无电抗器电容储能型脉冲功率电源

电容储能型脉冲功率电源是目前特种直线电机系统主要选用的电源类型。现阶段脉冲功率电源小型化、轻量化的研究均着重于提升各器件的自身性能，短期内难以实现储能密度的大幅提升。该文针对感性负载开展无电抗器电容储能型脉冲功率电源研究，进一步提高电源的小型化、轻量化指标，推导和研究晶闸管导通时延抖动所带来的影响，分析该型电源安全运行的触发方式与匹配负载，并通过试验进行对比和验证。结果表明：无电抗器电容储能型脉冲功率电源可提升储能密度，具备小型化和轻量化的潜力；同步触发是实现无电抗器电容储能型电源系统可靠运行的条件，需要重点关注该型电源工作的抖动性；通过理论和实验，分析和验证了抖动对该型电源所带来的影响，具有指导意义。     

电磁轨道发射用脉冲电源系统的发展与现状

脉冲电源系统是电磁发射系统的重要组成部分,其性能影响着电磁发射技术的工程化应用进程。本文针对不同储能形式下(电容储能、电感储能和惯性储能)脉冲电源系统的研究现状进行了总结和展望。电容储能型脉冲电源运行可靠、调控灵活,在不同口径和射频需求下普遍适用;电容的低储能密度制约了在可移动平台上的发展,但由于技术成熟度最高,未来短期内是电磁发射工程应用的首选电源方案。电感储能型脉冲电源已初步完成千焦级模块的研制和兆焦级系统的搭建,但存在开关器件关断应力高和系统传输效率较低的问题,与工程应用存在一定差距。惯性储能型脉冲电源的储能密度最高,研究多集中于空心脉冲发电机,在理论分析、多物理场仿真等方面取得一定进展,高速实体电机的研制处于发展初期。     

PMMA基高储能电介质材料研究进展

聚合物薄膜电容器因其超高的充放电效率而被广泛应用于许多领域，如高脉冲功率技术、航空航天技术和新能源汽车等。储能应用的聚合物电介质往往需要较高的能量密度和储能效率，目前薄膜电容器中商业化应用最为广泛的双轴拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜已不能满足日益增长的电能储存需求。在众多的聚合物电介质材料中，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）因其高击穿强度、低介质损耗和易加工等优点而受到广泛关注。本文综述了PMMA本征型和复合型电介质材料在储能领域的研究进展，重点对通过化学改性和物理改性提升聚合物储能电介质材料的能量密度和储能效率的方法进行了归纳整理，最后对电介质材料未来的发展方向进行了展望。     

脉冲电源储能电容反向充电电压释放方法

在放电主开关放置于储能电容支路的脉冲功率电源放电过程中,储能电容存在反向充电现象,反向电压无法释放,影响储能电容的使用寿命,并降低了脉冲功率电源的使用效率。在详细推导电容储能型脉冲功率电源放电过程的基础上,分析影响储能电容反向充电电压的因素,讨论降低储能电容反向充电电压的途径,将放电主开关放置于负载支路的电路结构,实现了储能电容反向充电电压的释放。仿真和实验结果表明:调整放电开关位置后的脉冲功率电源负载电流特性与调整前基本一致,完全满足电磁发射的需求;同时,反向电压的及时释放提高了储能电容的使用寿命,增加了电磁发射系统的效率。     

高储能聚合物电介质材料研究进展

储能薄膜电容器因其功率密度高、工作电压高、自愈特性好以及可靠性高的优势，被广泛应用于智能电网、电动汽车和电力调节中。但聚合物电介质材料偏低的储能密度和较大的介电损耗限制了储能薄膜电容器的轻量化、小型化以及可靠性发展。文章综述了基于优化复合电介质材料高储能密度和低介电损耗的最新研究进展，涉及复合电介质材料的结构特性、介电性能、电气强度以及储能机理，比较和分析了提高聚合物电介质材料储能特性的几种常用策略，包括多组分无机填料共填充、纳米表面改性、多层结构复合、分子结构设计、薄膜表面沉积涂覆等方法对其储能特性的提升规律与调控机制，最后对高储能聚合物电介质材料的现存问题以及未来发展方向进行了总结与展望。     

一种新型的恒流高压充电电源

在强激光脉冲电容器储能系统和加速器电容储能系统中,都存在对大容量储能电容充电的问题。在这些系统中充电电源的设计应满足容量、效率和充电速率等方面的要求。     

舰载电磁轨道炮用高功率脉冲电源研究进展

结合舰载电磁轨道炮的发展需求,分别阐述了发电机系统、电感储能系统、电容器系统和超级电容储能系统等四种高功率脉冲电源的基本原理和研究现状,并分析了它们的优缺点和应用前景。     

