一种贮能消磁电源的储能电容和滤波电感、电容确定方法技术

本发明专利技术公开了一种贮能消磁电源的储能电容和滤波电感、电容确定方法，步骤如下：(1)、进行脉冲理论能量计算；(2)、确定储能电容模组的额定电压以及电容单体串联个数；(3)、计算与电站供电功率匹配的满足所有脉冲要求储能电容容量；(4)、对储能电容模组数与后级变换器进行分组，并依据分组结果制定脉冲放电方案；(5)、依据放电方案进行逐步计算，得到合适的滤波电感、电容值。本发明专利技术采用多重冗余机制，保证总输出电路和变换器内部都安全冗余。小电流特殊组保证了小脉冲电流的精度，也减小滤波电感的总电感值，降低装置成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于舰艇消磁领域，特别涉及一种贮能消磁电源的储能电容和滤波电感、电容确定方法。
技术介绍
地球是一个巨大的磁体，而钢铁是易被磁化的材料，钢铁建造的舰船或潜艇长期处于地球的磁场中、其就会被磁化。只要舰艇航行在海洋上，被磁化的舰艇就必然要产生磁场，如果不消除这个磁场，被磁化的舰艇很容易受到磁性水雷、鱼雷等武器攻击，或是成为磁性探测设备的目标。舰艇本身有两个磁场，一个是感应磁场，这一磁场靠舰艇上自消磁系统抵消；另一个是固定磁场，这一磁场则要靠消磁站或消磁船定期对其进行通电消除。在舰船上安装消磁系统是舰船磁性防护的最有效手段。目的是预防敌方磁性武器攻击和磁性探测提高舰船的生命力，舰船消磁系统主要由舰内消磁绕组、消磁控制设备和消磁电源部分组成。消磁电源是消磁设备的功率放大装置，它按控制器输出的控制信号向舰船消磁绕组提供直流可控电流，是消磁设备的重要组成部分。消磁电源一般都用在军队的舰船、潜艇上，必须具有极高的可靠性，特别是在战时。在依靠超级电容贮能和电站供电的消磁电源中，有两个能量源向脉冲放电提供能量，一个是电站，一个是超级电容。脉冲放电能量总和是不变的，增加超级电容容量，就可以降低电站的功率；反之增大电站容量就可以降低超级电容的容量。必须对电站的功率和超级电容的组数进行合理的设计，使电站和超级电容容量得到极佳的匹配，减小消磁电源启动时对电网的冲击，同时必须保证消磁电源极高的可靠性、冗余性。针对以上对消磁电源的性能要求，提出一种能够保证消磁电源具备极高冗余可靠性的储能电容容量及滤波电感、电容的确定方法甚为必要。r>
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供一种能够根据不同的消磁电源脉冲参数要求，得到与前级电站功率相匹配的储能电容容量，以及满足各个脉冲放电的要求的后级变换器滤波电 感、电容确定方法。该方法设计了采用多重冗余机制的电容模组放电方案，不仅使得总滤波电感量降低，更重要的是极大地提高了消磁电源的可靠性，更符合军工需求。技术方案：本专利技术方法针对的贮能消磁电源由整流器、充电控制器、储能超级电容、后级恒流变换器、电流换向装置、系统监控器组成；整流器、充电控制器、储能超级电容、后级恒流变换器、电流换向装置顺序串接，系统监控器通过通信线与充电控制器、储能超级电容、后级恒流变换器、电流换向装置通信；消磁电源系统接受交流电站的交流电能量，经过整流、储能、变换、换向等环节后，为负载提供正负交替、逐步衰减的间歇脉冲电流。本专利技术的贮能消磁电源的储能电容和滤波电感、电容确定方法，包括如下步骤：(1)计算贮能消磁电源第1个脉冲到第i个脉冲的累积能量Ei，具体方式为：根据公式Ii＝I1×(1-kΔI)i-1计算指数衰减方式下第i个脉冲的理论放电电流Ii，或根据公式Ii＝I1-(i-1)×ΔI计算等差衰减方式下第i个脉冲的理论放电电流Ii；根据公式Ui＝Ii×RL计算第i个脉冲的理论放电电压Ui，根据公式Pi＝Ui×Ii计算第i个脉冲的理论放电功率Pi，根据公式Qi＝Pi×Ton计算第i个脉冲的理论能量Qi，按照公式计算从第1个脉冲到第i个脉冲的累积能量Ei；其中，i为脉冲序号，取值范围1～Npulse，Npulse为脉冲总数，I1为首脉冲理论放电电流，kΔI为脉冲电流指数衰减系数，ΔI为电流等差衰减公差，RL为负载电阻，Ton为单个脉冲放电时间，即脉冲宽度，j同为脉冲序号，取值范围1～i；(2)确定储能电容模组的额定电压以及电容单体串联个数，具体方式为：根据公式Uic-b-min＝(Ui/dbuck-max+Δu)×kR计算后级变换器采用降压方式时第i个脉冲允许的储能电容模组放电最小电压Uic-b-min，或根据公式Uic-b-b-min＝[(1-db-b-max)×Ui÷db-b-max+Δu]×kR计算后级变换器采用升降压方式时第i个脉冲允许的储能电容模组放电最小电压Uic-b-b-min；按照以下方式确定单个储能电容模组的额定电压Uc-N：根据公式 