一种基于超级电容模组的稳压供电方法与系统与流程

1.本发明涉及直流供电技术领域，具体涉及一种基于超级电容模组的稳压供电方法与系统。


背景技术：

2.在工业和能源领域中的电力拖动与传动系统，对于供电可靠性要求高、负载频繁变化且功率变化大的应用场景，一般采用满足最大需求功率的整流/稳压设备，并配置蓄电池来保证在供电失电、电压暂降等异常情况下的能量和功率供给。而为了提高设备工作的可靠性，这样的电源系统一般需要每年进行维护与检修，运行维护成本高；且设备体积与占地面积大，造价高。
3.超级电容器作为一种安全性好、可靠性高、高功率、长寿命、免维护和环境友好型的储能器件，应用在直流电力拖动与传动系统中，可实现电源系统的大功率输出、补偿供电电压跌落与暂降等功能，且由于其免维护的特性，提高了电源系统的可靠性，保证拖动与传动系统的正常工作。因此大功率的超级电容储能电源，对于核电、冶炼、化工等领域的核心关键设备稳定运行，具有重要意义。


技术实现要素：

4.为了在交流供电出现波动时，及时避免电压波动对负载设备的影响，本发明提出了一种基于超级电容模组的稳压供电方法，超级电容模组进入工作状态后，包括步骤：
5.s1：控制预充开关闭合，通过预充电机将整流装置输出的直流供电输入超级电容模组；
6.s2：判断超级电容模组的储能电压是否达到额定电压，若是，控制预充开关断开，负载供电开关闭合，通过整流装置为负载设备供电，进入下一步骤；
7.s3：判断整流装置是否有直流供电输出，若否，控制稳压开关闭合，通过超级电容模组为负载设备供电，并进入下一步骤；
8.s4：判断整流装置是否有直流供电输出，若是，通过整流装置为负载设备供电，并将直流供电输入超级电容模组，进入下一步骤；
9.s5：判断超级电容模组的储能电压是否达到额定电压，若是，控制稳压开关断开，并返回步骤s3。
10.进一步地，所述整流装置接入交流电压并对其进行整流输出直流供电，当交流电压幅值低于预设值时，整流装置无直流供电输出。
11.进一步地，当直流供电输入超级电容模组，超级电容模组的储能电压处于额定电压预设范围内时，超级电容模组处于小电流浮充电状态。
12.进一步地，当超级电容模组进入检修状态时，还包括步骤：
13.控制稳压开关和预充开关断开，并控制放电开关闭合，通过耗能电阻吸收超级电容模组的储能电压。
14.进一步地，所述预充开关和放电开关均串联有一个手动开关。
15.本发明还提出了一种基于超级电容模组的稳压供电系统，包括：
16.整流装置，用于接入交流电压并对其进行整流输出直流供电；
17.预充电机，用于将整流装置输出的直流供电输入超级电容模组；
18.电压检测单元，用于检测超级电容模组电压和整流装置的直流供电输出，并反馈至主控单元；
19.主控单元，用于在超级电容模组进入工作状态后，控制预充电机进行工作状态，并在超级电容模组的储能电压达到额定电压后，控制整流装置为负载设备供电并关停预充电机；
20.主控单元，还用于在整流装置供电过程中，根据整流装置的直流供电输出，在整流装置无直流供电输出时，切换至超级电容模组为负载设备供电，并在整流装置恢复直流供电输出时，将直流供电输入超级电容模组。
21.进一步地，所述整流装置接入交流电压并对其进行整流输出直流供电，当交流电压幅值低于预设值时，整流装置无直流供电输出。
22.进一步地，当所述超级电容模组的电压达到额定电压时，预充电机进入小电流浮充电状态。
23.进一步地，当超级电容模组进入检修状态时，
24.主控单元，还用于控制稳压开关和预充开关断开，并控制放电开关闭合，通过耗能电阻吸收超级电容模组的储能电压。
25.进一步地，所述预充开关和放电开关均串联有一个手动开关。
26.与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：
27.(1)本发明所述的一种基于超级电容模组的稳压供电方法与系统，在供电电压不稳定的时候及时切断整流装置的供电，并转换为超级电容模组供电，从而保证负载设备的供电稳定性；
28.(2)在交流供电的瞬态期间，提供有效的能量供应，满足负载设备在连续稳定、低成本的条件下运行；
29.(3)利用超级电容模组作为非稳状态下的供电源，供电可靠性高，实用过程中无污染。
附图说明
30.图1为一种基于超级电容模组的稳压供电方法的方法步骤图；
31.图2为一种基于超级电容模组的稳压供电系统的系统结构图；
32.图3为超级电容模组及其外围电路示意图。
具体实施方式
33.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
34.实施例一
35.在工业和能源领域，负载设备通常采用直流供电的情况，一般是交流电经整流装
置整流为直流后再向负载提供电源。由于交流供电的波动和不稳定，导致交流电供电不连续，为解决交流电波动导致的供电不稳的问题，如图1所示，本发明提出了一种基于超级电容模组的稳压供电方法，在超级电容模组进入工作状态后，包括步骤：
36.s1：控制预充开关闭合，通过预充电机将整流装置输出的直流供电输入超级电容模组；
37.s2：判断超级电容模组的储能电压是否达到额定电压，若是，控制预充开关断开，负载供电开关闭合，通过整流装置为负载设备供电，进入下一步骤；
38.s3：判断整流装置是否有直流供电输出，若否，控制稳压开关闭合，通过超级电容模组为负载设备供电，并进入下一步骤；
39.s4：判断整流装置是否有直流供电输出，若是，通过整流装置为负载设备供电，并将直流供电输入超级电容模组，进入下一步骤；
40.s5：判断超级电容模组的储能电压是否达到额定电压，若是，控制稳压开关断开，并返回步骤s3。