超导电感储能高功率脉冲技术及其仿真研究

提出了利用超导磁储能系统(SMES)来提高电力系统稳定性、提供紧急备用电源和实现新概念武器脉冲电源的“一机三职”功能的基础上,研究了一种基于超导电感储能系统和超导开关的脉冲功率成形技术,探讨了超导脉冲功率技术需要解决的重要基础问题;并根据超导电感储能系统及超导开关特性,提出了超导磁体和超导开关的理想结构,设计了一种脉冲成形网络模型;通过控制外加电流触发超导开关失超来控制超导开关断路,实现高密度无损耗储能、可控脉冲整形,并在电阻负载下,进行了脉冲成形回路放电仿真实验,得到了较理想的脉冲功率输出。     

轨道交通用超级电容器研发概述

从超级电容器自身的特点,分析了达到能量高效循环利用的轨道交通用超级电容器的选择依据。针对当前轨道交通用超级电容器储能装置存在的不足,从储能材料出发,研发高能量密度、高功率密度及长寿命的超级电容器。     

聚合物薄膜储电性能研究

薄膜电容器是脉冲功率优先选择的储能单元,高聚物薄膜作为储能电介质,近年来脉冲功率设备的发展和高压大容量电力电子变换装置的应用对其耐温性能提出了更高的要求,因此耐温性能较双向拉伸聚丙烯(BOPP)更好的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚苯硫醚(PPS)得到了应用.此处以BOPP,PET和PPS为对象,研究了聚合物薄膜在不同频率和电场强度下的放电效率特性.研究表明,3种聚合物薄膜的放电效率均随着频率的升高而增加,随电场强度的升高而降低.BOPP放电效率的频率特性和电场强度特性最为稳定;PPS放电效率的电场强度特性和低频特性差于BOPP;PET放电效率在低频和高电场时下降最明显.     

高储能密度脉冲电容器及固态脉冲形成线试验研究

基于玻璃-陶瓷材料PbO-SrO-Na_2O-Nb_2O_5-SiO_2(PSNNS)制作了脉冲电容器和固态脉冲形成线,其脉冲电容器在工作电压30 kV、放电电流2 kA、重复频率1 kHz下的短路放电寿命大于100万次,储能密度达到0.85 k J/L;制作的满银电极的固态脉冲形成线具有良好的矩形脉冲输出,输出电压脉冲半高宽为45ns。     

A study of series‐parallel changeover circuit of a capacitor bank for an energy storage system utilizing electric double‐layer capacitors

Electric double‐layer capacitors showing a remarkably high energy density (compared with conventional electrolytic capacitors) are now under development. Capacitors of this type have significant advantages, namely, high durability against repeated charge and discharge and no need for maintenance. Therefore, we have studied feasible basic circuit configurations and control methods required to apply electric double‐layer capacitors as an energy storage element in output‐power leveling systems for solar cells or windmill power generators, and in uninterruptible power supply systems. This paper discussed operating methods for a capacitor bank to improve the efficiency. High efficiency has been demonstrated by the simulations and the experiments. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 145(3): 33–42, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10155     

基于三相供电电压偏差选取直流电容参数研究

在电压型PWM AC/DC/AC变换中,直流侧储能滤波电容参数的选取是变换器稳定运行的关键因素之一。针对目前直流侧电容选取存在一定的不精确性,分析了AC/DC/AC变换电路稳态时直流电容充放电的原理,对变换器交直流侧电压的关系进行研究,建立了电容纹波电压与三相供电电压偏差之间的数学模型,提出了基于三相供电电压偏差选取直流侧电容参数的方法。分别对单相和三相不可控整流电路提供直流电源时直流侧电容C的合理选取给出了相应的分析和计算,并通过仿真和试验验证了直流储能滤波电容参数确定方法的有效性。     

聚合物基复合薄膜的高温储能性能研究进展

聚合物薄膜电容器具有功率密度大、安全性高、绝缘性好等优点而被广泛应用在工程领域。近年来,随着新能源交通、清洁能源并网、油气开采等领域对具有优异高温储能特性的介电薄膜电容器需求日益增加,高温、高电场等极限条件下介质薄膜电容器的储能受到越来越多的关注,相关研究已成为电工材料领域的研究热点。该文总结近年来有关聚合物基复合薄膜的高温储能研究进展。首先,介绍决定电介质材料高温储能特性的关键参数,分析高温、高电场对相关参数的影响规律;其次,梳理基于不同空间层次设计的聚合物薄膜高温储能特性优化研究现状,从分子结构、微观结构、介观结构3个方面总结高温储能性能的调控方法;最后,对进一步提升聚合物薄膜的高温储能性能做出展望。     