Uc-N-b＝U1c-b-min×Ksafe-u-b计算后级变换器采用降压方式时单个储能电容模组的额定电压Uc-N-b，或根据公式Uc-N-b-b＝U1c-b-b-min×Ksafe-u-b-b计算后级变换器采用升降压方式时单个储能电容模组的额定电压Uc-N-b-b，或直接取额定电压Uc-N-b-b＝Uc-N-b；根据公式N′series＝Uc-N/Uc-single×Kc-nonuniformity计算单个储能电容模组的电容单体串联个数N′series，如果N′series不是整数，则对其向正无穷大方向作取整修正，得到修正后的储能电容单体串联个数Nseries；其中，dbuck-max为降压方式下开关管的最大占空比，db-b-max为升降压方式下开关管的最大占空比，Δu为变换器输入输出电压差补偿，kR为储能电容内阻和输电铜排压降系数，U1c-b-min为后级变换器采用降压方式时首个脉冲允许的储能电容模组放电最小电压，Ksafe-u-b为后级变换器采用降压方式时储能电容模组额定电压安全系数，U1c-b-b-min为后级变换器采用升降压方式时首个脉冲允许的储能电容模组放电最小电压，Ksafe-u-b-b为后级变换器采用升降压方式时储能电容模组额定电压安全系数，Uc-N为单个储能电容模组的额定电压，即Uc-N为Uc-N-b或Uc-N-b-b，Kc-nonuniformity为储能电容单体串联电压不均匀系数，Uc-single为储能电容单体耐压值；(3)初步计算与电站供电功率匹配的储能电容容量值c′sum，具体方式为：根据公式W1c-offer＝Q1-Wg-on-max计算储能电容模组需要给首脉冲供给的能量W1c-offer，再根据公式初步计算出与电站供电功率Pgrid相匹配的储能电容容量值c′sum；其中，U1c-min为首脉冲允许的储能电容模组放电最小电压，ηc-load为储能电容模组对负载放电的效率，Q1为首脉冲理论能量，Wg-on-max为电站在脉冲放电期间内给脉冲供给的最大能量，由公式Wg-on-max＝Pgrid×Ton×ηg-load确定，ηg-load为电站经前级充电控制器和后级恒流变换器给负载供能的效率；(4)对所述步骤(3)初步算得的储能电容容量值c′sum进行校验修正，并确定储能电容模组总数Nc-sum；(5)对储能电容模组总数Nc-sum进行修正并分组，具体方式为：依据消磁电源采用后级变换器的路数Nconverter将Nc-sum组储能电容模组一共分成Nconverter组，每组包含Nparallel＝Nc-sum/Nconverter组储能电容模组，Nparallel应该是大于1的正整数，且各路后级变换器配置的储能电容模组数要一致，如果Nparallel不满足上述两个要求，则对储能电容单体容量csingle按照下式进行修正后，返回步骤(4)：csingle＝csingle×kc-single，其中kc-single为储能电容单体容量修正系数；如果Np本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种贮能消磁电源的储能电容和滤波电感、电容确定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：（1）计算贮能消磁电源第1个脉冲到第个脉冲的累积能量，具体方式为：根据公式计算指数衰减方式下第个脉冲的理论放电电流，或根据公式计算等差衰减方式下第个脉冲的理论放电电流；根据公式计算第个脉冲的理论放电电压，根据公式计算第个脉冲的理论放电功率，根据公式计算第个脉冲的理论能量，按照公式计算从第1个脉冲到第个脉冲的累积能量；其中，为脉冲序号，取值范围1