CN1419329A - 舰船电力系统用超导磁储能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舰船电力系统用超导磁储能装置，包括多组线圈和开关，所述线圈为由超导导线绕制成的储能磁体线圈，每组线圈有独立的引线，用多组开关控制引线连接，使各储能线圈可连接成串联和并联两种工作状态；该储能装置设有至少二对接线端口。超导磁储能装置在舰船电力系统中可用于提高供电品质，作为紧急备用电源和充当脉冲电源的储能设备。本发明设计的超导磁储能装置，在舰船上能实现一机三职：提高舰船电力系统稳定性，保障紧急备用电源和提供脉冲电源，并能取得巨大的技术经济效益。它既可以大大地节约舰船上有限的空间，也可以减轻了重量，这对提高舰船的机动性是大有好处的。

Description

舰船电力系统用超导磁储能装置

技术领域

本发明装置属于储能技术领域，具体涉及一种舰船电力系统用超导磁储能装置。该装置用于舰船电力系统中，可提高舰船电力系统的动态特性，用作紧急备用电源和充当新概念武器所用脉冲电源。

背景技术

现代舰船的电气化程度的提高、电力系统容量的增大、大量电压敏感型负荷的增多，使舰船电力系统面临着大量问题：频繁的大功率负荷变动和高质量电能需求的矛盾、可靠的电能需求、即将引入的以激光、粒子束以及电磁炮为代表的新概念武器所用大功率脉冲电源对能量储存、大功率释放、能量高效高速控制的技术提出的全新的要求，而目前舰船电力系统已有的储能装置只有蓄电池组，蓄电池组只适应于小容量的短时间电能储存，储能循环只有1000-2000次，蓄电池需要体积大，占用舰船大量空间，一般舰船备用几吨的蓄电池组，极大地降低了舰船的机动性，而且蓄电池组只能用作备用电源，无法解决舰船电力系统不能稳定运行的问题，更不能充当新概念武器所用脉冲电源的储能装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能克服上述缺陷的舰船电力系统用超导磁储能装置，该超导磁储能装置能同时实现提高电力系统动态特性、用于紧急备用电源和作为脉冲电源的储能装置三种功能，对电能进行集中管理和控制，给出了一种先进的能源管理和控制模式，可极大地提高超导磁储能装置利用率，并能节约舰船上有限的空间，减轻了装置重量，提高舰船的机动性。

为完成上述任务，一种舰船电力系统用超导磁储能装置，包括多组线圈和开关，其特征在于：所述线圈为由超导导线绕制成的储能磁体线圈，每组线圈有独立的引线，用多组开关控制引线连接，使各储能线圈可连接成串联和并联两种工作状态；该储能装置设有至少三对接线端口。

超导磁储能装置在舰船电力系统中可用于提高供电品质，作为紧急备用电源和充当脉冲电源的储能设备。但是，这三种用途对超导磁储能装置的技术要求各不相同。为提高电力系统稳定性，改善电力品质的超导磁储能装置需要能快速吸收和向系统提供有功/无功功率，其响应时间需要达到毫秒级。为提供紧急备用电源的超导磁储能装置需要具有足够的储能容量，能长时间地提供充分的电力，对响应时间没有严格的要求。用于脉冲功率电源的超导磁储能装置则重点在于具有大功率释放能量的能力，响应时间应小于毫秒级，由于舰船装置对体积，重量的要求较高，所以，针对不同用途设计不同特性的超导磁储能装置装备舰船是不经济的。为此我们提出设计一台超导磁储能装置，在舰船上实现一机三职：提高舰船电力系统稳定性，保障紧急备用电源和提供脉冲电源，能取得较好的技术经济效益。如果超导磁储能装置可以实现一机三职，就可以大大地节约舰船上有限的空间，也减轻了重量，这对提高舰船的机动性是大有好处的。

附图说明

图1为本发明的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明的另一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将由超导导线绕制成的储能磁体线圈分成几组，每组线圈有独立的引线，用多组开关控制引线连接，使这几组储能线圈可连接成串联和并联两种工作状态，使这几组储能线圈在串联连接时，用于平衡负荷波动和紧急备用电源，在并联连接时，用于脉冲电源的储能部分，可满足脉冲电源所需的大功率释放、能量高效高速控制的技术要求。