41.需要注意的是，初始状态下，所有开关均处于断开状态。如图3所示，超级电容模组cm(包括多个串联或者并联的电容cm1、cm2...cmn)的工作状态包括待用状态、工作状态和放电状态，其中，待用状态下，主控开关(qf1，手动操作)未闭合，此时超级电容模组未接入整流装置(ac/dc)输入的直流供电。而当超级电容模组进入工作状态时(主控开关闭合，直流供电输入超级电容模组外围电路系统)，具体还分为待机状态、预充电状态和接入状态。
42.当超级电容模组刚由待用状态进入工作状态时，此时超级电容模组进入预充电状态，由控制器(a1)操控预充开关(km3)闭合，此时整流装置输出的直流供电经由预充电机(gc1)处理后输入至超级电容模组(一开始超级电容模组内电压较低，内阻小，直接接入的话会产生较大电流，所以先用充电机进行预充电，预充电机可以从0v起充)。同时第二电压变送器(dcpt2)检测超级电容模组两侧的储能电压，并实时反馈至控制器。当储能电压达到额定电压后，超级电容模组进入待机状态，此时控制器控制负载供电开关(km4)闭合，使整流装置输出的直流供电可以输入至负载设备。也即是负载设备在超级电容模组储能电压达到额定电压后才开始运行，避免超级电容模组在预充电过程中，发生交流供电电压不稳情况时造成的负载设备损坏。
43.同时，第一电压变送器(dcpt11)检测整流装置输出端两侧的电压并反馈至控制器，当整流装置由直流供电输出突然转变为无直流供电输出(本发明对输入整流装置的交流供电电压进行限制，当电压幅值低于预设值时，整流装置无直流供电输出)时，控制器控制稳压开关(km1)闭合，此时超级电容模组释放储存的储能电压至负载设备，从而实现在交流供电电压非稳状态下对负载设备的持续、稳定的供电。
44.而当交流供电电压恢复正常后，整流装置恢复工作，继续向负载设备，并改由整流装置直接向超级电容模组供电，在超级电容模组储能电压在此达到额定电压时控制稳压开关断开(需要注意的是，当直流供电输入超级电容模组，超级电容模组的储能电压处于额定电压预设范围内时，超级电容模组处于小电流浮充电状态)。当再次出现交流供电电压不稳定时，控制稳压开关闭合，超级电容模组再次将储存的储能电压释放至负载设备，通过这样循环往复的工作模式，解决了当交流供电波动时负载供电不稳定的问题，保证了负载供电的连续性，提高了设备工作的可靠性。
45.当超级电容模组刚由待用状态进入放电状态，此时一般是对超级电容模组系统进行检修操作，为了避免储能电压意外释放对检修人员造成危害，还包括步骤：
46.控制器控制稳压开关和预充开关断开，并控制放电开关(km2)闭合，通过耗能电阻(rl1)吸收超级电容模组的储能电压。
47.同时，为了更好的对超级电容模组的工作状态进行控制，预充开关和放电开关均串联有一个手动开关(qf3和qf2)。
48.而为了更好的显示超级电容模组系统中的各项参数，还设置有：电流传感器(dcct1)，用以检测系统的总电流；第一电压表(pv1)，用以显示超级电容模组的储能电压值，便于工作人员更直观的观察超级电容模组的储能情况。
49.进一步地，为了保证系统运行的安全，还设置有第一直流熔断器(fu1)，起到电路过流和短路保护作用。
50.实施例二
51.为了更好的对本发明的技术内容有一个整体性的理解，如图2所示，本发明还提出了一种基于超级电容模组的稳压供电系统，包括：
52.整流装置，用于接入交流电压并对其进行整流输出直流供电；
53.预充电机，用于将整流装置输出的直流供电输入超级电容模组；
54.电压检测单元，用于检测超级电容模组电压和整流装置的直流供电输出，并反馈至主控单元；
55.主控单元，用于在超级电容模组进入工作状态后，控制预充电机进行工作状态，并在超级电容模组的储能电压达到额定电压后，控制整流装置为负载设备供电并关停预充电机；
56.主控单元，还用于在整流装置供电过程中，根据整流装置的直流供电输出，在整流装置无直流供电输出时，切换至超级电容模组为负载设备供电，并在整流装置恢复直流供电输出时，将直流供电输入超级电容模组。
57.进一步地，整流装置接入交流电压并对其进行整流输出直流供电，当交流电压幅值低于预设值时，整流装置无直流供电输出。
58.进一步地，当直流供电输入超级电容模组，超级电容模组的储能电压处于额定电压预设范围内时，超级电容模组处于小电流浮充电状态。
59.进一步地，当超级电容模组进入检修状态时，
60.主控单元，还用于控制稳压开关和预充开关断开，并控制放电开关闭合，通过耗能电阻吸收超级电容模组的储能电压。
61.进一步地，所述预充开关和放电开关均串联有一个手动开关。
62.综上所述，本发明所述的一种基于超级电容模组的稳压供电方法与系统，在供电电压不稳定的时候及时切断整流装置的供电，并转换为超级电容模组供电，从而保证负载设备的供电稳定性。
63.在交流供电的瞬态期间，提供有效的能量供应，满足负载设备在连续稳定、低成本的条件下运行。利用超级电容模组作为非稳状态下的供电源，供电可靠性高，实用过程中无污染。
64.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用
于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
65.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
66.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
67.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。