[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

摘要

本发明公开了一种贮能消磁电源的储能电容和滤波电感、电容选定方法，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。

主权项

一种贮能消磁电源的储能电容和滤波电感、电容选定方法，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Nparallel满足上述两个要求，则由Nparallel组储能电容模组电气并联成电容容量为csingle‑module＝Nparallel×csingle/Nseries、额定电压为Uc‑N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i个脉冲的理论放电电流Ii大于I1/2时，Nconverter个正常工作组全部参与放电；当第i个脉冲的理论放电电流Ii大于I1/4而小于I1/2时，由包含Nconverter/2个储能电容工作组的大组进行放电；当第i个脉冲的理论放电电流Ii大于I1/8而小于I1/4时，由包含Nconverter/4个储能电容工作组的小组进行放电；当第i个脉冲的理论放电电流Ii小于I1/8时，由单个储能电容工作组进行放电，此时，如果给第i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i个到最后一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i＜Npulse；(7)进行脉冲放电过程计算，具体方式为：根据公式计算第i个脉冲放电之后单个储能电容工作组储存的能量Qi‑after，根据公式计算第i个脉冲放电之后单个储能电容工作组的电压Ui‑after，根据公式Qi‑before＝Qi‑1‑after+Wg‑off‑one计算第i个脉冲放电之前单个储能电容工作组储存的能量Qi‑before，Qi‑1‑after为第i‑1个脉冲放电之后单个储能电容工作组储存的能量，如果Qi‑before大于单个储能电容工作组的最大存储能量Qc‑one‑max，则根据Qi‑before＝Qc‑one‑max修正Qi‑before；根据公式计算第i个脉冲放电之前单个储能电容工作组的电压Ui‑before，对于首脉冲放电之前的电压U1‑before按公式U1‑before＝Uc‑N计算，首个脉冲放电之前的单个储能电容工作组储存的能量按公式Q1‑before＝Qc‑one‑max取值，根据公式Ii‑sinale＝Ii/Mi计算第i个脉冲放电时单路后级变换器流过的电流；其中，Qi‑before为第i个脉冲放电之前单个储能电容工作组储存的能量，Mi为第i个脉冲放电时参与供能的储能电容工作组组数，Mi取值为Nconverter、Nconverter/2、Nconverter/4或1，Wg‑off‑one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Qi‑c‑M×ηc‑load≥KQ×Qi‑sum‑back‑last时或小电流特殊组放电时Wg‑off‑one取0，其它情况下由公式Wg‑off‑one＝Pgrid×Toff÷Nconverter×Mi×ηg‑c算得，Qi‑c‑M为第i个脉冲时Mi个储能电容工作组能够释放的最大能量，由公式算得，Qi‑sum‑back‑last为从第i个脉冲到最后一个脉冲所有脉冲能量之和，i≥Npulse，KQ为储能电容独立放电安全系数，Wg‑on‑offer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Qi‑c‑M×ηc‑load≥KQ×Qi‑sum‑back‑last时Wg‑on‑offer取0，其他情况下取Wg‑on‑offer＝Pgrid×Ton÷Nconverter×Mi×ηg‑load，Qc‑one‑max由公式算得，为最后一个脉冲允许的储能电容模组放电最小电压，ηg‑c为电网通过充电机对电容模组的充电效率；(8)根据所述步骤(7)的脉冲放电过程计算结果求取滤波电感与滤波电容值。