CN114978110A - 一种分布式储能的强脉冲功率电源 - Google Patents

一种分布式储能的强脉冲功率电源 Download PDF

Info

Publication number
CN114978110A
CN114978110A CN202210573157.8A CN202210573157A CN114978110A CN 114978110 A CN114978110 A CN 114978110A CN 202210573157 A CN202210573157 A CN 202210573157A CN 114978110 A CN114978110 A CN 114978110A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power supply
pulse
pulse power
current
distributed energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210573157.8A
Other languages
English (en)
Inventor
刘毅
张钦
林福昌
李化
戴玲
李柳霞
王燕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202210573157.8A priority Critical patent/CN114978110A/zh
Publication of CN114978110A publication Critical patent/CN114978110A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/01—Details
    • H03K3/011—Modifications of generator to compensate for variations in physical values, e.g. voltage, temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
    • H03K3/57—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a semiconductor device

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

本发明公开了一种分布式储能的强脉冲功率电源，属于脉冲功率技术领域。由多个相同的脉冲功率电源模块、同轴电缆和汇流装置组成；所述多个脉冲功率电源模块中的每一个通过对应的同轴电缆输出至汇流装置；所述汇流装置，用于将所有电流汇聚，从而对负载供电。本发明将强脉冲功率电源模块化，便于拓展和运输，提高了对工作环境的适应性。检修以模块为单位进行，故障时更换备用模块，故障容错能力提高，电源工作效率提高；采用分布式储能，强脉冲功率电源的安全性提高，能够限制发生故障的规模，保证强脉冲功率电源及操作人员的安全。

