CN103066658B - 保供电电源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种保供电电源装置，包括UPS主机、锂电池柜、充放电柜和超级电容柜；UPS主机确保在外部主供电源断电时通过锂电池柜和超级电容柜的彼此配合对用户实现不间断的供电，保障电能质量敏感型用电设备的持续正常工作。锂电池柜保持相对稳定的负载电流输出，主要提供用户的平均负荷功率。锂电池柜能量密度高的优点保障了整个电源车的储能容量。超级电容柜通过降压型的充电电路和升压型的放电电路与UPS主机的直流母线相连。超级电容柜的快速充电和大电流放电能力，保障了电源车的短时大电流输出能力。
Description
技术领域
本发明涉及供电设备技术领域，特别是涉及一种保供电电源装置。
背景技术
用电设备在运行时功率不是恒定的，而是大幅波动的。例如，大型电动机启动时电流可达正常运行电流的5倍以上。电弧电焊、轧机等设备的短时最大电流也是其平均运行电流的数倍或数十倍，这类负荷被统称为冲击负荷。
在现有技术中，不间断保供电电源装置要么采用铅酸蓄电池、锂电池柜等蓄电池储能，要么采用磁悬浮飞轮储能系统储能。蓄电池虽然储能密度较大，但功率密度低，在需要满足大功率放电的场合，采用蓄电池储能就面临电池体积大，重量重，投资大，车载困难等问题。磁悬浮飞轮方案虽然体积较小，功率密度较大，但在使用时，每换一个使用场地，都需要较长的时间来对磁悬浮飞轮做平衡调节，不仅需要配备专门的技术人员，而且难以满足紧急场合快速保障电力供应的要求。
发明内容
基于此，有必要针对以上问题，提供一种既能大功率放电、调试和维护工量小、重量又较小的保供电电源装置。
一种保供电电源装置，包括UPS主机、锂电池柜、充放电柜和超级电容柜；
所述UPS主机的输入端连接用户配电变压器的出线端子，所述UPS主机的输出端连接用户配电房低压母线进线开关的电源侧端子，所述锂电池柜连接于所述UPS主机内的直流母线的正负极之间，所述充放电柜的高压侧连接于所述UPS主机的直流母线的正负极之间，所述充放电柜的低压侧连接所述超级电容柜，所述超级电容柜连接在所述充放电柜的低压侧正极和所述UPS主机的直流母线的负极之间。
所述UPS主机用于隔离外部输入电力和对用户设备输出电力，所述超级电容柜用于在外部输入电力中断时为冲击负荷供电，且接收所述锂电池柜的充电能量，所述锂电池柜用于在外部输入电力中断时提供用户基本负荷的供电，并为所述超级电容柜提供充电能量，所述充放电柜用于将所述UPS主机直流母线的正负极之间的电压转化为符合所述超级电容柜充电要求的电压和将所述超级电容柜的放电电压提升为所述UPS主机直流母线的正负极之间的电压。
在其中一个实施例中，所述的保供电电源装置中所述充放电柜包括降压充电器和升压放电器。
所述降压充电器和所述升压放电器并联连接，所述降压充电器用于将所述UPS主机直流母线的正负极之间的电压转化为符合所述超级电容柜充电要求的电压，所述升压放电器用于将所述超级电容柜的放电电压提升为所述UPS主机直流母线的正负极之间的电压。
在其中一个实施例中，所述的保供电电源装置中所述UPS主机包括整流器和逆变器；所述整流器与所述逆变器通过直流母线并联连接。
在其中一个实施例中，所述超级电容柜的容量按照负荷最大功率减去锂电池柜的平均输出功率得到的功率值来进行设计和配置。
在其中一个实施例中，所述的保供电电源装置安装于车辆车厢。
在其中一个实施例中，所述的保供电电源装置，还包括输入电缆和输出电缆，所述输入电缆用于连接所述用户配电变压器的出线端子和所述整流器，所述输出电缆用于连接所述逆变器和所述用户配电房低压母线进线开关的电源侧端子。
上述保供电电源装置，所述UPS主机的输入端连接用户配电变压器的出线端子，所述UPS主机的输出端连接用户配电房低压母线进线开关的电源侧端子，所述锂电池柜连接于所述UPS主机内的直流母线的正负极之间，所述充放电柜的高压侧连接于所述UPS主机的直流母线的正负极之间，所述充放电柜的低压侧连接所述超级电容柜，所述超级电容柜连接在所述充放电柜的低压侧正极和所述UPS主机的直流母线的负极之间。所述保供电电源装置有效利用了超级电容柜快速充电和大功率放电的特性，来解决锂电池柜放电倍率低，难以适用于冲击负荷供电的不足。同时，利用锂电池柜比能量高的特性也弥补了超级电容柜能量密度低的不足。UPS主机确保在外部主供电源断电时通过锂电池柜和超级电容柜的彼此配合对用户实现不间断的供电，保障电能质量敏感型用电设备的持续正常工作。锂电池柜保持相对稳定的负载电流输出，主要提供用户的平均负荷功率。锂电池柜能量密度高的优点保障了整个电源车的储能容量。超级电容柜通过降压型的充电电路和升压型的放电电路与UPS主机的直流母线相连。超级电容柜的快速充电和大电流放电能力，保障了电源车的短时大电流输出能力。
