CN206992699U - 适用于超级电容储能自带预充电电路的电能质量治理装置 - Google Patents

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Abstract

一种适用于超级电容储能自带预充电电路的电能质量治理装置，包括系统电源AC和负荷，其特征在于它包括超级电容储能模块、单相变换器模块、双向晶闸管模块和预充电电路模块；其优越性为：集成化，有效降低了成本，并且容易实现大容量输出；可以实现二阶段超级电容预充电功能，有效保护单相变换器模块直接并联超级电容储能模块的过流问题；待机效率高、工作稳定，而且结构简单，有效地节约了产品成本，便于维护，易于操作，性价比较高。

Description

适用于超级电容储能自带预充电电路的电能质量治理装置
(一)技术领域：
本实用新型属于电力设备技术领域，特别是一种适用于超级电容储能自带预充电电路的电能质量治理装置。
(二)背景技术：
随着我国现代工业技术及人民生活水平的提高，电能质量问题日益凸显，电能质量治理技术已经成为解决电能质量问题的关键。目前电能质量问题主要有系统电源电压暂态故障，谐波污染，功率因数低，三相不平衡等问题，相应的解决方案主要有动态电压恢复器(DVR)，有源滤波器(APF)，静止无功补偿发生器(SVG)等，由于储能装置的引入，因此通常需要交直流变换器模块与储能模块之间串联直流-直流变换器，以实现储能模块充电电流控制功能和预充电过电流保护功能。
但是直流-直流变换器的引入不但增加了电能质量治理装置的设计成本，而且降低了装置运行效率，同时降低了装置可靠性。
交直流变换器本身具备双向电流控制功能，因此从对储能装置充放电角度看并不需要直流-直流变换器，但如果没有合理的预充电电路，装置在上电时极有可能发生交直流变换器短路问题，尤其当超级电容储能装置处于零电压初始状态。
因此设计一种合理的预充电电路对基于储能的电能质量治理装置意义重大。随着现代工业的发展，对供电质量的要求也越来越高，相应对具备带储能的电能质量治理装置需求越来越急迫。
(三)实用新型内容：
本实用新型的目的在于提供一种适用于超级电容储能自带预充电电路的电能质量治理装置，它可以弥补目前基于超级电容储能的电能质量治理装置不足之处，提出一种二阶段预充电电路，节省了直流-直流变换器，进一步集成化，有效降低了成本，并且容易实现大容量输出，该预充电电路可以实现二阶段超级电容预充电功能，可以有效保护单相变换器模块直接并联超级电容储能模块的过流问题，基于该预充电电路的电能质量设备待机效率高、工作稳定，而且结构简单，有效地节约了产品成本，便于维护，易于操作，性价比较高。
本实用新型的技术方案：一种适用于超级电容储能自带预充电电路的电能质量治理装置，包括系统电源AC和负荷，其特征在于它包括超级电容储能模块、单相变换器模块、双向晶闸管模块和预充电电路模块；其中，所述超级电容储能模块的正极端与预充电电路模块的储能侧连接，其负极端与单相变换器模块的直流侧负极端连接；所述预充电电路模块的变换器侧与单相变换器模块的直流侧的正极端连接；所述单相变换器模块的交流侧输出端并联在双向晶闸管模块的输出端和负荷之间；所述双向晶闸管模块的输入端与系统电源AC连接。
所述单相变换器模块由单相全桥逆变器和LCL滤波器组成，其连接为常规连接。
所述超级电容储能模块由超级电容单体先串联后并联组合而成。
所述预充电电路模块由开关K1、开关K2、电阻R1、电阻R2和二极管D组成，其中所述开关K2与电阻R2串联；所述开关K1并联在电阻R2两端；所述电阻R1与开关K1和电阻R2组成的并联电路串联；所述二极管D并联在开关K2和电阻R2组成的串联电路两端。
所述电阻R1取值范围为0.5～5欧姆；所述电阻R2取值范围为200～500欧姆。
本实用新型的工作原理：本发明的工作原理为：装置上电时单相变换器模块工作在不控整流状态，系统电源通过单相变换器模块的二极管向超级电容储能模块整流充电，当超级电容处于零电压状态时，K1打开K2闭合，单相变换器通过R1，R2和K2向超级电容充电，由于R2＝300ohm，因此充电电流较小，此时超级电容处于预充电第一阶段，即慢速缓冲阶段，当超级电容电压充到与单相直流变换器电压直流侧电压差值小于30V时，闭合K1，由于K1将R2旁路，此时充电电路为R1，K1和K2串联，由于R1＝1ohm，因此充电电流较大，测试超级电容处于预充电第二阶段，即快速缓冲阶段。当超级电容电压接近单相变换器模块直流侧电压时才启动可控整流充电模式。
当系统电源AC正常时，系统电源AC通过双向晶闸管向负荷M供电，单相变换器模块可以实现有源滤波功能、无功补偿功能和动态电压恢复功能，单相变换器模块通过可控整流模式向超级电容储能模块充电以实现能量存储，当系统电源AC发生暂态电压故障时，单相变换器模块工作在电压源模式，通过反压脉冲方法或负荷电流转移方法实现双向晶闸管有效关断，超级电容储能模块通过预充电电路二极管D和电阻R1向单相变换器模块交流输出提供能量，单相变换器模块作为电压源以维持负荷M的正常工作，当系统电源AC恢复正常后，单相变换器模块则退出电压源逆变工作模式，双向晶闸管被导通以维持负荷的正常工作。
本实用新型的优越性：1、可以节省交直流变换器与储能装置之间的直流-直流变换器，进一步集成化，有效降低了成本，并且容易实现大容量输出；2、预充电电路可以实现二阶段超级电容预充电功能，可以有效保护单相变换器模块直接并联超级电容储能模块的过流问题；3、待机效率高、工作稳定，而且结构简单，有效地节约了产品成本，便于维护，易于操作，性价比较高。
(四)附图说明：
图1为本实用新型所涉一种适用于超级电容储能自带预充电电路的电能质量治理装置的整体结构示意图。
(五)具体实施方式：
实施例：一种适用于超级电容储能自带预充电电路的电能质量治理装置(见图1)，包括系统电源AC和负荷，其特征在于它包括超级电容储能模块、单相变换器模块、双向晶闸管模块和预充电电路模块；其中，所述超级电容储能模块的正极端与预充电电路模块的储能侧连接，其负极端与单相变换器模块的直流侧负极端连接；所述预充电电路模块的变换器侧与单相变换器模块的直流侧的正极端连接；所述单相变换器模块的交流侧输出端并联在双向晶闸管模块的输出端和负荷之间；所述双向晶闸管模块的输入端与系统电源AC连接。
所述单相变换器模块由单相全桥逆变器和LCL滤波器组成(见图1)，其连接为常规连接。
所述超级电容储能模块由超级电容单体先串联后并联组合而成。
所述预充电电路模块(见图1)由开关K1、开关K2、电阻R1、电阻R2和二极管D组成，其中所述开关K2与电阻R2串联；所述开关K1并联在电阻R2两端；所述电阻R1与开关K1和电阻R2组成的并联电路串联；所述二极管D并联在开关K2和电阻R2组成的串联电路两端。
所述电阻R1取值范围为0.5～5欧姆；所述电阻R2取值范围为200～500欧姆；实施例中电阻R1可取典型值为1欧姆，电阻R2可取典型值为300欧姆。