Description

一种分布式储能的强脉冲功率电源
技术领域
本发明属于脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种分布式储能的强脉冲功率电源。
背景技术
强脉冲功率电源广泛应用在国防科研、高新技术研究和民用工业等诸多领域中，在核物理、加速器、激光、电磁发射等技术中发挥重要作用，在化工、环境工程、医疗等领域也有着巨大的潜力。
现有的强脉冲功率电源使用单个初级能源组供电，巨大的能量经脉冲电容器组压缩后，输出大功率脉冲电流。经过长期工作后，由于运行过程中的损耗以及结构、软件方面设计上的缺陷，不可避免地，存在产生故障的风险，如果电源出现短路、器件损坏等故障，可能造成规模较大的爆炸等严重后果，危及电源和操作人员的安全。而出现故障时通常需要停机对各器件进行排查检修，一个故障点就会导致整个电源停止工作，故障容错能力低。初级能源作为一个整体，后连接变流器、换流回路，整个脉冲功率电源由几个部分串联而成，不利于拓展，对工作条件的适应能力有所欠缺。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种分布式储能的强脉冲功率电源，其目的在于提高脉冲功率电源的安全性、故障容错能力以及对工作环境的适应能力。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种分布式储能的强脉冲功率电源，由多个相同的脉冲功率电源模块、同轴电缆和汇流装置组成；
所述多个脉冲功率电源模块中的每一个通过对应的同轴电缆输出至汇流装置；
所述汇流装置，用于将所有电流汇聚，从而对负载供电。
优选地，每个脉冲功率电源模块对应的同轴电缆外径为40mm，内外层绝缘耐压为20kV，能够通过100kA/3ms的脉冲电流；汇流装置的耐压≥20kV，总通流能够通过2MA/3ms脉冲电流。
有益效果：综合考虑电磁力、击穿问题，本发明优选上述电学参数的组件，提高了电缆与汇流装置的可靠性。
优选地，所述脉冲功率电源模块包括：初级能源、变流器、放电回路、综合监测系统以及热管理系统；初级能源、变流器与放电回路顺序串联；综合监测系统、热管理系统与放电回路并联；所述初级能源，用于储存/提供能量；所述变流器，用于将初级能源输出的电流转换为期望波形；所述放电回路，用于产生百kA级别脉冲电流；所述综合监测系统，用于监测放电回路中脉冲电感、半导体器件的放电电流和温升，发送给外部控制器，若温升过高，输出降温指令给热管理系统；所述热管理系统，用于对放电回路中脉冲电感、半导体器件进行降温。
优选地，所述放电回路由脉冲电容器、晶闸管、二极管、晶闸管触发保护和二极管保护装置、脉冲电感、大电流输出接口组成；所述脉冲电容器、晶闸管、脉冲电感和大电流输出接口顺序串联；所述二极管与脉冲电容器并联；所述晶闸管触发保护和二极管保护装置分别与晶闸管、二极管并联。
优选地，所述热管理系统基于流体散热原理，利用流体流动带走热量，控制电源各器件在工作过程中的温升，保证电源稳定性。
优选地，若所述综合监测系统监测到的数据异常，则判定该模块发生故障。
优选地，所述分布式储能的强脉冲功率电源还包括备用模块，用于在发生故障时进行替换。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明将强脉冲功率电源模块化，便于拓展和运输，提高了对工作环境的适应性。检修以模块为单位进行，故障时更换备用模块，故障容错能力提高，电源工作效率提高；采用分布式储能，强脉冲功率电源的安全性提高，能够限制发生故障的规模，保证强脉冲功率电源及操作人员的安全。
(2)本发明对各模块使用综合监测系统实时监测脉冲功率电源模块器件的温度，使用热管理系统散热，控制脉冲功率模块器件温升，延长器件寿命，增强脉冲功率电源的稳定性。
附图说明
图1为本发明提供的一种分布式储能的强脉冲功率电源结构图；
图2为现有强脉冲功率电源结构图；
图3为本发明提供的脉冲功率电源模块结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提供了一种分布式储能的强脉冲功率电源，包括：n(n≥2)个脉冲电源模块、同轴电缆和汇流装置。每个脉冲功率模块分别输出大功率脉冲电流，经过同轴电流传输，汇流装置汇聚后输出到负载。
如图2所示，现有强脉冲功率电源将初级能源、变流器、放电回路分别作为一个整体，由各个部分串联而成。其中，初级能源可为由数个初级能源组成的初级能源组，放电回路也可由多个放电回路模块组合而成。
与之相比，如图3所示，本发明由多个脉冲功率电源模块并联而成，每个模块均为一个完整的脉冲功率电源系统，包括：初级能源、变流器、放电回路、综合监测系统以及热管理系统。其中，初级能源，用于脉冲功率电源模块的电能输入，可使用电池、超级电容等。变流器，与初级能源和放电回路连接，用于控制恒流输出，对放电回路中脉冲电容器进行恒流充电。放电回路，与变流器和同轴电缆连接，用于产生脉冲电流，控制脉冲波形。综合监测系统，用于实时监测模块的放电电流、器件温度，评估运行状况。热管理系统，用于吸收热能，控制模块的温度。
具体过程如下：强脉冲功率电源分布式储能，各脉冲功率电源模块的初级能源经变流器后对放电回路中的脉冲电容器组恒流充电。各模块的放电回路分别产生脉冲电流，经过同轴电缆传输，汇流装置汇流后，共同对负载供电。综合监测系统实时监测模块的放电电流、元件温度，评估运行状态。