附图说明
图1为本发明保供电电源装置其中一种实施例的结构图；
图2为本发明保供电电源装置其中另一种实施例的结构图；
图3为本发明保供电电源装置其中一种实施例的电路模块连接图。
具体实施方式
如图1所示，一种保供电电源装置，包括UPS主机110、锂电池柜120、充放电柜130和超级电容柜140。
所述UPS主机110的输入端连接用户配电变压器的出线端子，所述UPS主机110的输出端连接用户配电房低压母线进线开关的电源侧端子，所述锂电池柜120连接于所述UPS主机110内的直流母线的正负极之间，所述充放电柜130的高压侧连接所述UPS主机110的直流母线的正负极之间，所述充放电柜130的低压侧连接所述超级电容柜140，所述超级电容柜连接在所述充放电柜130的低压侧的正极和所述UPS主机的直流母线的负极之间。
断开用户配电变压器低压侧出线与低压开关之间的连接电缆，如图2所示，将UPS主机110的输入端连接用户配电变压器的出线端子，将UPS主机110的输出端连接用户配电房低压母线进线开关的电源侧端子。最终形成图2所示的连接关系，UPS主机110串接在用户配电变压器和低压母线之间，外部电源正常时由UPS主机110改善电能质量后对用户供电。外部电源短时间中断或电压跌落时，由超级电容柜140和锂电池柜120释放存储电能，经UPS主机110转换后共同对用户供电。其中锂电池柜120为用户提供稳态功率，超级电容柜140提供电器启动所需的短时冲击功率。
所述UPS主机110用于隔离外部输入电力和对用户输出电力，保障电能质量敏感型用电设备的持续正常工作，所述超级电容柜140用于在外部输入电力中断时为冲击负荷供电，且接收所述锂电池柜120的充电能量，所述锂电池柜120用于在外部输入电力中断时提供用户基本负荷的供电，并为所述超级电容柜140提供充电能量，所述充放电柜130用于将UPS主机110直流母线的正负极之间的电压转化为符合所述超级电容柜140充电要求的电压和将所述超级电容柜140的放电电压提升为UPS主机110直流母线的正负极之间的电压，以保障用户供电电压。
当外部输入电力中断时，所述保供电电源装置为用户提供供电电压，充放电柜130将所述超级电容柜140的放电电压提升到UPS主机110直流母线的正负极之间的电压。当外部电力正常时，所述充放电柜130将UPS主机110直流母线的正负极之间的电压转化到符合所述超级电容柜140充电要求的电压，确保所述保供电电源装置正常充电。
上述保供电电源装置，所述UPS主机的输入端连接用户配电变压器的出线端子，所述UPS主机的输出端连接用户配电房低压母线进线开关的电源侧端子，所述锂电池柜连接于所述UPS主机内的直流母线的正负极之间，所述充放电柜的高压侧连接在所述UPS主机的直流母线的正负极之间，所述充放电柜的低压侧连接所述超级电容柜，所述超级电容柜连接在所述充放电柜的低压侧的正极和所述UPS主机的直流母线的负极之间。所述保供电电源装置有效利用了超级电容柜快速充电和大功率放电的特性，来解决锂电池柜放电倍率低，难以适用于冲击负荷供电的不足。同时，利用锂电池柜比能量高的特性也弥补了超级电容柜能量密度低的不足。UPS主机确保外部主供电源断电时通过锂电池柜和超级电容柜的彼此配合对用户实现不间断的供电，保障电能质量敏感型用电设备的持续正常工作。锂电池柜保持相对稳定的负载电流输出，主要提供用户的平均负荷功率。锂电池柜能量密度高的优点保障了整个电源车的储能容量。超级电容柜通过降压型的充电电路和升压型的放电电路与UPS主机的直流母线相连。超级电容柜的快速充电和大电流放电能力，保障了电源车的短时大电流输出能力。
在其中一个实施例中，如图3所述，所述的保供电电源装置，所述充放电柜包括降压充电器和升压放电器；
所述降压充电器和所述升压放电器并联连接，所述降压充电器用于将UPS主机直流母线的正负极之间的电压转化为符合所述超级电容柜充电要求的电压，所述升压放电器用于将所述超级电容柜的放电电压提升到UPS主机直流母线的正负极之间的电压，以保障用户供电电压。