Claims (4)

1.一种适用于超级电容储能自带预充电电路的电能质量治理装置，包括系统电源AC和负荷，其特征在于它包括超级电容储能模块、单相变换器模块、双向晶闸管模块和预充电电路模块；其中，所述超级电容储能模块的正极端与预充电电路模块的储能侧连接，其负极端与单相变换器模块的直流侧负极端连接；所述预充电电路模块的变换器侧与单相变换器模块的直流侧的正极端连接；所述单相变换器模块的交流侧输出端并联在双向晶闸管模块的输出端和负荷之间；所述双向晶闸管模块的输入端与系统电源AC连接。
2.根据权利要求1所述一种适用于超级电容储能自带预充电电路的电能质量治理装置，其特征在于所述超级电容储能模块由超级电容单体先串联后并联组合而成。
3.根据权利要求1所述一种适用于超级电容储能自带预充电电路的电能质量治理装置，其特征在于所述预充电电路模块由开关K1、开关K2、电阻R1、电阻R2和二极管D组成，其中所述开关K2与电阻R2串联；所述开关K1并联在电阻R2两端；所述电阻R1与开关K1和电阻R2组成的并联电路串联；所述二极管D并联在开关K2和电阻R2组成的串联电路两端。
4.根据权利要求3所述一种适用于超级电容储能自带预充电电路的电能质量治理装置，其特征在于所述电阻R1取值范围为0.5～5欧姆；所述电阻R2取值范围为200～500欧姆。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108964233A (zh) * 2018-07-05 2018-12-07 武汉理工大学 超级电容组安全预充电系统及其充电方法
CN113489298A (zh) * 2021-08-20 2021-10-08 青岛鼎信通讯股份有限公司 一种应用于交直流双向逆变电源模块的预充电电路
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