多负载磁耦合谐振无线电能传输系统功效分析与优化

为了解决磁耦合谐振无线电能传输(WPT)系统在多负载情况下系统效率低、功率分配不均的问题,本文建立多负载系统的等效电路模型并进行理论推导,分析系统各负载两端电压对功率、效率的影响,提出一种能够同时实现功率分配和效率最大化的数值优化方法.首先通过对等效电路的分析确定系统总效率表达式,并以此作为目标函数;再以系统各接收端额...     

基于双拾取线圈的感应电能传输系统研究

传统的感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统利用单个拾取线圈实现能量传输,受副边半导体器件的容量限制,单个拾取线圈无法满足轨道机车等大功率移动负载(兆瓦级)需求。该文通过建立基于双拾取线圈的IPT系统以提高IPT系统的传输功率。论文利用电磁耦合理论分析双拾取线圈间的互感影响规律,并详细对比分析了考虑拾取线圈间互感前后IPT系统的工作指标。分析表明,考虑线圈间互感时的设计参数,能使IPT系统工作在谐振状态,且显著提高重载时IPT系统的输出功率和工作效率。通过建立双拾取机构IPT实验系统并保持原边恒流15 A,验证所提出方案的可靠性以及有效性。实验结果表明,相对于不计及互感影响方案而言,加入附加电容后,重载时(1.8Ω直流负载)IPT系统的输出功率和效率分别提高了82%和6%。     

三线圈结构的无线电能传输系统优化设计与分析

针对增大或提高传输距离固定的无线电能传输系统的传输功率和系统效率问题,提出一种三线圈(含中继线圈)结构的无线电能传输系统综合优化分析方法。根据系统的精确建模分析,寻求系统最大功率和效率的阻抗匹配条件,通过不断变换中继线圈参数(匝数、位置),在满足阻抗匹配的条件下建立负载接入系统时最大理论功率或最大理论效率点的集合。在此基础上,根据系统的功率、效率、负载等实际需求约束,在集合中优化寻找最优的系统传输效率和功率,实现对系统传输效率和功率的优化。理论分析和实验均证明了该方法的正确性和有效性。     

磁共振耦合电能传输系统功率与效率传输特性分析与优化

功率和效率是电能传输系统的两个重要指标,利用理论分析结合实验研究的方法,探讨磁共振耦合无线电能传输系统的功率和效率传输特性。分析指出负载功率与系统效率频率响应曲线均存在分叉现象,收发端参数相同的传输系统的负载功率频率响应曲线呈近似对称形状,分叉现象消失前的负载功率不随收发端距离的变化而变化;参数非对称系统频率分叉时存在主从共振频率之分,且负载功率会随收发端距离的增大先增大后减小。理论推导出系统临界耦合系数及功率最优传输条件下的收发端优化耦合系数数学表达式。针对峰值功率与峰值效率工作频率点不重合的特性,提出了基于信息反馈的能效优化控制策略,借助能量传输通道,利用负载调制技术将接收端工作状态向发送端实时反馈,实现能量传输过程的闭环控制。文中理论分析结论与实验结果相一致。     

基于正四面体的无线电能传输系统多自由度电能拾取机构

传统无线电能传输系统对拾取结构的方向性较为敏感,拾取机构角度变化将会较大地影响系统功率传输特性。针对无线电能传输系统三维空间内多自由度拾取问题,该文提出一种基于正四面体的电能拾取机构,给出拾取电感摆放位置及连接方式,完成拾取机构磁通分析,提出拾取机构在空间内旋转时不同绕线方式的互感计算方法,设计拾取线圈的最优绕线方案,通过Maxwell有限元仿真获得拾取线圈间的相互耦合关系。实验结果表明:当耦合机构以任意角度旋转时,系统多自由度运行的效率维持在60%,负载功率维持在30W。此种类型的拾取机构不仅能提升系统的多自由度拾取能力,还可以保持输出的稳定性,减小系统对输出控制环节的依赖,减小拾取装置体积。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统功效同步研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统中传输效率最大值与功率最大值难以同步的问题,利用等效电路理论对无线电能传输系统进行建模分析,给出系统传输效率最佳频率和传输功率最佳频率的计算方法,提出最佳谐振频率和功效同步因数的概念,得出系统传输效率与功率最大值同步出现的条件。借助仿真软件分析系统传输效率和功率与负载的变化规律,搭建实验平台,通过对比实验数据和仿真结果,证明了理论分析的正确性,也为进一步优化系统功效同步性能,同时提高传输效率和功率提供了有益的参考。     

