[发明专利]一种贮能消磁电源的储能电容和滤波电感、电容选定方法

说明书

技术领域

本发明属于舰艇消磁领域，特别涉及一种贮能消磁电源的储能电容和滤波电感、电容选定方法。

背景技术

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、电容的选定方法甚为必要。

发明内容

技术问题：本发明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、电容选定方法。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：本发明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。

本发明的贮能消磁电源的储能电容和滤波电感、电容选定方法，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E_i，具体方式为：

根据公式I_i＝I₁×(1-k_ΔI)^i-1计算指数衰减方式下第i个脉冲的理论放电电流I_i，或根据公式I_i＝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I_i；

根据公式U_i＝I_i×R_L计算第i个脉冲的理论放电电压U_i，根据公式P_i＝U_i×I_i计算第i个脉冲的理论放电功率P_i，根据公式Q_i＝P_i×T_on计算第i个脉冲的理论能量Q_i，按照公式计算从第1个脉冲到第i个脉冲的累积能量E_i；

其中，i为脉冲序号，取值范围1～N_pulse，N_pulse为脉冲总数，I₁为首脉冲理论放电电流，k_ΔI为脉冲电流指数衰减系数，ΔI为电流等差衰减公差，R_L为负载电阻，T_on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：