舰船用超导磁储能装置的实现方式如下：端口I1I2通过变流器接到电力系统，充电状态：开关1，2，3，4，5，6断开，同时，开关7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18闭合，端口I1I2与c1，c2，c3，c4，c5，c6形成回路，电流流过c1，c2，c3，c4，c5，c6，对超导储能线圈充电；放电状态：开关1，2，3，4，5，6闭合，开关7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18断开，端口I1I2经过开关1，2，3，4，5，6形成回路，与超导储能线圈断开，超导储能线圈处于放电状态。其中开关1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18可以选用超导开关或可关断晶闸管，图1和图2中的解耦装置D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8，D9，D10，D11，D12为一个可控晶体管，在充电时，解耦装置使充电回路与放电回路断开，避免超导磁储能装置线圈被短路；放电时，解耦装置D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8，D9，D10，D11，D12处于闭合状态，使储能线圈与放电回路导通。放电时，为了保证超导磁储能装置能同时满足提高舰船电力系统的动态特性功能、作为重要设备的紧急备用电源和充当新概念武器的脉冲电源这三种要求，要对超导磁储能装置的放电回路进行控制，考虑到三种功能的不同需求，给出了超导磁储能装置功能的两种实现方式如图1和图2所示，图1中当开关19，20，21，22，23，24，25闭合同时开关26，27，28，29，30，31，32，33，34，35，36，37断开时，储能线圈c1，c2，c3，c4，c5，c6形成串联连接通过CD端口，用于平衡负荷波动和充当紧急备用电源，而当开关26，27，28，29，30，31，32，33，34，35，36，37闭合同时开关19，20，21，22，23，24，25断开时，储能线圈c1，c2，c3，c4，c5，c6的上端与A端连接，储能线圈c1，c2，c3，c4，c5，c6的下端与B端连接，储能线圈c1，c2，c3，c4，c5，c6成并联连接，通过端口AB连接到脉冲装置，用作脉冲装置的储能部分；图2中超导磁储能装置磁体的充电过程和图1相同，放电时，储能的一部分始终用于平衡负荷波动和作为紧急备用电源，剩余部分根据系统要求在平衡负荷波动和作为紧急备用电源与作脉冲电源之间进行转换。具体连接如下：c1始终与端口EF连接，用于平衡负荷和充当紧急备用电源，当开关19，20，21，22，23，25闭合，同时开关28，29，30，31，32，33，34，35，36，37断开时，储能线圈c2，c3，c4，c5，c6形成串联连接通过CD端口，用于平衡负荷波动和充当紧急备用电源；当开关19，20，21，22，23，25断开，同时开关28，29，30，31，32，33，34，35，36，37闭合时，储能线圈c2，c3，c4，c5，c6的上端与A连接，储能线圈c2，c3，c4，c5，c6的下端与B连接，储能线圈c2，c3，c4，c5，c6成并联连接，通过端口AB连接到脉冲装置，用作脉冲装置的储能部分；可以根据舰船电力系统的不同情况，考虑选用两种实现方式中的任一种方案，其中开关19，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29，30，31，32，33，34，35，36，37可选用可关断晶闸管。

装置的动态运行过程如下：需要脉冲放电时，给一个控制信号使开关26，27，28，29，30，31，32，33，34，35，36，37闭合，同时给一个控制信号使开关19，20，21，22，23，24，25断开，储能线圈并联连接，通过端口AB连接到脉冲装置；放电完毕，给一个控制信号使开关26，27，28，29，30，31，32，33，34，35，36，37断开，同时给一个控制信号使开关19，20，21，22，23，24，25闭合，储能线圈串联连接，通过端口CD用于平衡负荷波动和充当紧急备用电源。

上述二个实施例均可以实现满足平衡负荷波动、作为紧急备用电源和充当脉冲电源的储能设备这三种功能需求。但本发明创造并不局限于上述二个实施例，本领域技术可根据上述设计思想设计出其它具体实施方式。

Claims (2)

1、一种舰船电力系统用超导磁储能装置，包括多组线圈和开关，其特征在于：所述线圈为由超导导线绕制成的储能磁体线圈，每组线圈有独立的引线，线圈两端均串接有解耦装置，用多组开关控制引线连接，使各储能线圈可连接成串联和并联两种工作状态；该储能装置设有至少三对接线端口。

2、根据权利要求1所述的舰船电力系统用超导磁储能装置，其特征在于：所述超导磁储能装置设有四对接线端口，其中一对接线端口始终用于平衡负荷波动和作为紧急备用电源。