MRD(磁流变阻尼器)作为半主动振动控制器件,因具备输出响应快、系统能耗低、工作稳定等优良特性,广泛应用于斜拉桥的振动控制中。位于滨海区域的斜拉桥经常受到台风等极端天气的影响,导致电网断电事故频发,因此,为了保障MRD减振控制系统正常运行,必须配置性能可靠的后备电源。本文针对复杂环境下MRD减振控制系统对于高性能后备电源的需求,以提升主电源断电情况下后备电源输出响应的快速性及MRD力学性能稳定性,同时抑制脉冲功率扰动作用下负载电压和铅酸电池输出电流的波动性为目标,研究基于超级电容混合储能的MRD减振控制系统后备电源设计问题,主要包括以下几个方面内容:首先,设计混合储能后备电源的整体方案,并开展超级电容充放电性能仿真和试验研究。在对MRD减振控制系统和现有供电模式分析基础上,提出分布式混合储能后备电源方案;通过综合分析超级电容机理、结构特征并比较三种等效电路建模方法,利用PLECS电力电子仿真软件设计超级电容双向充放电路,并进行充放电仿真模拟;搭建超级电容恒流充放电试验平台,对额定容量16V 500F超级电容模组进行充放电试验。结果表明超级电容ESR-EPR等效电路模型简单,参数测量获取方便,能够较好模拟超级电容的充放电过程,为进一步设计混合储能系统电路提供基本依据。其次,研究超级电容-铅酸电池混合储能系统建模和电路设计与仿真。通过对电化学储能元件性能和混合储能方案综合分析比较,并考虑MRD减振控制系统对于后备电源供电快速性和持续性要求,提出变换器-电感耦合的超级电容-铅酸电池混合储能方法;采用BUCK-BOOST拓扑设计双向耦合变换器,利用交流小信号建模法建立变换器各部分的等效数学模型,并通过动态响应法整定了模拟PID控制器参数;利用PLECS和PROTUES仿真设计软件进行电路仿真。结果表明,以9V向5ohm负载输出时,单储能电源输出电压上升时间t 0.98ms,混合储能系统t 0.08ms;同时在峰值2A,f=500Hz的脉冲电流源扰动作用下单储能电源负载端电压波动率达到22%,蓄电池输出电流波动率达到50%,混合储能系统负载电压波动率降低至5%,蓄电池输出电流波动率降低至16%,相比之下,混合系统输出响应的快速性显著提升,扰动作用下负载电压和蓄电池输出电流的波动性明显降低。再次,设计直流UPS并开展主电源断电切换情况下MRD减振控制系统力学性能稳定性试验。研究直流UPS(不间断电源)模块的设计问题,给出电路设计方法并搭建相应的试验平台,在模拟主电源断电的情况下进行阻尼器力学性能试验。结果表明,采用铅酸电池为UPS储能单元,输出电流上升时间可降低至0.8ms,以超级电容为储能单元时进一步降低至0.5ms,负载端输出电压保持不变,能够维持磁流变阻尼器力学性能免受主电源断电影响。传统的交流不间断电源单纯继电器切换动作即需要1ms以上,相比之下,该直流UPS设计提高了后备电源的切换速度,保障了切换过程中MRD减振控制系统性能的稳定性。最后,开展混合储能系统输出阶跃响应性试验和脉冲功率扰动响应性试验。设计并搭建混合储能系统输出响应试验平台,进行混合储能系统的阶跃响应性试验、脉冲功率负载叠加扰动作用下的响应性能试验。结果表明,在负载功率稳定情况下,混合储能系统电流阶跃响应的动态值主要由超级电容瞬时输出分量提供,稳态值由蓄电池最终来维持;当在稳定负载功率上叠加I=2Af=1Hz的脉冲扰动功率时,超级电容能够快速补偿75%以上的功率脉冲,并将蓄电池输出电流、负载端电压的波动率维持在10%以内,试验结论与仿真结论基本一致,后备电源设计达到设计目标。