超级电容器储能单元的设计分析

基于超级电容器简化模型,考虑等效串联内阻在释能过程中对储存能量的影响,针对超级电容器用于小电流放电的场合,提出了用能量约束法分析计算超级电容器储能模块的方案。针对超级电容器用于高功率、大电流的储能场合,提出了功率约束法来分析计算超级电容器储能模块的方案。通过实例对能量约束法的设计结果进行了分析,对功率约束法的设计结果进行了仿真计算。结果表明,以能量约束法和功率约束法设计超级电容器模块,在满足输出能量和功率的前提下,可以得到优化的设计方案。     

高压储能脉冲电容器

本文总结了一种高压储能脉冲电容器的研制。通过几种不同介质的高压储能脉冲电容器在短路脉冲放电状态下的寿命试验,初步探讨了该类电容器的失效、寿命、和可靠性。     

电解电容器的脉冲放电特性

介绍了电解电容器在高压脉冲放电技术中的一种特殊应用。通过对其脉冲放电特性的试验研究 ,获得了一组技术参数 ,并进行了高温下的寿命试验。采用它作为储能元件的井下电脉冲设备用于油井增油实验取得明显效果     

2.7MJ/m~3高储能密度脉冲电容器的研制

为了研制高储能密度电容器,文中对影响电容器性能的关键技术进行了研究。建立自愈平台进行自愈试验,发现提高电容器层间压强可以减小自愈能量,从而提高电容器寿命。通过对分割膜边缘自愈和膜中自愈进行研究,根据电容器的工作场强确定了高储电容器中分割模块数,选择合适的浸渍剂种能密度类及浸渍工艺,提高电容器在高场强下的运行可靠性。根据以上关键技术,研制出了储能密度2.7 MJ/m3的高储能密度脉冲电容器,在工作电压6.6 kV、放电电流11.85 k A下,其寿命为850次。     

混合储能脉冲电源中电容重复利用方案设计及仿真

在基于超导电感-电容混合储能脉冲电源中,两个储能电感比值较大时转换电容的容量要求也较大,降低了超导储能的体积优势。针对这一问题,本文分析了转换电容对单模块电路工作特性的影响,提出了多模块超导电感-电容混合储能脉冲电源电路共用一个转换电容支路的设计思路,并以三模块为例对同时放电和延时放电模式进行了仿真验证。仿真结果表明:多模块超导电感-电容混合储能脉冲电源电路可以共用一个转换电容支路,两种放电模式对负载电流脉冲都进行了改进,但同时放电模式进一步降低了超导储能的优势,而延时放电模式可大幅提高超导储能的优势。     

一种低损耗的超级电容器电压均衡电路的应用设计

建立了充电过程中串联超级电容器电压均衡模块充电损耗的数学模型,提出了一种低损耗的超级电容器开关电阻式电压均衡电路的设计方法.在1000W的光伏发电用超级电容器储能系统中,为超级电容器安装了采用这种方法设计的电压均衡模块,仿真和系统实验结果表明这种设计方法具有较高的实用价值.     

电解电容器的脉冲放电特性

介绍了电解电容器在高压脉冲放电技术中的一种特殊作用，通过对其脉冲放电特性的试验研究,获得了一组技术参数，并进行了高温下的寿命试验，采用它作为储能元件的井下电脉冲设备用于油井增油实验取得明显效果。     

高压储能电容器在大电流脉冲放电下的失效

随着现代科学技术特别是高能物理、可控热核反应、激光等的迅速发展,高压储能电容器的使用日益广泛,而且要求愈来愈高。研究高压储能电容器在大电流脉冲放电下的失效,对于提高高压储能电容器的可靠性是很必要的。本文通过不同介质的高压储能电容器,在短路放电工作状态下的寿命考核中,对该类电容器的失效模式和失效机理做了初步探讨。     

