基于LCL谐振补偿网络的副边自动切换充电模式无线电能传输系统研究与设计

为满足电池在无线充电过程中所需要的先恒流输出后恒压输出的充电需求,该文从电路本质特性出发,基于LCL谐振补偿网络结构,提出一种通过切换副边的谐振补偿网络参数完成恒流充电模式向恒压充电模式的自动切换方法。所提出的方法可以免去原、副边之间的无线通信,且不需要改变原边的输入电压和频率。该文以谐振补偿网络两个电感比值α=1条件下的LCL型谐振补偿结构为例,对所提出的设计方法进行了分析和验证,搭建了一套实验平台,实现了线圈距离在20cm条件下,输出功率为1k W,效率为92%,恒流输出为5V,恒压输出为205V的WPT系统。实验表明,应用所提方法,能够实现电池在无线充电的过程中先恒流输出后恒压输出的充电需求,且切换过程自动、稳定。     

具有原边互感识别功能的恒流恒压无线充电系统开发

为了满足电动汽车电池先恒流后恒压充电的需求,根据补偿网络工作的特性,结合充电安全性的要求,设计了基于LCC-LCC/S混合补偿网络的无线充电系统方案.在恒流充电模式下,副边采用LCC补偿拓扑.在恒压充电模式下,副边采用串联补偿拓扑.在此基础上,针对静态充电技术中容易出现两侧线圈偏移的问题,提出了根据原边逆变器输出电流和互感的内在电路关系自动识别互感值,再移相调节输出的高频电压,从而保持额定充电电流和电压的方法.最后,搭建了恒流输出5 A、恒压输出200 V的无线充电系统样机对设计的系统方案进行验证.实验结果表明,系统可以通过切换副边补偿网络,自动稳定地切换充电模式,且线圈发生偏移之后仍然可以实现额定电流和电压充电.该系统省去了原、副边之间的无线通信,允许两侧传输线圈有较大的偏移量,运行安全性高,电路结构和控制策略简单.     

基于发射侧T/F变结构补偿网络的恒压/恒流无线充电系统

随着新能源产业的迅速发展,锂电池以其优越的性能得到市场的青睐.为满足锂电池充电过程中对恒流和恒压的实际需求,提升充电的灵活性与安全性,该文提出一种基于发射侧T/F变结构补偿网络的恒压/恒流无线充电系统.首先剖析在不同电源输入工况下串联-串联(S-S)型补偿网络的基本输出特性,同时结合高阶补偿网络的构造机理,借此衍生出适用于锂电池无线充电的变结构补偿网络的设计思想.在此基础上,利用等效电路分别建立恒压和恒流充电模式的分析模型,推导实现系统恒定输出和维持零相角状态的基本条件,揭示系统增益与变结构补偿网络参数之间的内在联系,阐明基于发射侧电流大小的充电模式切换方法.最后通过仿真与实验验证变结构补偿网络的恒压/恒流无线充电系统及其参数设计方法的正确性和有效性.     

具有强抗偏移性的电动汽车无线充电系统设计

针对无线充电系统中传输线圈容易发生偏移的特性,并为了满足蓄电池先恒流后恒压的充电要求,优化设计了一套具有强抗偏移性的电动汽车无线充电系统方案。首先,基于串串(SS)补偿网络,提出了在发射侧自动识别传输线圈之间的互感值和实时电池状态的方法。在此基础上,采用移相控制策略实现在不同充电位置下仍保持输出额定电流/电压,采用变频控制策略来实现充电模式的切换。最后,搭建了恒流输出10 A,恒压输出300 V的实验样机,实验结果表明在0～200 mm的水平偏移距离内,可以保持额定值进行先恒流后恒压输出。该系统根据两侧电气量之间的耦合关系辨识参数,无需无线通信装置,仅需在发射侧进行控制,主电路拓扑结构简单,运行稳定性高。     

副边自动切换充电模式的电动汽车无线充电系统设计

在电动汽车无线充电的过程中,恒流模式需要快速、稳定地切换到恒压模式以保障电池和电动汽车的安全,这往往需要原、副边之间的通信及原边复杂控制方法的介入。文中提出了一种免去原、副边之间的通信,且不需要原边提供控制手段,仅在副边自动切换谐振补偿网络即可完成恒流充电模式向恒压充电模式的快速切换的方法,同时提出了副边谐振补偿网络参数的设计方法,保证了切换过程中电池充电电压的稳定性。以LCC-LCC向LCC-S谐振补偿网络切换为例,对所提出的设计方法进行了分析和验证。实验表明,应用所提出的方法,输出的电流和电压随着电池等效负载的改变而保持恒定,且切换过程平滑稳定,结果满足电动汽车充电的要求。     

电动汽车无线充电混合补偿拓扑电路分析

无线电能传输补偿方式直接影响输出电流、电压的增益特性,提出一种混合补偿拓扑电路,解决负载动态变化时输出电流、电压不稳定的问题,可应用于电动汽车恒流恒压无线充电电路。对拓扑电路原副边线圈建立等效松耦合变压器T模型,分析得出等效负载动态变化时可以实现恒流恒压输出的特性。构建仿真模型和试验台架,仿真验证电路分析的正确性。实验验证了在串/并补偿拓扑下副边稳流输出且原边逆变电流滞后电压,在串/串并补偿拓扑下副边稳压输出且原边逆变电流与电压同相。     

