本发明专利技术公开了一种基于超级电容的变频器低电压穿越支持装置。目前某些电网故障引起较大的电压暂降会导致工厂变频器的停机。本发明专利技术的特征在于，所述的超级电容储能单元通过逆止二极管与变频器直流环节相连，利用二极管的单向导通性，防止变频器整流单元承担额外的超级电容充电电流，确保超级电容储存的能量仅在电压跌落期间输出给主电路；所述超级电容充电单元的输入侧与交流电源连接，输出侧与超级电容储能单元连接；所述的超级电容均压单元与超级电容储能单元连接。本发明专利技术可使普通变频器具备低电压穿越能力，可满足各工业领域变频器低电压穿越的支持要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及变频器低电压穿越支持设备，具体地说是一种基于超级电容的变频器 低电压穿越支持装置，它能保证变频器在电网电压暂降的情况下不停机，确保与其相关的 整个生产系统连续工作。
技术介绍
实际电网中，特高压交直流线路故障、电网低频振荡、大型电机启动和电网短路故 障等会引起较大的电压暂降。这类电网电压暂降的情况，经常会导致工厂变频器的停机，如 果停机发生在一些关键设备上，进而会使整个生产系统停止工作，对企业乃至社会造成严 重的经济损失。解决此类变频器低电压穿越问题的从两方面着手，一方面是变频器本身在 低电压情况下运行能力的挖掘，一般变频器本身可以在低至额定电压65 %的电压下维持控 制电路的继续工作，但往往由于功率余量的限制，最后还是因过电流而跳机。另一方面是考 虑在外部给予支持，如早期的串联动态电压恢复器（DVR)，交流双电源切换方案，增加在线 式USP电源，利用电网残压升压电路，以及在变频器的直流侧加蓄电池或并联大电容等方 案。 超级电容单体容量大，可小型化，充放电效率高，充放电循环寿命长，真正免维护， 目前已开始大量投入工业应用。因此，研宄利用超级电容实现变频器低电压穿越能力的支 持，具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于超级电容的变频器低电压穿越支持装置，其将超 级电容储能单元通过逆止二极管并联在普通变频器电能转换直流环节处，使普通变频器具 备低电压穿越能力。 为此，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于超级电容的变频器低电压穿越支持 装置，包括超级电容储能单元、超级电容均压单元、超级电容充电单元和逆止二极管，其特 征在于， 所述的超级电容储能单元通过逆止二极管与变频器直流环节相连，利用二极管的 单向导通性，防止变频器整流单元承担额外的超级电容充电电流，确保超级电容储存的能 量仅在电压跌落期间输出给主电路；所述超级电容充电单元的输入侧与交流电源连接，输 出侧与超级电容储能单元连接；所述的超级电容均压单元与超级电容储能单元连接。 本专利技术的工作原理是：正常工作时超级电容储能单元处于储能状态，电压低于变 频器直流环节的电压；在变频器的进线电压跌落时，超级电容储能单元可在一定时间内维 持变频器直流环节的电压不变，保证变频器正常运行。 进一步，所述的超级电容储能单元由能量法确定电容容量，设超级电容储能单元 满充电压为Un，在电压跌落的t秒末的电压为Ut，期间超级电容释放的能量表示为： 此时变频器带负载消耗的能量表示为： Wm= P Mt, 上式中：PM为变频器带的电机功率，C s为超级电容的容量； 不计变频器逆变单元本身的损耗，理想情况下超级电容释放的能量需与负载消耗 的能量相等，即： Wm= Wc, 求得超级电容的值为： 由于单体超级电容耐压值较小，实际超级电容储能单元需由若干相同容量的单体 超级电容串并联而成，串联数根据单体超级电容耐压确定，设串联的超级电容数量为N。，单 体超级电容耐压值为Ud，在耐压上留有余量，则： 单体超级电容的容量C和并联数量Nb与总容量(^和串联数量N。关系如下：N bC = NcCsO 进一步，所述的超级电容储能单元由若干相同容量的单体超级电容串并联而成， 串联数根据单体超级电容耐压确定，单体容量与并联数根据负载功率和跌落时间要求确 定。 