当需要提高强脉冲电源容量时，则增加并联的脉冲功率电源模块的数量，实现容量拓展。
当强脉冲功率电源出现故障时，通过综合监测系统，对故障进行有效定位，再对故障模块进行修整。如果故障较为严重，有所需要时，可使故障模块与强脉冲功率电源整体脱离，维修故障模块，同时在故障模块位置替换备用模块，使电源继续工作。
当电源工作需求发生变化，如需要提高或者降低强脉冲功率电源容量时，可通过增加或者减少模块的方式实现。
当强脉冲功率电源出现故障时，通过综合监测系统，对故障进行有效定位，再对故障模块进行修整。
当故障较为严重，有所需要时，可使故障模块与强脉冲功率电源整体脱离，维修故障模块，同时在故障模块位置替换备用模块，使电源继续工作。
实施例
本实施例中分布式储能的强脉冲功率电源的总储能为2MJ，分布式储存在20个相同的模块中，单个模块储能100kJ，单模块电容量2mF，使用锂电池作为初级能源。
每个脉冲功率电源模块对应的同轴电缆外径为40mm，内外层绝缘耐压为20kV，能够通过100kA/3ms的脉冲电流。
汇流装置的耐压≥20kV，总通流能够通过2MA/3ms脉冲电流。
变流器主要包含缓冲软起电路、三相不控整流及滤波电路、谐振逆变电路、高频升压整流电路以及控制系统。
放电回路通过大容量并联电容器储存能量，触发晶闸管，将高功率、大电流脉冲能量释放到负载上，主要用于功率压缩，产生高压大功率脉冲电流。
强脉冲功率电源通过设置模块充电电压、放电时序等参数，调节合成电流的幅值、波形和脉冲宽度，以实现符合负载要求的脉冲驱动电流。
综合监测系统包括：电流检测单元、温度监测单元、信号处理单元、上位机，可以实时监测脉冲功率电源模块的放电电流，测量脉冲功率电源模块中电容器、晶闸管和调波电感的温度，评估脉冲功率电源模块的运行状态。若检测到脉冲功率电源模块实际放电电流与预测值的脉宽或峰值偏差大于预设阈值，则认为模块运行异常，根据对模块中各器件温度的检测，定位异常发生位置。信号处理单元将信号滤波放大后，经过A/D转换器转换成数字信号，进行录波，将数据保存在Flash存储器中。
热管理系统通过流体流动吸收脉冲功率电源模块工作时产生的热量，限制模块器件，主要是调波电感、晶闸管、二极管的温升，控制模块温度，保证脉冲电源模块的稳定性。热管理系统的储液箱中放置足够多的冷却液，冷却液流经发热点，吸收脉冲功率电源模块工作中的发热。储液箱中的冷却液能够确保吸收脉冲功率电源模块在一次爆发式输出工况内产生的全部热量，控制装置内冷却液的温升。经过一定周期的工作后，打开冷液机降低冷却液的温度，保证脉冲功率电源可持续工作。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种分布式储能的强脉冲功率电源，其特征在于，由多个相同的脉冲功率电源模块、同轴电缆和汇流装置组成；
所述多个脉冲功率电源模块中的每一个通过对应的同轴电缆输出至汇流装置；
所述汇流装置，用于将所有电流汇聚，从而对负载供电。
2.如权利要求1所述的分布式储能的强脉冲功率电源，其特征在于，
每个脉冲功率电源模块对应的同轴电缆外径为40mm，内外层绝缘耐压为20kV，能够通过100kA/3ms的脉冲电流；
汇流装置的耐压≥20kV，总通流能够通过2MA/3ms脉冲电流。
3.如权利要求1或2所述的分布式储能的强脉冲功率电源，其特征在于，
所述脉冲功率电源模块包括：初级能源、变流器、放电回路、综合监测系统以及热管理系统；
初级能源、变流器与放电回路顺序串联；
综合监测系统、热管理系统与放电回路并联；
所述初级能源，用于储存/提供能量；
所述变流器，用于将初级能源输出的电流转换为期望波形；
所述放电回路，用于产生百kA级别脉冲电流；
所述综合监测系统，用于监测放电回路中脉冲电感、半导体器件的放电电流和温升，发送给外部控制器，若温升过高，输出降温指令给热管理系统；
所述热管理系统，用于对放电回路中脉冲电感、半导体器件进行降温。
4.如权利要求3所述的分布式储能的强脉冲功率电源，其特征在于，
所述放电回路由脉冲电容器、晶闸管、二极管、晶闸管触发保护和二极管保护装置、脉冲电感、大电流输出接口组成；
所述脉冲电容器、晶闸管、脉冲电感和大电流输出接口顺序串联；
所述二极管与脉冲电容器并联；
所述晶闸管触发保护和二极管保护装置分别与晶闸管、二极管并联。
5.如权利要求3所述的分布式储能的强脉冲功率电源，其特征在于，
所述热管理系统基于流体散热原理，利用流体流动带走热量，控制电源各器件在工作过程中的温升，保证电源稳定性。
6.如权利要求3所述的分布式储能的强脉冲功率电源，其特征在于，
若所述综合监测系统监测到的数据异常，则判定该模块发生故障。
7.如权利要求1所述的分布式储能的强脉冲功率电源，其特征在于，所述分布式储能的强脉冲功率电源还包括备用模块，用于在发生故障时进行替换。
CN202210573157.8A 2022-05-23 2022-05-23 一种分布式储能的强脉冲功率电源 Pending CN114978110A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210573157.8A CN114978110A (zh) 2022-05-23 2022-05-23 一种分布式储能的强脉冲功率电源