阶梯式快速混合储能系统设计及控制策略研究

针对微风、弱光条件下,风能、太阳能发电系统中储能设备效率低的问题,提出超级电容器阶梯式快速储能模型,并以超级电容器和锂电池为基本储能元件设计了阶梯式快速混合储能系统。基于超级电容器快速充放电的特点,将多个超级电容器串联,设计了一种阶梯式快速储能设备。利用锂电池能量密度大的特点,将阶梯式快速储能设备与锂电池结合,设计实现了一种阶梯式快速混合储能系统。该系统可实现充电、控制、保护和显示等功能。经过试验验证,该系统可解决风力、光伏发电机在微风、弱光状态下,电池低电压运行的储能问题,有效提高了微能的利用率。     

光储直流微网能量协调控制方法

直流微网中分布式电源出力的随机波动性,不仅会引起直流母线电压大范围波动,还会影响系统的稳定运行。对此,提出了一种光储直流微网能量协调控制方法,实现了因系统功率供需不平衡引起的母线电压波动的快速平抑。该方法优先利用新能源为负荷供电,通过设定并网变换器和储能模块的工作阈值以协调管理各模块间的能量流动,避免直流母线电压小范围波动引起电力电子器件频繁动作,实现能量的最优利用。在并网状态下,直流微网通过并网变换器与大电网进行能量交换;在离网状态下,光伏模块与混合储能模块协调配合给本地负载供电。其中,考虑混合储能模块的充放电裕量,结合超级电容功率密度大和锂电池能量密度高的特点,混合储能模块让超级电容先工作来平衡系统瞬时功率,提高系统的动态响应特性,减少锂电池动作次数,延长使用寿命。锂电池工作后,可以配合超级电容调整直流母线电压,防止超级电容达到饱和的速度过快。仿真验证了所提方法的有效性。     

A basic study on power storage capacitor systems

Storage batteries or pumped hydraulic power stations have been used to store electric energy. However, there are problems with storage batteries, e.g., long charging time, limited cycle life, low Coulomb efficiency, and inaccurate residual power meters. Because of these problems, practical power applications have not been achieved. To solve these problems, a complex system of capacitors and electronic circuits called the ECS (Energy Capacitor System) is proposed. The capacitor part of the ECS is a group of electric double-layer capacitors of increased energy density. The circuits part is built around switching regulators. Although the capacitors alone are not capable of delivering stable output, the accompanying circuits compensate for various characteristics throughout the charge and discharge cycle. This combination of capacitors and electronic circuits increases the energy density by about 16 times that of the conventional electric double-layer capacitors, close to the level of lead-acid batteries but with lower output resistance and better voltage stability. The ECS inherently features short charging time, very long cycle life, and good Coulomb efficiency. The cells are completely sealed and made from materials which are not harmful to the environment.     

新型高储能密度聚合物基绝缘材料

新型高储能密度聚合物基绝缘材料由于应用潜力巨大,在近些年来发展速度很快。本文简单介绍该材料的重要性,解释电介质材料的储能机理、介电常数、电位移、击穿场强与储能密度之间的关系,以及计算储能密度和充放电效率的方法,然后分别对聚合物电介质和复合电介质材料研究进展进行概述,重点讨论材料的制备策略、加工工艺、微观/宏观机理分析和性能表征,并在文章最后对高储能密度聚合物基绝缘材料进行总结和展望。     

新型电感储能型电磁炮脉冲电源拓扑

提出了一种用于电磁发射的电感储能型电磁炮脉冲电源拓扑。该拓扑中两储能电感充电时串联,放电时并联,以实现电流倍增。与meatgrinder电路相比,该电路两储能电感之间不需要磁耦合,具有设计简单灵活、容易制造的特点。为避免电感储能断路时断路开关出现过电压问题,用电容作为能量转换器件可实现开关的零电压断路。对该脉冲电源系统的工作原理进行了理论分析,搭建了小型实验系统,验证了该电源拓扑的可行性。以轨道炮为负载,对电感、电容参数对系统性能的影响进行了仿真分析,结果表明多个电源模块的并联运行能明显提高系统能量转换效率。     

新型能源器件--超级电容器研究发展最新动态

介绍了超级电容器工作原理、结构特点 ,并综述了国内外最新研究发展动态及产业化情况。超级电容器是近年来出现的一种新型能源器件 ,兼有常规电容器功率密度大、充电电池能量密度高的优点 ,可快速充放电 ,且寿命长 ,很有希望发展成为一种新型、高效、实用的能量储存装置。超级电容器的工作原理、结构特点与普通电容器有很大不同。超级电容器主要由极化电极、集电极、电解质、隔离膜、引线和封装材料几部分组成 ,各部分的组成、结构均对其性能有重要的影响。