~，为脉冲总数，为首脉冲理论放电电流，为脉冲电流指数衰减系数，为电流等差衰减公差，为负载电阻，为单个脉冲放电时间，即脉冲宽度，同为脉冲序号，取值范围1~；（2）确定储能电容模组的额定电压以及电容单体串联个数，具体方式为：根据公式计算后级变换器采用降压方式时第个脉冲允许的储能电容模组放电最小电压，或根据公式计算后级变换器采用升降压方式时第个脉冲允许的储能电容模组放电最小电压；按照以下方式确定单个储能电容模组的额定电压：根据公式计算后级变换器采用降压方式时单个储能电容模组的额定电压，或根据公式计算后级变换器采用升降压方式时单个储能电容模组的额定电压，或直接取额定电压=；根据公式计算单个储能电容模组的电容单体串联个数，如果不是整数，则对其向正无穷大方向作取整修正，得到修正后的储能电容单体串联个数；其中，为降压方式下开关管的最大占空比，为升降压方式下开关管的最大占空比，为变换器输入输出电压差补偿，为储能电容内阻和输电铜排压降系数，为后级变换器采用降压方式时首个脉冲允许的储能电容模组放电最小电压，为后级变换器采用降压方式时储能电容模组额定电压安全系数，为后级变换器采用升降压方式时首个脉冲允许的储能电容模组放电最小电压，为后级变换器采用升降压方式时储能电容模组额定电压安全系数，为单个储能电容模组的额定电压，即为或，为储能电容单体串联电压不均匀系数，为储能电容单体耐压值；（3）初步计算与电站供电功率匹配的储能电容容量值，具体方式为：根据公式计算储能电容模组需要给首脉冲供给的能量，再根据公式初步计算出与电站供电功率相匹配的储能电容容量值；其中，为首脉冲允许的储能电容模组放电最小电压，为储能电容模组对负载放电的效率，为首脉冲理论能量，为电站在脉冲放电期间内给脉冲供给的最大能量，由公式确定，为电站经前级充电控制器和后级恒流变换器给负载供能的效率；（4）对所述步骤（3）初步算得的储能电容容量值进行校验修正，并确定储能电容模组总数；（5）对储能电容模组总数进行修正并分组，具体方式为：依据消磁电源采用后级变换器的路数将组储能电容模组一共分成组，每组包含组储能电容模组，应该是大于1的正整数，且各路后级变换器配置的储能电容模组数要一致，如果不满足上述两个要求，则对储能电容单体容量按照下式进行修正后，返回步骤（4）：，其中为储能电容单体容量修正系数；如果满足上述两个要求，则由组储能电容模组电气并联成电容容量为、额定电压为的单个储能电容工作组，然后对得到的所有单个储能电容工作组进行分组；（6）进行脉冲放电过程设计，具体方式为：当第个脉冲的理论放电电流大于时，个正常工作组全部参与放电；当第个脉冲的理论放电电流大于而小于时，由包含个储能电容工作组的大组进行放电；当第个脉冲的理论放电电流大于而小于时，由包含个储能电容工作组的小组进行放电；当第个脉冲的理论放电电流小于时，由单个小电流特殊组进行放电，此时，如果给第个脉冲供电的所有储能电容工作组能够释放的最大能量大于从第个到第个脉冲的脉冲能量之和，则电站就不再向储能电容和负载提供任何能量，其中为小电流特殊组供电的第1个脉冲的序号，；（7）进行脉冲放电过程计算，具体方式为：根据公式计算第个脉冲放电之后单个储能电容工作组储存的能量，根据公式计算第个脉冲放电之后单个储能电容工作组的电压，根据公式计算第个脉冲放电之前单个储能电容工作组储存的能量，如果大于单个储能电容工作组的最大存储能量，则根据修正；根据公式计算第个脉冲放电之前单个储能电容工作组的电压，对于首脉冲放电之前的电压和由小电流特殊组供电的第1个脉冲的放电之前的单个储能电容工作组电压按公式计算，这两脉冲放电之前对应的单个储能电容工作组储存的能量按公式取值，根据公式计算第个脉冲放电时单路后级变换器流过的电流；其中，为第个脉冲放电之前单个储能电容工作组储存的能量，为第个脉冲放电时参与供能的储能电容工作组组数，取值为、、或1，为电站在脉冲放电间隔时间内给单个储能电容工作组提供的能量，当正常组放电且时或小电流特殊组放电时取0，其它情况下由公式算得，为第个脉冲时个储能电容工作组能够释放的最大能量，由公式算得，为从第个脉冲到第个脉冲所有脉冲能量之和，，为储能电容独立放电安全系数，为电站在脉冲放电时间内供给脉冲的能量，同样的，在正常组放电且时或小电流特殊组放电时，...

