脉冲功率储能技术-电感

1、储能技术,电感储能,电感储能是以磁场方式进行储能的。,电感储能技术在现代科学技术领域中，如等离子,体物理、受控核聚变、电磁推进、重复脉冲的大功率,激光器、高功率雷达、强流带电粒子束的产生及强脉,冲电磁辐射等领域，都有极为重要的应用。,概述,10,-6,10,-3,1,10,3,10,6,储能密度与能量释放时间比较,电容器与电感储能密度比较,从储能密度方面看，电容储能密度,1/2,E,2,，显然,要受介质的电场强度所限制，而且介质承受电压的时,间越长越容易击穿。因此，电容器储能器充、放电时,间过长也限制了储能密度的提高。,电感储能密度,B,2,/2,，仅与磁感应强度有关，且最,高电场仅出现在向负

2、载转换的最后一段期间，比电容,储能情况短得多，因此电场强度对电感储能的限制不,大，其储能密度几乎只受与,B,有关的磁压力限制。取,合理性数值计算发现，电感储能密度比电容大两到三,个量级。,电感储能密度在,10-40MJ/m,3,或,30-50kJ/kg.,电感与电容器储能密度比较,相同尺寸：,w=0.25m, d=0.4m, l=1.5m,电容器以水介质，电场强度,E=1MV/cm,，,电感以空气介质，磁场强度：,B,10T,电容器储能密度：,U,c,0.22MJ/m,3,电感储能密度：,U,L,40MJ/m,3,电感储能成本：,$1.25/J;,电容器储能成本：,$0.12/J,电感储能的缺

3、点,?,向负载转换能量需要大容量的断路开关，并且开关,动作要快，工作可靠和寿命较长。断路开关技术是决,定电感储能技术能否发展的因素之一,?,单级电感储能装置向负载馈电的能量转换效率低，,对电感负载最大不超过,25%,。虽然多极电感储能可提,高效率，但使电路和设备复杂性，导致体积庞大和造,价升高。,电感储能技术,目前主要研究方向,?,超导储能技术,?,快放电技术,微秒放电,串联充电，并联放电,?,发展新型断路开关和换流技术,?,高阻抗负载和高功率重复脉冲放电,超导储能技术,超导将有效地降低对充电电源的功率要求，从而能,将功率放大倍数增大到,10,5,倍。,超导状态能长期无损地储存能量，并且能量释

4、放时,间可从微秒扩大到若干小时，使得电感储能不仅能在,微秒、毫秒放电领域与电容器竞争，也可以在秒级放,电领域与旋转机械储能装置和电池组竞争，也电磁发,射领域也可以较大的应用。,超导储能的应用，主要取决于超导材料在充电和能,量向负载转换期间磁场变化速度的临界性。,快放电技术,就脉冲功率技术而言，快速放电意味着能量的时间,压缩倍数增大和功率的提高。,电感可以串联充电，并联放电。,前苏联建立了储能,60MJ,，放电参数为,6MA,、,50kV,和,150-200us,的电感储能系统。,新型断路开关和换流技术,电感对断路开关的要求甚高。,电爆炸导体开关、等离子体融蚀开关等,电阻型断路开关在单级电感储能

5、电路时其转换效,率低。,发展了相关的换流技术，电容换流技术等。,高阻抗负载和高功率重复脉冲放电,由于电感储能具有很大的储能能力、高的储能密,度、大功率水平和单位能量成本分配随尺寸的增加而,减小，采用电感储能进行高功率连续脉冲放电极为有,利。,研究重点还是断路开关阵列。,电感储能装置包括充电电源,P,，储能电感,L,，转换,装置（断路开关，闭合开关），负载,Z,。,几种换流电路分析,根据磁通守恒定律：,i,?,?,(,L,l,?,L,c,),?,i,c,0,?,L,c,L,c,i,?,?,i,c,0,L,l,?,L,c,传输到负载能量：,L,l,L,c,W,l,?,W,c,0,2,(,L,l,?

6、,L,c,),当,L,c,L,l,时，,能量传输效率：,?,?,25,%,2,c,L,c,中剩余能量,：,开关中消耗能量：,L,W,l,?,W,c,0,2,(,L,l,?,L,c,),L,l,W,l,?,W,c,0,L,l,?,L,c,L,c,L,l,i,c,0,i,?,U,s,?,L,l,?,?,?,t,L,c,?,L,l,?,t,开关上产生的过电压：,采用并联电容器的换流电路,电流过零换流技术,-1,电流过零换流,-,2,一种大功率固体开关换流,工作过程,?,初始状态，,S1,和,S2,都断开。,?,充电过程，,S1a,和,S1b,闭合，充到所需要电,流。,?,换流过程，给,S1b,开关,

7、FET,管栅极一个信号，,控制,FET,管压降达,40V,，此压降迫使电流换,流到,S2,。当开关,S1,中的电流降到零时，,S1a,（,SCR,）恢复阻断能力，然后关断,FET,管的栅级信号。,?,负载换流：关断,S2b,开关的,IGBT,，其并联,的压敏电阻将保持,800V,电压直到电流完全,换流到负载上，,S2a,恢复正向阻断能力。,超导储能（,SMES,）充放电装置,工作过程,?,充电阶段：,Sc,闭合，,Sc1,和,Sc2,被加热处于“断,路”，电源沿回路,Sc,Sp1,L1,Sp2,L2,充电到所需,要的电流。,?,保持阶段：,Sc1,和,Sc2,被冷却到超导状态，断开,Sc,，,

8、电流流过回路,Sp1,L1,Sc1,和,Sp2,L2,Sc2,处于保持,状态。,?,放电阶段：触发与,Sp1,，,Sp2,并联的电容上串连的,晶闸管，电容向,Sp1,和,Sp2,放电，产生脉冲使,Sp1,和,Sp2,失超，迫使,L1,和,L2,中的电流并联向负载放,电。,一种复合开关,工作原理,?,变压器原边处于超导状态，储能变压器变,比,n,大于,1,。,?,原边充电到一定电流时,I0,时，断开复合开关，,变压器副边获得,nI0,的电流比。,?,复合开关中，真空断路器承担断路后的高,压，,GTO,熄弧。,串联谐振抵消脉冲开关,工作过程,?,Sop,闭合，,Sc,断开,?,单极发电机通过,Sop,给,Ls,充电,?,SCR,触发导通，电容,C,放电产生抵消脉冲，,流过断路开关,Sop,，当电流降到,0,时断开,Sop,。,?,Sc,闭合，负载电流流过,Sc,并减小。,?,Sop,再次闭合，电流减小到,0,，断开,Sc,。,复合变压器零电流开关,工作过程,?,初始,S1,闭合，,S2,断开，变压器原方处于超,导状态并充电