一种基于超级电容器组的低电压穿越装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电厂监测领域，具体涉及一种基于超级电容器组的低电压穿越装置。
【背景技术】
[0002] 电厂一类辅机变频的低电压穿越问题，严重威胁着电力系统的安全运行，一旦出 现低电压穿越问题，火电机组将连续跳闸，电力系统将面临瘫痪。目前工业使用的变频器设 计都是采用交-直-交电路，并不具备低电压穿越能力，当发生低电压穿越，变频器就会进行 欠压保护动作，封闭输出。火电厂的一类辅机有一次风机、引风机、给煤机等。这些辅机功率 从几千瓦至上千千瓦，电压等级为380V至6kV不等，这些变频器的低电压穿越问题时刻威胁 电网的安全。目前国家电网已经非常重视低电压穿越的安全隐患，但由于目前技术不能解 决，还没有形成技术规范。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的提供一种基于超级电容器组的低电压穿越装置，用于解决火电厂辅 机变频低电压穿越问题，本系统可解决火电厂各个电压等级辅机的低电压穿越问题，功率 从几千瓦至上千千瓦，且具有较高的经济适用性。
[0004] 为达到上述目的，本发明的技术方案如下： 一种基于超级电容器组的低电压穿越装置，包括充电控制单元、超级电容器组、DC/DC 升压变换器、DSP控制单元以及检测电路； 所述充电控制单元与DC/DC升压变换器串联，超级电容器组与DC/DC升压变换器并联， 所述DC/DC升压变换器还连接有变频器;所述检测电路通过导线与充电控制单元及超级电 容器组连接，并将检测到电流、电压参数送入DSP控制单元中； 通过检测电路对超级电容器两端电压进行实施监测，当超级电容器组未达到工作电压 时，DSP控制单元控制充电控制单元内部开关管导通，使其对超级电容器组充电，当超级电 容器组达到工作电压时，DSP控制单元控制充电控制单元内部开关管关断，使其停止工作。
[0005] 在本发明的一个优选实施例中，所述DC/DC升压变换器输出通过防逆流二极管与 变频器连接。
[0006] 在本发明的一个优选实施例中，所述充电控制单元的输入侧与电网连接，输出侧 与超级电容器组及DC/DC变换器连接。
[0007] 在本发明的一个优选实施例中，所述充电控制单元为超级电容器组提供直流充电 电源，以适当的电流对超级电容器组实施恒流充电。
[0008] 在本发明的一个优选实施例中，所述超级电容器组由多个超级电容器串并联组 成，使其耐压值达到变频器直流电压等级，其储存能量可以为DC/DC升压变换器提供10秒的 低电压穿越时间。
[0009] 在本发明的一个优选实施例中，所述DC/DC升压变换器的升压比为1~3,超级电容 器放电深度约为〇. 8，所以超级电容器的储能容量为DC/DC升压变换器的功率的0.35%。
[0010] 通过上述技术方案，本发明的有益效果是： 本发明能够彻底解决火电厂辅机变频低电压穿越问题，将此项技术推广应用，将彻底 消除火电厂低电压穿越引起的停机灭火的隐患，大大提高电力系统的稳定性、可靠性，其直 接的、间接的效益无法估量。
【附图说明】
[0011] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0012] 图1为本发明的的系统结构框图； 图2为本发明的的系统结构原理图。
【具体实施方式】
[0013] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。
[0014] 参照图1和图2,一种基于超级电容器组的低电压穿越装置，包括充电控制单元、超 级电容器组、DC/DC升压变换器、DSP控制单元以及检测电路;充电控制单元与DC/DC升压变 换器串联，超级电容器组与DC/DC升压变换器并联，所述DC/DC升压变换器还连接有变频器； 所述检测电路通过导线与充电控制单元及超级电容器组连接，并将检测到电流、电压参数 送入DSP控制单元中；通过检测电路对超级电容器两端电压进行实施监测，当超级电容器组 未达到工作电压时，DSP控制单元控制充电控制单元内部开关管导通，使其对超级电容器组 充电，当超级电容器组达到工作电压时，DSP控制单元控制充电控制单元内部开关管关断， 使其停止工作。
[0015] DSP主控单元检测电源状态，当电网电压小于额定电压的90%时，立即启动DC/DC 升压变换器，由DC/DC升压变换器的输出给变频器提供直流电源，当电源恢复时，立即停止。 DSP主控单元实时检测电容器电压及输出电压，保证输出电压稳定在变频器的工作电压上。
[0016] 一般地，DC/DC升压变换器输出通过防逆流二极管Dl、D2与变频器连接。正常工作 状态下，DC/DC升压变换器的输出直流电压低于变频器整流的直流电压，Dl、D2两个防逆流 二极管截止。当发生低电压穿越时，变频器输入的交流电源降低，引起内部DC母线电压降 低，D1、D2两个二极管迅速导通，由DC/DC升压变换器为变频器直流母线提供电源动力， 使变频器在低电压穿越时能保持工作。
