高温高压疲劳储能容器的设计与制造

文中介绍了设计压力为20MPa、设计温度为400℃、工作压力波动范围为0～18MPa、工作温度波动范围为常温～375℃的高温高压疲劳储能容器的结构设计及有限元应力计算与评定。规定了储能容器所需采购的钢板、锻件及焊接材料的质量控制计划。制定了储能容器制造所需的原材料复验、焊接方法、无损检测、产品试件及焊后热处理的技术要求，按此技术要求制造的储能容器满足工艺需求并顺利通过了检查和验收。

高压脉冲造成储能电容器老化的直流局部放电测试技术

高压储能电容器是脉冲功率系统的关键器件之一,应具有高的可靠性,但个别电容器在工作期间会发生过早击穿,给系统带来极大的隐患。如能准确评估其绝缘状态,对整个系统的工作稳定性有很大的提高。本文提出直流局部放电是检测试样绝缘老化的适宜方法,并研究了老化后的电容器绝缘在直流局部放电试验中的测试电压、测试方向和测试时间;按照上述标准划分了过渡区、平稳区,按照一定测量方向和顺序,得到了有效的直流局部放电数据;最后对击穿后的试样解剖并分析,认为直流局部放电参量变化可有效反映其绝缘状态。

膜纸复合储能电容器的直流局部放电信号分析方法

检测系统提取直流局部放电(DCPD)信号后,须进一步处理,从而准确判断缺陷状况。描述直流局部放电信号的基本参数是放电量q及放电发生时刻t,通过对膜纸复合储能电容器进行直流局部放电检测,比较了含有不同人工缺陷的电容器的基于Δt方法的二维统计分布图及指纹谱图;研究了不同寿命阶段储能电容器的q-n曲线。试验结果表明,基于Δt方法的特征谱图能用于区分电容器缺陷类型;不同电容器在老化阶段的q-n曲线变化规律并不一致,说明该曲线难以表征电容器的老化进程。最后,提出采用Δt方法来表征电容器绝缘的老化进程。

基于超级电容器储能的交直交变频驱动系统制动能量综合回收利用方法研究

交直交变频驱动系统已经在工农业生产中得到了广泛的应用,但是大部分都采用能耗制动,造成了能量的巨大浪费。采用超级电容器储能的制动能量回收利用系统,能够在电机制动时回收制动能量,并在电机启动或加速时释放出去,从而实现能量的节约利用。然而,该方案存在储能容量配置较大、价格昂贵等缺点,制约了其推广应用。该文以提高制动能量回收利用系统性价比为目标,提出制动能量综合回收利用方法以及超级电容器储能单元储能量和充放电变流器功率优化设计方法,设计交直交变频器、储能单元、制动电阻之间无需通讯线的协调控制策略,并通过在石油钻机上的示例分析和仿真验证所提方法的正确性和有效性。

基于互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器在超级电容器储能中的应用

超级电容器等快速储能技术在短时大功率应用中具有较好的技术经济性,非常适宜于微型电网运行过程中的瞬时功率平衡控制。提出超级电容器通过Buck/Boost双向变换器与脉宽调制(pulse width modulation,PWM)逆变器相连的储能主电路结构,以实现功率的双向调节并提高超级电容器利用率。为解决直流母线电压易受PWM逆变器工作状态切换而波动的问题,采用互补PWM控制技术,分析其特点及其在提高系统运行稳定性与动态响应的优势;建立互补PWM控制的Buck/Boost双向变换器的小信号模型,应用电压电流双闭环与功率前馈相结合的方法以抑制直流母线电压波动;针对直流母线负载电流不易测量的问题,提出采用最小拍观测器的方法对负载电流进行虚拟测量。仿真和实验证实了该方法的有效性。

高压储能电容器内部与油质缺陷的直流局部放电

直流局部放电(DCPD)测试技术是评估高压储能电容器绝缘性能的有效手段,其中利用DCPD参量表征缺陷对电容器绝缘状态的影响程度是关键问题。为了分析缺陷与DCPD参量之间的关系,本文针对两种基本缺陷——内部和油质缺陷,进行了有限元仿真,局部放电参量与介质缺陷物理参数关系的讨论,以及两类含缺陷的电容器的DCPD测试。三种方法得到的结果相互验证,表明内部缺陷对绝缘介质的影响更大,虽然油质缺陷对绝缘介质的影响较小,但仍应避免此类缺陷的形成。

基于超级电容器储能的直驱风电系统并网性能分析

为改善直驱风电系统的并网性能,在直流母线电压端并入超级电容器储能装置.分析了基于超级电容器储能的直驱风电系统模型,设计了控制策略,通过控制双向直流变换器及并网变流器,抑制风机功率的波动以向电网输出平滑的功率.在电网电压跌落时,使直驱风电系统安全实现低电压穿越,并向电网提供一定的无功功率支撑.利用依兰风电场18#风机实际输出功率作为控制对象进行仿真.结果表明,加入超级电容器储能装置可以改善直驱风电系统的并网性能.

典型缺陷对高压储能电容器电场分布的影响

根据电容器的绝缘和工作特点,建立了内部、接触、重叠和油质4种典型缺陷模型,并用有限元方法分析二维平面轴对称电场.结果表明,内部缺陷处的电场强度可能超过介质额定工作场强,而且空间电荷密度越大,大脉冲放电负峰电压下的电场分布畸变越严重;接触缺陷的毛刺和氧化点均造成电场集中;重叠缺陷处的电场超过介质额定工作场强;油质缺陷处的电场强度小,也基本不受空间电荷的影响.

含超级电容器储能的永磁直驱风电系统低电压运行与控制

为实现电网不平衡条件下直驱风电系统低电压穿越,通过研究含超级电容器储能单元的系统运行特性,建立超级电容器储能单元小信号模型,实现精准的充放电控制,确保系统安全稳定运行。提出风电系统中储能容量的确定方法,研究适合于该系统的低电压运行的控制策略,包括限制机侧变流器有功输出以及调整网侧变流器有功无功分配,为电网提供无功支撑。提出新的频率自适应正序电压分量检测法,为变流器运行提供精准快速的响应信号,提高系统鲁棒性。通过仿真验证含超级电容器储能的直驱风机系统及其控制策略的可行性。

储能电容器直流局部放电检测装置

储能电容器的工作过程是在高压直流条件下较长时间的充电后在很短的时间放电,从而在负载上形成高电压、大电流的脉冲,这种脉冲电流是电容器绝缘老化的主要原因。为了检测该电容器的性能,开发了一套在高压直流条件下进行储能电容器局部放电检测的装置,并给出了初步试验结果。为提高大电容测量系统的灵敏度,采用并联RLC型电桥平衡回路提取放电信号,并经窄带、增益稳定的放大单元和带通滤波器、数据采集卡得到试验数据。试验表明,该系统可获得不同缺陷电容器发生局部放电时放电幅值的时间分布谱图。利用Delta(t)方法进行统计分析,可提取到不同缺陷的Qmax-Δt-、Q-Δt、n-Δt和n-Q曲线,这为直流局部放电的统计分析和模式识别、判断故障类型和介质老化程度打下了良好的基础。

超级电容器储能系统统一模型的研究

从超级电容器储能系统的运行机理出发,设计了含双向DC-AC-DC变换器的超级电容器储能系统主电路结构,并建立了其统一模型。仿真结果证明了所建统一模型的正确性和有效性,并表明超级电容器储能系统提高了分布式发电系统的运行稳定性。

高压储能电容器的直流局放测试

针对直流电压从零加压到稳定的这一过程,提出直流局部放电的测试分为过渡区和平稳区两个阶段并根据被测试样电容器的参数,确定了相应的过渡区与平稳区的测试时间与方式,采用触发采集方式以适应直流条件下长时间采集的要求。过渡区测试时间为420s;平稳区每次测试时间为10min,测量10次,通过多次统计分析得出局部放电统计谱图。结果证明:两个阶段的统计结果不一样,能分别反映被测试样的缺陷特性。

高压储能电容器直流局部放电检测仪的研制

为了评估高压储能电容器的性能，基于RLC平衡检测阻抗法和血（相邻放电脉冲时间间隔）分析法，研制了高压储能电容器直流局部放电检测仪．该仪器主要由具有良好抗干扰能力的60—250kHz检测硬件和能进行数据处理与统计分析的局部放电分析软件组成．对含有内部、接触、重叠典型缺陷的高压储能电容器模型进行了直流局部放电测试，△t分布及放电量谱图表明，该检测仪能较好地检测出有缺陷的电容器局部放电产生的原因及其绝缘状态．