晶闸管Marx发生器电路及充放电特性

为满足新兴工业对中小储能功率脉冲电源日益增长的需求,设计了一种采用晶闸管作为主开关的Marx发生器,它由脉动直流电源供电,增加晶闸管组合模块就可方便地扩展级数提高输出电压,晶闸管组合模块有对负载的单向、双向和续流3种放电工作模式。该设计改进了充电拓扑电路,并给出了充电电阻及其功率的计算方法,有效地避免了负载上的预脉冲,实现了各储能电容充电电流的一致,有效地抑制了环流和提高了充电效率。变负载放电特性分析表明,感性负载时减小电感的输出能使电流脉冲幅值提高、脉宽变窄,特性曲线为设计和用户的使用提供了依据;容性负载时储能电容的实际等效参数对小容量的电容放电参数有较大影响,有必要减小回路的总电感,以获取陡前沿电压脉冲和窄电流脉冲。感性及容性负载的实验放电波形与仿真结果比较相符。所设计的Marx发生器在工业应用中既可用来产生较强脉冲磁场,又可用来产生放电等离子体。     

低频高压脉冲放电水处理电源设计

采用电容作为储能元器件,气体放电管作为脉冲开关,设计了低频高压脉冲放电水处理电源。结合电流电压双闭环负反馈控制方法,设计了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)逆变直流充电电路,可对储能电容进行恒压限流充电。基于PIC16F72单片机,研制了专门的放电触发时序控制电路,实现了3路高压脉冲放电电路交替放电,脉冲电源放电频率可达200Hz。将该高压脉冲电源应用于日落黄模拟印染废水处理,降解效果显著。     

爆炸磁流体发电机研究进展及其关键问题

磁流体发电是一种直接发电方式。对高功率脉冲电源需求领域而言，爆炸磁流体发电机的比功率很高，在10MW／kg上下，是可行的高功率微秒级脉冲电源。与其它种类脉冲储能装置相比，ED-MHD发电机的功率密度最高。从磁流体发电机通道的基本理论来看，其功率密度和效率的提高还有较大的空间。     

一种晶闸管开关冲击电压发生器的工作特性

笔者设计了一种晶闸管开关的冲击电压发生器,它由脉动直流电源供电,增加晶闸管组合模块就可方便地扩展级数提高输出电压,晶闸管组合模块有对负载的单向、双向和续流三种放电工作模式。对充电拓扑电路设计的改进有效地避免了负载上的预脉冲,所给出的充电电阻计算方法能实现各储能电容充电电流的一致,有效抑制了环流,提高了充电效率,文中还给出充电电阻功率选取的计算方法。所进行的变负载放电特性分析表明:感性负载时,减小电感使输出电流脉冲幅值提高、脉宽变窄,特性曲线为设计和用户的使用提供了依据;容性负载时,储能电容的实际等效参数对小容量的电容放电参数有较大影响,为了获取陡前沿电压脉冲和窄电流脉冲,减小回路的总电感是必要的。感性及容性负载的实验放电波形与仿真结果吻合较好。所设计的冲击电压发生器既可用于产生较强脉冲磁场也可用于产生放电等离子体的工业应用中。     

超级电容器-电池复合脉冲电源系统的试验研究

超级电容器是能量密度和功率密度介于电池和静电电容器之间的新型储能元件，在作为能量储存元件应用于脉冲电源方面有独特的优势。该文采用超级电容器和电池组成复合能源系统，研究了其用作脉冲功率源的特性。研究表明，这种复合电源系统的工作过程是：当回路导通时，电池和超电容同时提供负载电流，回路断开时，电池对超电容充电；采用超级电容器可补偿电池电流，缓解电池输出大电流的压力，并使得电池端电压下降减少，内部损耗减少，进而增加电容器的寿命；超级电容器对电池的补偿作用与脉冲占空比、脉冲周期、超级电容器的内阻、电池内阻、电容器容量和数量有密切关系。占空比增大时，电池电压降落增大，超级电容器提供的电流减少，电池的负担增大，但并联超级电容器对降低电池电压降落的改善更加明显；并联的超级电容器数目增大，提供的电流也增大。     

串联超级电容器组的均压控制分析与研究

超级电容器作为一种高功率型储能装置,在生活中得到越来越广泛的应用,但是由于电容器单体电压较低,实际储能系统使用中必须通过串并联的方法构成超级电容器组.针对在应用过程中超级电容器串联存在的电压不均衡问题,文章提出了一种改进后的电容器均压控制电路.该电路由电容器、开关管以及变压器构成,通过反馈控制,简化参数计算,提高电压的一致性.最后在MATLAB/Simulink平台仿真验证了该控制电路下电压均衡速度快、误差小、且易于扩展,在电容器储能系统的使用中具有较高的应用价值.     