[0017] 其中充电控制单元的输入侧与电网连接，输出侧与超级电容器组及DC/DC变换器 连接;充电控制单元为超级电容器组提供直流充电电源，以适当的电流对超级电容器组实 施恒流充电。当超级电容器到达工作电压时，充电单元停止工作，DC/DC升压变换器开始工 作。
[0018] 充电控制采用滞环控制方式，超级电容器充到工作电压后，检测到电压下降5% 后，再次开启充电器，以防止频繁充电和过充电。
[0019] 而超级电容器组由多个超级电容器串并联组成，使其耐压值达到变频器直流电压 等级，其储存能量可以为DC/DC升压变换器提供10秒的低电压穿越时间。
[0020]因此，超级电容器不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和 电容器之间的新型特殊元器件，具有功率密度高，放电速度快的优点。其在电网正常时进行 储能，当发生低电压穿越时释放能量。
[0021 ] 超级电容器功率密度高，可达300W/KG~5000W/KG，相当于电池的5~10倍;并可进 行不限流充放电，充电次数可达IO6次以上。
[0022] DC/DC升压变换器的升压比为1~3,超级电容器放电深度约为0.8,所以超级电容 器的储能容量为DC/DC升压变换器的功率的0.35%，超级电容器容量由公式
确定。
[0023] DC/DC升压变换的作用是为了使超级电容器组储存的能量充分释放，以减小超级 电容器组的配置，提高储能利用率。若将超级电容器直接并联在变频器的直流母线上，则要 求超级电容器组具有较高的耐压值，并且当超级电容器组放电10%时，直流母线电压降低到 变频器的保护值引起欠压闭锁故障，此时超级电容器的储存电量利用率只有10%。因此，采 用DC/DC升压变换器可以使电容器能量充分释放，从而减小超级电容器组的配置，提高储存 能量利用效率。
[0024] 本发明能够彻底解决火电厂辅机变频低电压穿越问题，将此项技术推广应用，将 彻底消除火电厂低电压穿越引起的停机灭火的隐患，大大提高电力系统的稳定性、可靠性， 其直接的、间接的效益无法估量。
[0025]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
【主权项】
1. 一种基于超级电容器组的低电压穿越装置，其特征在于，包括充电控制单元、超级电 容器组、DC/DC升压变换器、DSP控制单元以及检测电路； 所述充电控制单元与DC/DC升压变换器串联，超级电容器组与DC/DC升压变换器并联， 所述DC/DC升压变换器还连接有变频器;所述检测电路通过导线与充电控制单元及超级电 容器组连接，并将检测到电流、电压参数送入DSP控制单元中； 通过检测电路对超级电容器两端电压进行实施监测，当超级电容器组未达到工作电压 时，DSP控制单元控制充电控制单元内部开关管导通，使其对超级电容器组充电，当超级电 容器组达到工作电压时，DSP控制单元控制充电控制单元内部开关管关断，使其停止工作。2. 根据权利要求1所述的一种基于超级电容器组的低电压穿越装置，其特征在于，所述 DC/DC升压变换器输出通过防逆流二极管与变频器连接。3. 根据权利要求1所述的一种基于超级电容器组的低电压穿越装置，其特征在于，所述 充电控制单元的输入侧与电网连接，输出侧与超级电容器组及DC/DC变换器连接。4. 根据权利要求1或3所述的一种基于超级电容器组的低电压穿越装置，其特征在于， 所述充电控制单元为超级电容器组提供直流充电电源，以适当的电流对超级电容器组实施 恒流充电。5. 根据权利要求1所述的一种基于超级电容器组的低电压穿越装置，其特征在于，所述 超级电容器组由多个超级电容器串并联组成，使其耐压值达到变频器直流电压等级，其储 存能量可以为DC/DC升压变换器提供10秒的低电压穿越时间。6. 根据权利要求1或5所述的一种基于超级电容器组的低电压穿越装置，其特征在于， 所述DC/DC升压变换器的升压比为1~3,超级电容器放电深度约为0.8,所以超级电容器的 储能容量为DC/DC升压变换器的功率的0.35%。
【专利摘要】本发明公开了一种基于超级电容器组的低电压穿越装置，包括充电控制单元、超级电容器组、DC/DC升压变换器、DSP控制单元以及检测电路；充电控制单元与DC/DC升压变换器串联，超级电容器组与DC/DC升压变换器并联，所述DC/DC升压变换器还连接有变频器；所述检测电路通过导线与充电控制单元及超级电容器组连接，通过检测电路对超级电容器两端电压进行实施监测，当超级电容器组未达到工作电压时，DSP控制单元控制充电控制单元内部开关管导通，使其对超级电容器组充电，当超级电容器组达到工作电压时，DSP控制单元控制充电控制单元内部开关管关断，使其停止工作。本发明解决火电厂辅机变频低电压穿越问题，大大提高电力系统的稳定性、可靠性。
【IPC分类】H02J3/12, H02J3/32
【公开号】CN105470967
【申请号】CN201610014202
【发明人】王素娥, 朱冉, 胡益成, 胡亚威, 王科磊
【申请人】陕西科技大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2016年1月11日