当保供电电源装置需要短时间大功率放电时，升压放电器将所述超级电容柜的放电电压提升到UPS主机直流母线的正负极之间的电压，以利用超级电容柜的大电流充放电能力，其它情况下，由锂电池柜提供电能。在负载较小时，采用大电流给超级电容柜充电，以充分利用整流器的容量以及超级电容柜的短时大功率充放电能力；在负载较大时，采用较小的电流给超级电容柜充电，以便在短时大功率放电时超级电容柜有足够的能量可以大电流放电。当外部电力正常时，所述降压充电器将UPS主机直流母线的正负极之间的电压转化为符合所述超级电容柜充电要求的电压。
在其中一个实施例中，所述的保供电电源装置，所述UPS主机包括整流器和逆变器；所述整流器与所述逆变器通过直流母线并联连接。所述UPS主机实现外部输入电力和对用户输出电力之间的有效隔离。在外部电源断电或电压跌落时，由直流母线并联的超级电容柜和锂电池柜经逆变器对用户实现不间断的供电。此外，UPS主机的整流-逆变环节也消除了外部输入的谐波，保障了电能质量敏感型用电设备的持续正常工作。
在其中一个实施例中，所述的保供电电源装置，所述超级电容柜的容量按照负荷短时最大功率减去锂电池柜的平均输出功率得到的功率值来进行设计和配置。根据负荷的短时最大功率减去锂电池柜的平均输出功率得到的功率值，再按照功率和电容的关系可以得到超级电容柜的容量。
在其中一个实施例中，所述的保供电电源装置，采用车辆装载本保供电电源装置。为了增加保供电电源装置的机动性，本实施例将保供电装置采用车辆装载。
在其中一个实施例中，所述的保供电电源装置，还包括输入电缆和输出电缆，所述输入电缆用于连接所述用户配电变压器的出线端子和所述整流器，所述输出电缆用于连接所述逆变器和所述用户配电房低压母线进线开关的电源侧端子。在本实施例中所述输入电缆和所述输出电缆均为380V电缆，将保供电电源装置的输入电缆的一端连接用户配电变压器的出线端子，输入电缆的另一端连接UPS主机的整流器输入端。将保供电电源装置的输出电缆一端连接用户配电房低压母线进线开关的电源侧端子，输出电缆的另一端连接UPS主机的逆变器输出端。由于在实际操作过程中电缆线的拆装比较麻烦，所述输入电缆的一端可固定连接UPS主机的整流器输入端，所述输出电缆的另一端可固定连接UPS主机的逆变器输出端。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.一种保供电电源装置，其特征在于，包括UPS主机、锂电池柜、充放电柜和超级电容柜；
所述UPS主机的输入端连接用户配电变压器的出线端子，所述UPS主机的输出端连接用户配电房低压母线进线开关的电源侧端子，所述锂电池柜连接于所述UPS主机内的直流母线的正负极之间，所述充放电柜的高压侧连接于所述UPS主机的直流母线的正负极之间，所述充放电柜的低压侧连接所述超级电容柜，所述超级电容柜连接在所述充放电柜的低压侧正极和所述UPS主机的直流母线的负极之间；
所述UPS主机用于隔离外部输入电力和对用户设备输出电力，所述超级电容柜用于在外部输入电力中断时为冲击负荷供电，且接收所述锂电池柜的充电能量，所述锂电池柜用于在外部输入电力中断时提供用户基本负荷的供电，并为所述超级电容柜提供充电能量，所述锂电池柜为用户提供稳态功率，所述超级电容柜提供电器启动所需的短时冲击功率；所述充放电柜用于将所述UPS主机直流母线的正负极之间的电压转化为符合所述超级电容柜充电要求的电压和将所述超级电容柜的放电电压提升为所述UPS主机直流母线的正负极之间的电压；
所述充放电柜包括降压充电器和升压放电器；
所述降压充电器和所述升压放电器并联连接，所述降压充电器用于将所述UPS主机直流母线的正负极之间的电压转化为符合所述超级电容柜充电要求的电压，所述升压放电器用于将所述超级电容柜的放电电压提升为所述UPS主机直流母线的正负极之间的电压；所述UPS主机包括整流器和逆变器；所述整流器与所述逆变器通过直流母线并联连接；所述超级电容柜的容量按照负荷最大功率减去锂电池柜的平均输出功率得到的功率值来进行设计和配置。
2.根据权利要求1所述的保供电电源装置，其特征在于，本保供电电源装置安装于车辆车厢。
3.根据权利要求1所述的保供电电源装置，其特征在于，还包括输入电缆和输出电缆，所述输入电缆用于连接所述用户配电变压器的出线端子和所述整流器，所述输出电缆用于连接所述逆变器和所述用户配电房低压母线进线开关的电源侧端子。
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