小型脉冲电场屏蔽效能测试设备

为准确测量电磁脉冲电场对电气、微电子设备的危害,设计了一种由发射设备和接收设备两部分组成的小型电场屏蔽效能测试设备。其作用是用电气设备在有限范围内近似模拟电磁脉冲。在叙述了测试设备的原理和结构并估算出发射设备的一些参数后讨论了主要部件的设计,并选取了各个部件的材料。为减少脉冲上升时间采用了一种结构紧凑由高压气体开关和无感电容组成的脉冲形成装置。模拟器接受设备包括数据采集和系统标定。经多次调试,测得该设备产生的电场波形为双指数波形,上升时间<5ns,衰落时间>1μs,完全满足工程应用要求。     

一种用于油水井解堵的脉冲大电流源

研制了一种用于油水井解堵的脉冲大电流电源。它采用中频恒流源给升压变压器供电,经桥式整流给高压脉冲电容器充电,通过封闭式气体开关产生脉冲高压施于液体放电间隙,使之击穿形成脉冲大电流。具有脉冲电压幅值和放电重复率易调、寿命长、能量利用率高、脉冲电流上升沿陡和产生的冲击波强的优点。样机在油田现场试验了４口井,取得良好的解堵增产效果。     

一种单相双输入九电平逆变器及其调制策略

由于传统多电平逆变器存在电路结构复杂、功率器件多、控制复杂等缺点,提出一种单相双输入九电平逆变器,通过2个直流输入电源与电容的串并联实现九电平输出,拓扑结构简单,能够以较少的功率器件和电容数量产生更多的输出电平,谐波含量低,并且其多输入结构适用于分布式发电和微电网等领域。首先给出逆变器的电路结构和工作原理,然后设计逆变器调制策略,并分析电容充放电过程及其对电压波动的影响,实验结果验证了所提九电平逆变器及其调制策略的有效性和可行性。     

Protective system for a high-power capacitor bank

A new protection system for capacitor banks in the case of a short-circuiting accident is described. A pulsed power system composed of many capacitor units and closing switches is well known for producing a controlled pulse current of high power as for the power source of a plasma experimental device, etc. According to the increase of capacity of a bank system, it becomes important to protect the whole bank system from a short-circuiting accident in a capacitor unit. Although some protective ideas have been proposed, these conventional ideas have not been sufficient to absorb the energy flowing into the failure unit from other normal units. Constructing the new 1-MJ capacitor bank for a plasma experimental device, a newly conceived protective device is designed. The new protection system can absorb the bank energy and suppress the short-circuiting current flowing into the failure capacitor units, and overcomes the defect in former protection systems. To confirm the utility of a new protection system, a test of a protection resistor imitating the actual bank circuit was made. The test result showed that absorbable energy for the unit ceramic resistor amounted to 1500 Joule/cc. The new system is adopted to the bank system of the TPE-1RM15 plasma experimental device.     

一种LCC逆变充电混合储能脉冲功率电源

为了获取万伏以上的高压窄脉冲输出,设计了一种采用高压脉冲变压器混合储能脉冲功率电源,同时为了提高电源的重复频率,设计了LCC逆变充电器。省去中间的高频变压器,电源采用逆变输出直接整流对初级储能电容充电的拓扑结构,文中首先通过充电电容等效为电压源的方法分析逆变器的工作原理,并给出参数选取原则和计算方法。接着分析了电容充电及向脉冲变压器电感放电的过程,说明了在放电电流最大时断路可在负载侧获取高压窄脉冲。电源实验表明,按所选取的参数,电源可实现前沿1.0μs幅值30 kV脉宽1.5μs(90%幅值)的高压脉冲输出,重复工作频率可达2.5 kHz以上,也可实现前沿8 ns幅值4 800 A的脉冲电流输出,充电器实现了对初级电容的快速充电。该电源结构较简单、成本较低,容易做成紧凑一体化的结构,可作为废气处理电源或其他需要数万伏高压窄脉冲工作的场合。