收蓄热换热单元中的热量，进入高压膨胀机，驱动膨胀机做功；这部分气体继续进入蓄热换热器吸收热量，然后驱动低压膨胀机做功；输出的轴功驱动电动/发电机输出电力，这部分电力通过电力电子设备为用电设备供电。本技术的新型无间断电源系统，蓄热换热单元的蓄热材料可以为显热蓄热材料或者潜热蓄热材料。本技术的新型无间断电源系统，压缩空气动力单元中的膨胀机与压缩机可以为叶轮式，也可以为活塞式。膨胀机的级数为一级或者一级以上，压缩机的级数为两级级或者两级级以上，并具有级间与级后冷却器。本技术具有以下有益效果:本技术的主要储能与供能单元包括超级电容与压缩空气动力单元。采用超级电容作为快速反应电力模块，它具有如下优点:(1)功率密度高，放电电流可以达数百安培；(2)充电时间短，超级电容器可以采用大电流充电，能在几十秒内完成充电过程；(3)使用寿命长，超级电容器的循环寿命可达数万次以上；(4)环境适应能力强，超级电容器可以在-45?105°C的温度范围内正常工作；(5)超级电容还具有免维护、环保的优点。本技术采用一种压缩空气动力单元作为相对长时间供电单元，与超级电容耦合，压缩空气动力单元具有下列优点:(2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型无间断电源系统，包括超级电容单元、压缩空气动力单元以及监测与控制单元，其特征在于，所述监测与控制单元通过控制线路与超级电容单元、压缩空气动力单元连接，使用监测与控制单元动态实时监测市电、超级电容单元以及压缩空气动力单元的工作状态，当监测到市电处于正常供电的工作状态时，监测与控制单元控制仅使市电对用电设备进行供电，同时关闭所述压缩空气动力单元，并使市电对超级电容单元充电；当监测到市电处于断电的工作状态时，断开市电和用电设备之间的连接开关，启动所述超级电容单元和压缩空气动力单元，所述超级电容单元输出的电力一部分为用电设备供电，另一部分为所述压缩空气动力单元中的膨胀机组提供启动动力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张新敬，盛勇，陈海生，谭春青，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11