【技术特征摘要】
1.一种贮能消磁电源的储能电容和滤波电感、电容确定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）计算贮能消磁电源第1个脉冲到第                                                个脉冲的累积能量，具体方式为：
根据公式计算指数衰减方式下第个脉冲的理论放电电流，或根据公式计算等差衰减方式下第个脉冲的理论放电电流；
根据公式计算第个脉冲的理论放电电压，根据公式计算第个脉冲的理论放电功率，根据公式计算第个脉冲的理论能量，按照公式计算从第1个脉冲到第个脉冲的累积能量；
其中，为脉冲序号，取值范围1~，为脉冲总数，为首脉冲理论放电电流，为脉冲电流指数衰减系数，为电流等差衰减公差，为负载电阻，为单个脉冲放电时间，即脉冲宽度，同为脉冲序号，取值范围1~；
（2）确定储能电容模组的额定电压以及电容单体串联个数，具体方式为：
根据公式计算后级变换器采用降压方式时第个脉冲允许的储能电容模组放电最小电压，或根据公式计算后级变换器采用升降压方式时第个脉冲允许的储能电容模组放电最小电压；
按照以下方式确定单个储能电容模组的额定电压：根据公式计算后级变换器采用降压方式时单个储能电容模组的额定电压，或根据公式计算后级变换器采用升降压方式时单个储能电容模组的额定电压，或直接取额定电压=；
根据公式计算单个储能电容模组的电容单体串联个数，如果不是整数，则对其向正无穷大方向作取整修正，得到修正后的储能电容单体串联个数；
其中，为降压方式下开关管的最大占空比，为升降压方式下开关管的最大占空比，为变换器输入输出电压差补偿，为储能电容内阻和输电铜排压降系数，为后级变换器采用降压方式时首个脉冲允许的储能电容模组放电最小电压，为后级变换器采用降压方式时储能电容模组额定电压安全系数，为后级变换器采用升降压方式时首个脉冲允许的储能电容模组放电最小电压，为后级变换器采用升降压方式时储能电容模组额定电压安全系数，为单个储能电容模组的额定电压，即为或，为储能电容单体串联电压不均匀系数，为储能电容单体耐压值；
（3）初步计算与电站供电功率匹配的储能电容容量值，具体方式为：
根据公式计算储能电容模组需要给首脉冲供给的能量，再根据公式初步计算出与电站供电功率相匹配的储能电容容量值；
其中，为首脉冲允许的储能电容模组放电最小电压，为储能电容模组对负载放电的效率，为首脉冲理论能量，为电站在脉冲放电期间内给脉冲供给的最大能量，由公式确定，为电站经前级充电控制器和后级恒流变换器给负载供能的效率；
（4）对所述步骤（3）初步算得的储能电容容量值进行校验修正，并确定储能电容模组总数；
（5）对储能电容模组总数进行修正并分组，具体方式为：
依据消磁电源采用后级变换器的路数将组储能电容模组一共分成组，每组包含组储能电容模组，应该是大于1的正整数，且各路后级变换器配置的储能电容模组数要一致，如果不满足上述两个要求，则对储能电容单体容量按照下式进行修正后，返回步骤（4）：，其中为储能电容单体容量修正系数；
如果满足上述两个要求，则由组储能电容模组电气并联成电容容量为、额定电压为的单个储能电容工作组，然后对得到的所有单个储能电容工作组进行分组；
（6）进行脉冲放电过程设计，具体方式为：
当第个脉冲的理论放电电流大于时，个正常工作组全部参与放电；
当第个脉冲的理论放电电流大于而小于时，由包含个储能电容工作组的大组进行放电；
当第个脉冲的理论放电电流大于而小于时，由包含个储能电容工作组的小组进行放电；
当第个脉冲的理论放电电流小于时，由单个小电流特殊组进行放电，此时，如果给第个脉冲供电的所有储能电容工作组能够释放的最大能量大于从第个到第个脉冲的脉冲能量之和，则电站就不再向储能电容和负载提供任何能量，其中为小电流特殊组供电的第1个脉冲的序号，；
（7）进行脉冲放电过程计算，具体方式为：
根据公式计算第个脉冲放电之后单个储能电容工作组储存的能量，根据公式计算第个脉冲放电之后单个储能电容工作组的电压，根据公式计算第个脉冲放电之前单个储能电容工作组储存的能量，如果大于单个储能电容工作组的最大存储能量，则根据修正；
根据公式计算第个脉冲放电之前单个储能电容工作组的电压，对于首脉冲放电之前的电压和由小电流特殊组供电的第1个脉冲的放电之前的单个储能电容工作组电压按公式计算，这两脉冲放电之前对应的单个储能电容工作组储存的能量按公式取值，根据公式计算第个脉冲放电时单路后级变换器流过的电流；
其中，为第个脉冲放电之前单个储能电容工作组储存的能量，为第个脉冲放电时参与供能的储能电容工作组组数，取值为、、或1，为电站在脉冲放电间隔时间内给单...

【专利技术属性】
技术研发人员：王念春，吴晓玉，滕春阳，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32