本发明专利技术公开了一种基于超级电容的动力UPS系统，包括整流器、逆变器、双向DC/DC变换器、储能系统。储能系统由超级电容器组、超级电容均衡电路和CMS组成。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；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；整流器通过双向DC-DC变换器对储能系统进行充电和浮充电。本发明专利技术以超级电容器为储能单元，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。本发明专利技术在低温条件下（极限温度-40℃）仍能正常工作，具有体积小、免维护、寿命长、功率性强、可靠性高等特点，可以满足大功率的瞬时供电要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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O. 5 I. 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。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术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，本专利技术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Q和限流电阻 R ;其中开关管Ql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Ql的输入端连接至电源US的正极，所述开关管Ql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Q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Ql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。本专利技术基于超级电容的动力UPS系统的储能方法是当系统处于正常工作运行状态时，所述开关管Ql加载驱动信号，开关管Q2不加驱动信号；开关管Ql驱动信号为高电平时，所述开关管Ql导通，所述开关管Q2正向截止，所述开关管Q2中的反向体二极管导通； 所述整流器输出电压直接加在稳压电感L上，稳压电感L储存能量，开关管Ql驱动信号为低电平时，所述开关管Ql正向截止，稳压电感L释放能量，电感电流流过限流电阻R，超级电容器组C和开关管Q2中的反向体二极管形成的环路，实现为超级电容器组C充电；当系统处于后备运行状态时，所述开关管Ql不加驱动信号，所述开关管Ql正向截止，所述开关管Ql的反向体二极管导通，当所述开关管Q2驱动信号为高电平时，所述开关管Q2导通，所述超级电容器组C作为电源直接加在稳压电感L上，稳压电感L储能，当所述开关管Q2驱动信号为低电平时，所述开关管Q2截止，稳压电感L储存的能量和超级电容器组C 一起对外放电，此时双向DC-DC变换器的输出电压为超级电容器组C电压与稳压电感L电压之和， 从而为所述逆变器提供能量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是本专利技术以超级电容器组为储能单元的动力不间断电源，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。以超级电容器组为储能单元，在低温条件下(极限温度-40°c)仍能正常工作，并具有免维护、寿命长(高达10年以上)、功率性强的特点，可以满足大功率的瞬时供电要求。另外，其中还包括一双向DC/DC变换器，可以解决超级电容器组限流充电和系统稳压放电的问题，从而减少电路分立元件的数量，系统结构紧凑、体积小、可靠性高。本专利技术能有效的克服电网“晃电”或电网“闪络”的现象，可广泛应用于化纤、化工、 电力、石油、电子、制药、新能源等大、中型连续化生产企业。附图说明图I是本专利技术基于超级电容的动力UPS系统的原理框图2是本专利技术中双向DC/DC变换器的结构图3是本专利技术超级电容器组的联结方式图4是本专利技术超级电容均衡电路原理图5是本专利技术基于超级电容的动力UPS系统的正常工作状态时储能电原理图6是本专利技术基于超级电容的动力UPS系统的处于后备运行状态时释放能量电原理图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细地描述。如图I所示，本专利技术基于超级电容的动力UPS系统，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，系统正常工作运行时，整流器通过双向DC-DC变换器对储能系统进行充电和浮充电。所述逆变器是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的转换器。该直流电压正常工作运行下来自整流器的输出，后备运行期间来自储能系统的放电过程。而储能系统在电网晃电期间、以及倒闸操作期间使UPS系统继续运行。如图2所示，所述双向DC-DC变换器包括开关管Ql、开关管Q2、稳压电感L、滤波电容CL和限流电阻R ;其中开关管Ql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Ql的输入端连接至电源US的正极，所述开关管Ql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Ql和开关管Q2之间的连线上；本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于超级电容的动力UPS系统，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；其特征在于：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CL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CL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。...
【技术特征摘要】
1.一种基于超级电容的动力UPS系统，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； 其特征在于 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Ql、开关管Q2、稳压电感L、滤波电容Q和限流电阻R;其中 开关管Ql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Ql的输入端连接至电源US的正极，所述开关管Ql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Q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Ql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...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱宗清，张秀婷，李学涛，张震，
申请(专利权)人：麦思博尔能源技术天津有限公司，
类型：发明
国别省市：
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