基于PCB线圈的无线传输系统功率与效率分析（英文）

PCB线圈在无线传能系统中适用于空间和高度有限的领域,PCB线圈有着高精度、高一致性和易于设计和制作等优点。本文利用二端口网络和ABCD参数对基于PCB线圈的无线传能系统进行了系统的研究。为了使负载达到最大功率,采用阻抗匹配模式和最大负载功率模式进一步简化了负载功率与传输效率计算、优化补偿电容。根据系统原理与仿真优化结果,设计了针对不同负载的基于PCB线圈的传输功率为5W的无线传输系统实验原型。通过上述两种模式针对不同负载测试和对比,无线传输系统实验原型在两种模式下均可以达到理想的负载功率,传输效率高于90%。     

提升并联型风电变流器运行效率的自适应功率优化控制

由于功率器件容量的限制与系统可靠性要求的严苛,风电变流器一般采用变换器并联来提升容量和可靠性,控制上采用功率均分运行模式。风能的随机、波动特性使得变流器的负载功率波动很大,其平均负载功率低于额定功率的50%。变流器的运行效率与负载率相关,功率均分运行模式使并联变流器低载工况下的运行效率低下。该文提出一种提升并联变换器系统运行效率的自适应功率优化控制方法。基于单个变换器的效率曲线,采用穷举优化算法优化不同负载功率时各并联变换器的最优功率分配值。通过离线优化、在线查找方式提高波动功率下并联系统运行方式的优化速度。引入功率滞环控制,优化变换器的投切。该文比较3种运行模式下并联系统的运行效率,结果表明,提出的自适应功率优化控制可有效改善波动载荷下并联系统的运行效率。     

远距离小功率无线电能传输系统性能优化研究

针对远距离小接收端情况的磁耦合共振无线电能传输系统性能参数--传输功率和传输效率较低的问题,本文采用三线圈结构,利用等效电路理论研究提升传输功率和传输效率的方法。在分析传输功率、传输效率与传输距离、负载阻值以及负载串联或者并联接入方式之间关系的基础上,得到功率和效率表达式。通过Pspice仿真得知:三线圈结构能够有效提高传输功率和传输效率;不同阻值负载配合不同接入方式有助于保证系统工作性能。最后,利用所设计的远距离小功率无线电能传输系统,通过实验验证了理论分析的正确性。     

不同拾取端的动态无线电能传输系统研究

为研究不同拾取端对动态无线电能传输系统的影响,首先使用诺以曼公式对互感进行数值分析,以探究耦合机构互感的变化对系统的传输效率和拾取端电压影响;再通过等效电路模型与基尔霍夫方程式,建立动态无线电能传输系统的数学模型,提取出系统传输效率与品质因数、耦合系数、负载和邻近线圈电阻值的关系式;最后通过制作不同拾取端的耦合机构,包括单线圈、串联式和并联式,在动态中对系统传输影响的分析。分析与实验结果相符,证明本文结论的有效性。     

恒功率交流电子负载的研究

深入研究了恒功率交流电子负载,给出其主电路拓扑结构,分析了交流侧矢量及控制方法。电路采用PWM整流器。为提高电子负载的动态响应性能,在电流环采用滞环控制方式,针对该系统利用改变直流负载的方法来控制直流母线电压。针对所提出的电子负载研制了试验样机,试验结果证明设计方案可行,控制方法有效,电子负载能在交流电源供电情况下模拟给定功率因数且视在功率保持恒定。     

区域电网无功优化控制系统的研究和应用

目前所使用的电压无功自动控制系统虽能满足电网对电压无功控制的要求,但却缺乏对其所提控制策略的调节效果进行量化评价的手段。介绍了如何通过统计和分析区域电网自动电压控制（AVC）系统历年来的运行数据,采用改进后的灵敏度算法和无功优化算法,对萧山电网当前无功设备配置情况进行经济效益分析。基于原有的无功控制系统研究开发的无功优化控制系统可评估无功电源分布的合理性,同时根据现有电网结构和负荷水平得到无功补偿设备配置的效益分析报告,为电网无功优化配置提供量化参考,并对AVC策略优化提供量化依据。     

利用电能路由器的配电网电能质量控制

文中提出了利用电能路由器隔离高压侧和低压侧电能质量扰动的传播,进而治理配电网电能质量问题的方法。首先给出了基于电力电子变压器的电能路由器主电路拓扑结构,分析了其工作原理并设计了面向有源配电网的电能路由器并网控制策略。其次分别设计了抑制电能路由器高压侧电压畸变向低压侧传播,以及低压侧负载突变与谐波对高压侧影响的控制策略。最后通过PSCAD仿真验证了所提出方法的正确性和有效性。结果表明,所提出的控制策略在保证电能路由器原有的能量分配传递,电压隔离变换功能的同时,可有效隔离高压侧和低压侧电能质量干扰的传播,为电能路由器的研究和实际应用提供了新的思路。     

多电源并联运行的效率优化控制方法

目前,由多个电源并联运行所构成的大容量电源系统,多采用的是均流控制策略来实现其内部多个电源单体间的负荷分配。均流控制虽然可以提高电源系统运行的可靠性,但是由于各个电源单体效率特性的差异,致使电源系统在运行过程中的总体效率无法达到最优,造成了能源的浪费。以效率优化为目标的复合式负荷分配控制策略,在动态调节过程中,利用均流技术确保安全运行,在稳态运行时,通过对负荷分配方案的优化,可以实现电源系统的总体效率最优控制,进而提升电源系统的运行性能。     

双馈型风电场双层无功分配策略

针对风力发电效率普遍较低的问题,从减少风电场及风电机组有功损耗的角度出发,提出一种双馈型风电场双层无功分配策略。该策略在传统无功分配策略的基础上,考虑电机定子、网侧变流器功率极限,实现以有功损耗最小为目标的优化分配,以提高风电场发电效率。基于Matlab/Simulink平台搭建双馈风电场仿真模型,仿真结果验证了该控制策略能大大减小机组内部功率损耗,提升风电场发电效率,同时还能有效抑制由于电网负荷变化导致的电压波动,提升电能质量。     

光伏交错反激逆变器解耦控制方法的研究

交流光伏模块将光伏组件与微型逆变器集成为一体,构成一个可直接与电网或负载连接的光伏发电系统模块。微型逆变器独立控制每一个光伏组件,因此受到外部环境条件变化影响小,光伏电池的利用率优于其他光伏并网发电系统结构。首先,介绍了交错式反激逆变器的拓扑结构、工作原理以及并网控制技术;再对3种主动式功率解耦方式及控制方法进行了比较;仿真分析结果表明,3种功率解耦方式能够有效抑制二倍频功率扰动,提高了光伏电池板的效率,可延长电容寿命,但同时增加了设备的体积和成本,逆变效率也会相应下降,电路拓扑和控制都变得复杂。     

一种户用型多端口能量路由器功率协调控制策略

为了实现分布式电源接入及对电能进行有效管理,将具备高度灵活的功率控制及信息交互功能的能量路由器应用于低压配电网,使得源-网-荷-储能够一体化低碳运行,从而提升负荷调节能力与新能源消纳水平,保障电力系统稳定运行。因此,设计了一种面向低压配电网应用的户用型能量路由器,根据各端口应用对象特性,对其拓扑结构及功率协调控制策略进行研究,为电能生产和消费提供可靠的能源管理策略。最后,通过仿真验证的方法,建立MATLAB/Simulink仿真模型对其功率协调控制策略进行仿真验证。仿真结果表明：所提出的多端口能量路由器功率协调控制策略能够实现多种运行模式下不同端口之间的功率互济和系统功率平衡控制,在能源管理方面具有较高的灵活性、稳定性和可靠性。     

电力系统负载的数字模拟

由于传统电机模拟线性负载和电力系统负荷的诸多不便之处,故提出了利用SPWM功率变换技术替代电机模拟的方法,并对电路拓扑机构和控制方法做出介绍。主电路采用双SPWM变换器结构,其中一变换器采用电压反馈PI控制方法,而另一变换器采用滞环电流控制,同时给出了MATLAB的仿真结果。仿真结果表明,这种AC—DC—AC功率变换电路能很好地模拟RLC的静态和动态特性,以及电力系统综合负荷的稳态特性。利用这种原理和技术可进一步实现电动机和发电机的模拟。     

电力系统在线主动解列控制算法

对在线主动解列策略的判定及控制框架进行简要介绍,提出电力系统在线主动解列算法:借助机组分群情况确定各个孤岛的主要电源,按照发电机和负荷的功率分配关系,研究负荷分群算法和设计解列断面搜索算法,实现负荷分群;考虑孤岛中功率调节特性,计算各个孤岛的不平衡功率情况,确定进一步切机、切负荷控制措施;在IEEE标准系统及实际电力系...