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210573157.8A CN114978110A (zh) 2022-05-23 2022-05-23 一种分布式储能的强脉冲功率电源

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114978110A true CN114978110A (zh) 2022-08-30

Family

ID=82955360

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210573157.8A Pending CN114978110A (zh) 2022-05-23 2022-05-23 一种分布式储能的强脉冲功率电源

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114978110A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115378293A (zh) * 2022-09-02 2022-11-22 中国科学院电工研究所 一种输出可快速切换的脉冲电源系统
CN115935679A (zh) * 2022-12-23 2023-04-07 华中科技大学 一种脉冲电源热管理系统设计方法及其装置
CN117811541A (zh) * 2023-12-28 2024-04-02 华中科技大学 一种强脉冲功率电源拓扑结构及基于其的冲击波产生方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115378293A (zh) * 2022-09-02 2022-11-22 中国科学院电工研究所 一种输出可快速切换的脉冲电源系统
CN115935679A (zh) * 2022-12-23 2023-04-07 华中科技大学 一种脉冲电源热管理系统设计方法及其装置
CN117811541A (zh) * 2023-12-28 2024-04-02 华中科技大学 一种强脉冲功率电源拓扑结构及基于其的冲击波产生方法
CN117811541B (zh) * 2023-12-28 2024-06-11 华中科技大学 一种强脉冲功率电源拓扑结构及基于其的冲击波产生方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114978110A (zh) 一种分布式储能的强脉冲功率电源
Zeng et al. Integrated gate commutated thyristor-based modular multilevel converters: A promising solution for high-voltage dc applications
CN102835018B (zh) 电压源转换器和用于其故障处理的方法
WO2017000925A1 (zh) 故障电流抑制阻尼器拓扑电路及其控制方法及换流器
EP2987229B1 (en) Mechanical bypass switch device, converter arm and power converter
CN105807216A (zh) 一种高压直流断路器全桥模块的试验装置及其试验方法
Jin et al. Cryogenic power conversion for SMES application in a liquid hydrogen powered fuel cell electric vehicle
CN211183525U (zh) 交直流一体化不间断电源
CN102662145A (zh) 一种mmc阀稳态运行试验装置的检测方法
CN102751776A (zh) 一种大容量可逆充放电装置
CN102495374B (zh) 用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源及其控制方法
CN209016720U (zh) 一种新型的功率单元
CN111431389A (zh) 一种mmc功率模块快速放电电路
CN110971133A (zh) 可靠旁路装置和带可靠旁路装置的换流阀功率模块装置
CN101589532A (zh) 用于向关键负荷供电的装置和方法
CN103944227A (zh) 一种用于变电站蓄电池的在线有源逆变放电系统
CN203896009U (zh) 一种用于变电站蓄电池的在线放电控制模块电路
Niu et al. Research on inverter side AC fault ride-through strategy for hybrid cascaded multi-terminal HVDC system
Han et al. Design of a Parallel All-DC Wind Power System With Turbine-Side Boost Based on a New DC Conversion
EP3996240B1 (en) Power system
US20220407316A1 (en) Flexible excitation system and control method therefor
CN217115941U (zh) 一种用于电磁发射的脉冲电源系统
CN115800238A (zh) 一种直流母线的暂态电压波动抑制装置及方法
CN107834696A (zh) 一种反应堆冷却剂泵供电装置及其应用方法
CN111026082B (zh) 一种换流链及其阀基控制器试验电路及试验方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination