[发明专利]一种储能型消磁模块、消磁电源及充放电控制方法

说明书

 

技术领域

本发明属于舰船、轮船消磁领域，涉及一种储能型消磁模块、消磁电源与控制方法。

 

背景技术

地球是一个巨大的磁体，而钢铁是易被磁化的材料，钢铁建造的舰船或潜艇、轮船长期处于地球的磁场中，就会被磁化。只要舰船航行在海洋上，被磁化的舰船就必然要产生磁场，如果不消除这个磁场，被磁化的舰船很容易受到磁性水雷、鱼雷等武器攻击，或是成为磁性探测设备的目标。舰船本身有两个磁场，一个是感应磁场，这一磁场靠舰船上自消磁系统抵消；另一个是固定磁场，这一磁场则要靠消磁站或消磁船定期对其进行通电消除。

在舰船上安装消磁系统是舰船磁性防护的最有效手段。目的是预防敌方磁性武器攻击和磁性探测，提高舰船的生命力，舰船消磁系统主要由舰船内消磁绕组、消磁控制设备和消磁电源部分组成。消磁电源是消磁设备的功率放大装置，它按控制器输出的控制信号向舰船消磁绕组提供直流可控电流，是消磁设备的重要组成部分。

当前，舰船上的消磁系统往往采用实时电源，经过整流后以恒流的方式向消磁线圈提供方向交替变换，幅值逐步衰减的程控电流，其容量根据需要从几十到几百伏特，电流从几十到几万安培，功率瞬间可以达到兆瓦级，这就对实时电源提出了很高的要求，尤其在战时，如果实时电源不能达到所需的要求，舰船将不能有效消磁，也就容易受到磁性武器的威胁。

消磁站（船）是舰船消磁必不可少的设备，舰船要定期回到母港消磁站（船）进行大电流消磁处理，消磁站（船）的消磁瞬时功率可达到几十个兆瓦以上，对供电电源的要求很高，在特殊场合下，消磁站（船）由大功率柴油发电机供电，过大的供电功率显著增加了消磁站（船）的建造成本，甚至造成舰船不能有效消磁。

针对以上不足，提出一种通用化、系列化、模块化、数字化和可并联的储能消磁电源，降低消磁站（船）等供电电源容量要求，同时提高硬件可靠性，甚为必要。

 

发明内容

技术问题：本发明提供一种适合不同功率等级电源系统，可实现系列化、通用化和组合化，便于扩容的储能型消磁模块，同时提供了一种采用上述消磁模块的储能型消磁电源，以及一种储能型消磁电源的充放电控制方法。

技术方案：本发明的储能型消磁模块，包括充电控制单元、储能单元、后级恒流变换单元、电流换向单元和监控单元，充电控制单元和储能单元的输出端同时与后级恒流变换单元的输入端连接，后级恒流变换单元的输出端与电流换向单元连接，监控单元分别与充电控制单元、储能单元、后级恒流变换单元和电流换向单元通信连接；后级恒流变换单元包括并联电压变换电路和输入滤波电容，电压变换电路为降压单元或升/降压单元。

本发明储能型消磁模块的一种优选方案中，电压变换电路为N路BUCK降压电路并联而成的降压单元，N路BUCK降压电路共用一个输出滤波电容。

本发明储能型消磁模块的一种优选方案中，电压变换电路为N路Buck-Boost升/降压电路并联而成的升/降压单元，N路Buck-Boost升/降压电路共用一个输出滤波电容。

本发明的储能型消磁模块中，电流换向单元包括两个独立的电流正反向开关，其中第一电流正反向开关设置在后级恒流变换单元正端与负载一端之间，第二电流正反向开关设置在后级恒流变换单元负端与负载另一端之间。

本发明的储能型消磁模块中，电流正反向开关采用机械开关方式或电子开关方式，在脉冲放电间隔期间进行零电流接通与关断。

本发明的一种储能型消磁电源，由多个上述储能型消磁模块并联而成，多个储能型消磁模块共用一个监控单元。

本发明的储能型消磁电源的充放电控制方法，包括如下步骤：

1）预充电阶段，充电控制单元向储能单元充电至额定电压；

2）储能单元经后级恒流变换单元变换后，通过电流换向单元向负载放电，供电电源经充电控制单元的控制和后级恒流变换单元变换后，通过电流换向单元向负载放电，电流换向单元在脉冲放电间隔进行电流方向的切换，形成正负交替的脉冲电流，供电电源在脉冲放电间隔通过充电控制单元给储能单元充电；

3）后级恒流变换单元向负载提供的脉冲电流不断衰减，当储能单元的当前存贮能量大于后续脉冲能量总和时，在脉冲放电阶段，供电电源不再向负载放电，仅由储能单元向负载放电，在脉冲放电间隔，供电电源不再给储能单元充电。

本发明的储能型消磁电源的充放电控制方法中，步骤3）中的脉冲电流衰减方式为等差衰减或指数衰减。