储能电容器组保护电感结构与保护方法的研究

在脉冲功率系统中,储能电容器的保护至关重要,采用保护电感是目前主要使用的方法之一。笔者对保护电感在使用中出现的炸裂问题进行了研究,结果表明,电容器短路和电感本身的结构都可能导致电感损坏,通过对电感损坏的2种原因进行分析讨论,得出了在电路中加装避雷器和改变电感引线结构2种解决方式,并对新的方案进行了试验和仿真,结果表明,新的电感运行状态良好。

超级电容器储能系统并网控制研究

以超级电容器作为储能元件设计了超级电容器储能并网系统,并将无差拍控制应用到超级电容器储能系统的并网控制中,能实现对并网系统的有功功率和无功功率的综合快速补偿,有效地改善了并网系统的电能质量和稳定性。通过仿真验证了所提方法的正确性,结果表明:所设计的并网系统控制简单、灵活性强,随时可以实现无冲击并网,可提高系统效率,可控性良好。

超级电容器储能系统中DC/DC变换器先进PID控制改进方法

针对超级电容器储能系统中的DC/DC变换器为高阶、非线性的系统,采用传统的PID控制难以应对负载、电压突变等复杂情况,提出了一种将Fletcher-Reeves共轭梯度法控制的BP神经网络控制器与PID相结合的先进PID控制改进方法,解决了DC/DC变换器传统控制算法中稳态误差大、控制响应时间长的问题。同时也建立了微网模型,并应用改进算法进行了仿真。仿真结果表明,所提出的改进方法能够有效地改善DC/DC变换器端电压的控制效果,使超级电容器储能系统能有效地平抑微网在并网状态下PCC点的功率波动。

高灵敏度储能电容器直流局部放电测试分析系统

直流局部放电测试能有效判断高压储能电容器的绝缘性能状态。对于较大容量的高压储能电容器,要求研制具有高灵敏度的测试分析系统。系统的测试部分由并联RLC型电桥平衡回路,窄带、增益稳定的放大单元和带通滤波器构成,具有信噪比高、抑制干扰能力强的特点。通过触发采集方式将提取到的直流局部放电信号送入计算机,并基于Δt(相邻两脉冲的时间间隔)对数据进行处理,以统计分析谱图形式反映局部放电信号的特征参数。经过标准脉冲发生器校验,测试分析系统的灵敏度可达2pC。基于该测试分析系统,对具有典型缺陷的高压储能电容器进行直流局部放电测试,测试结果有效反映了局部放电参量之间的关系,为故障类型识别、老化程度评估奠定基础。

高压脉冲储能电容器特性分析

针对高压脉冲储能电容器的高功率密度、高电压、大电流、强脉冲储能及小型化的应用特点,分析了金属化薄膜电容器的工作特性、影响因素以及大电流脉冲放电条件下的金属化薄膜电容器失效机理,同时分析了金属化薄膜失效的直接影响因素、畸变电场的形成过程及其影响因素,为金属化薄膜电容器应用于电磁发射工程领域奠定了技术基础。

高压脉冲装置中储能电容器数量之讨论

指出了高压脉冲装置中储能电容器数量选择的意义 ,根据正常工作状态下充电电容量和充电电压值导出电容器数量选择式 ,并引入了故障强度的概念。讨论了在一定故障强度 ,故障电容可修复及不可修复的两种情况 ,推导出一定连接方式下的电容器总数 。

基于Matlab的高压储能电容器直流局部放电信号的采集与分析

由于直流条件下不存在相位参数φ,采用基于Matlab软件的单脉冲触发方式的数据采集分析系统,通过引入Δt参数替代相位参数φ,从而对四种典型缺陷试样的局部放电信号分别建立了q、n、Δt分布谱图。经过对比分析,能看到四种缺陷电容器的局部放电信号分布谱图有较明显的差异,为深入分析理解电容器的局部放电,对电容器的各种缺陷类型进行模式识别提供了数据依据。