进一步，所述的超级电容储能单元由超级电容充电单元单独充电；超级电容充电 单元采用恒压限流的控制方式（降低了电网波动对超级电容的影响），其输入电压为交流 市电，输出电压低于正常时变频器直流环节的电压。 进一步，所述的超级电容均压单元由均压电容与级联电感端口网级联形成，每一 级均压电容端口通过开关分别与串联超级电容并联，并通过电感与下一级均压电容端口连 接，由此形成串联模组电容储能系统的均压电路结构；通过控制并联均压电路中所有并联 开关同步"合"与"开"实现不均衡电荷的转移，使得储能单体电压相等。即所述的超级电 容均压单元通过并联电容进行均压，控制过程不依赖高精度采样，均压速度受串联储能单 体数量影响少。 本专利技术的基于超级电容的变频器低电压穿越支持装置并联在普通变频器电能转 换直流环节处，可使普通变频器具备低电压穿越能力；本专利技术充放电循环寿命长，真正免维 护，可满足各工业领域变频器低电压穿越的支持要求。【附图说明】 图1为本专利技术的主电路拓扑结构示意图。 图2为本专利技术超级电容储能单元的拓扑结构示意图。 图3为本专利技术超级电容均压单元的结构示意图。 图4为本专利技术超级电容充电单元的结构示意图。 图5为本专利技术仿真实验中电网电压跌落波形图。 图6为本专利技术仿真实验中超级电容端电压波形图。 图7为本专利技术仿真实验中超级电容输出电流波形图。【具体实施方式】 以下结合说明书附图对本专利技术作进一步说明。 参照图1，本专利技术基于超级电容的变频器低电压穿越支持装置的组成如下：超级 电容储能单元、超级电容均压单元、超级电容充电单元和逆止二极管。超级电容充电单元的 输入侧与交流电源连接，输出侧与超级电容储能单元连接。 超级电容储能单元通过逆止二极管与变频器直流环节相连，利用二极管的单向导 通性，防止变频器整流单元承担额外的超级电容充电电流，确保超级电容储存的能量仅在 电压跌落期间输出给主电路。超级电容储能单元由超级电容充电单元单独充电，采用恒压 限流的控制方式，其输入电压为交流市电，输出电压低于正常时变频器直流环节的电压。超 级电容储能单元由若干相同容量的单体超级电容串并联而成（图2)，串联数根据单体超级 电容耐压确定，单体容量与并联数根据负载功率和跌落时间要求确定。超级电容均压单元 与超级电容储能单元连接，超级电容均压单元由均压电容与级联电感端口网级联形成，每 一级均压电容端口通过开关分别与串联超级电容并联，并通过电感与下一级均压电容端口 连接，由此形成串联模组电容储能系统的均压电路结构。通过控制并联均压电路中所有并 联开关Si~S2n同步"合"与"开"可以实现不均衡电荷的转移，使得储能单体电压相等（图 3) 当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于超级电容的变频器低电压穿越支持装置，包括超级电容储能单元、超级电容均压单元、超级电容充电单元和逆止二极管，其特征在于，所述的超级电容储能单元通过逆止二极管与变频器直流环节相连，利用二极管的单向导通性，防止变频器整流单元承担额外的超级电容充电电流，确保超级电容储存的能量仅在电压跌落期间输出给主电路；所述超级电容充电单元的输入侧与交流电源连接，输出侧与超级电容储能单元连接；所述的超级电容均压单元与超级电容储能单元连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴跨宇，宣晓华，黄晓明，韩其国，陈凯，楼伯良，马智良，熊鸿韬，沈轶君，陆海清，卢岑岑，卢嘉华，王兴，
申请(专利权)人：国网浙江省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，杭州东华电力设备有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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