基于频率切换实现恒流/恒压输出的电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)技术的实际应用中,有些用电设备需要系统具有不同的恒定输出特性(恒流/恒压),即系统输出电压或输出电流与负载解耦,此外,系统还需具备在恒流、恒压模式间按需切换的功能。针对该需求,基于LC-CLC谐振网络提出1种具有恒流/恒压输出特性的EC-WPT系统,分析LC-CLC谐振网络特性,推导恒流/恒压输出特性的实现条件以及恒流频率和恒压频率的计算方法,并给出系统参数设计方法,分析系统对工作频率的敏感性。最后通过仿真和实验验证所提出的EC-WPT系统恒流/恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。实验结果表明所提出的系统在输入电压恒定的不同负载工况下分别实现2 A的恒流输出以及96 V的恒压输出,其最大传输效率分别为87.83%及88.17%。     

自适应电池充电曲线的三线圈电池无线充电器

目前的无线供电应用中多采用锂电池作为负载,无线充电器应提供电池所需的先恒流后恒压输出,其中恒流与恒压的切换多依赖后级变换器、复合拓扑或高阶网络来实现,控制复杂,可靠性差。为解决该问题,文中提出了一种可自适应电池充电曲线的三线圈电池无线充电系统,该系统通过在原边侧增加辅助线圈和无源整流桥,实现恒流与恒压模式的自动切换,不需要额外控制;辅助线圈通过特定补偿网络与输入源并联,输出阈值不受磁路耦合机构参数限制,自适应于任意电池充电曲线。该三线圈电池无线充电器在2种充电模式下均工作在同一频率,保证逆变器软开关与变换器近似零无功环流,降低了器件应力,提高了传输效率,且该电路具有自动开路保护功能。文中系统阐述了该充电器的拓扑结构设计原则和工作原理,并搭建了一台输出为72 V/2.5 A的实验样机,验证了所提充电器的有效性。     

基于双LCL变补偿参数的磁耦合谐振式无线充电系统研究

为了简化磁耦合谐振式无线充电系统电路设计和控制的复杂性,提出一种双LCL变补偿参数的磁耦合谐振式无线充电系统,只需对部分补偿元件进行投切操作,即可实现恒流和恒压充电。首先利用二端口网络对系统原边、副边建模得到双LCL数学模型,分析实现恒流或恒压输出的参数配置条件;然后根据恒流和恒压参数配置特点,设计变补偿参数的电路结构;再根据仿真方法得出的关键参数与系统传输特性之间的关系,合理设计参数配置,使得磁耦合谐振式无线充电系统无复杂电路环节而且控制简单,还可实现原边电流和频率恒定;最后搭建实验平台,验证设计的系统输出的电压或电流波动较小,可以满足恒压和恒流充电的要求。     

变结构LC-CLCL拓扑恒压恒流型电场耦合电能传输系统

该文提出一种变结构LC-CLCL拓扑电场耦合电能传输(electric-field coupled power transfer,ECPT)系统,可实现负载变化下的恒压或恒流输出,对电池类负载的稳定充电具有重要意义。首先,给出LC-CLCL补偿ECPT系统的基本结构及切换策略,并建立等效数学模型;然后,分析恒流、恒压及空载模式下的系统特性,建立恒压恒流实现条件,且能保证系统负载切除时自动进入低功耗状态,此基础上,给出系统参数设计方法;最后,搭建仿真和实验系统,在输入电压恒定情况下,实现1A的恒流输出,50V的恒压输出,验证所提方法的有效性和正确性。     

微电网概率性最优的储能容量研究

针对可再生能源发电受外界环境影响较大、难以控制,接入微电网后对其安全运行带来很大挑战的问题,指出在微电网中接入储能装置可有效地解决此问题;研究了微电网孤岛运行时储能容量的确定方法,提出了一种概率性最优的储能容量确定方法：计算了微电网调度出力与负荷需求的功率差额,并根据其概率函数密度曲线确定储能系统的最大充放电功率;根据储能系统不同时刻其充、放电量累计值的概率函数密度曲线,求出其最优储能容量,使电网能实现经济效益最优和可再生能源利用率最大。采用该方法确定微电网储能容量,具有求解方法简捷、所需储能容量小的特点。     

电解铝整流系统建模与稳流协调控制策略

介绍了大功率直流电解铝供电系统结构,建立了包括电解槽负载模型、饱和电抗器（ＳＲ）模型以及有载调压变压器（OLTC）的整流系统模型,提出了稳流协调控制策略：OLTC可对系列电流进行离散性的粗调,SR可在一定范围内实现对系列电流的连续性微调,两者结合能有效地解决机组投入与退出、阳极效应发生等大扰动下的稳流精确控制问题。基于电磁暂态分析软件包（ＥＭＴＤＣ）搭建了6机组整流系统,对网侧电压波动、负荷波动等工况进行了仿真分析,仿真结果表明：所提协调控制策略能保持直流系统处于最佳的运行状态,可实现电解铝生产过程中电流的平稳。     

基于卡尔曼增益动态修正的动力电池SOC估算

扩展卡尔曼滤波法(EKF)被认为是一种精度较高的电动汽车动力电池荷电状态(SOC)估算法,但是观测方程误差会对SOC估算结果带来影响。对EKF滤波过程进行改进,根据观测方程的误差对原EKF滤波过程增设动态卡尔曼增益修正系数,提出基于卡尔曼增益动态修正的动力电池SOC估算法。仿真结果表明EKF法可以有效克服SOC初始值不准确所造成的估算误差,动态卡尔曼增益修正系数可以进一步减小由于观测方程误差造成的SOC估算误差,使估算误差保持在5%之内。     

多ARM协同架构的智能合并单元设计

为降低合并单元设备成本、增强其智能化和通用化特性,利用多ARM（高级精简指令集处理器）并行处理的优势来构建智能合并单元。采用灵活的模块化方式来进行总体架构的设计,通过光纤接口方式与其他智能电子设备建立基于快速以太网的双向通信,遵循IEC 61850通信标准进行采样值报文和GOOSE报文的高速网络化传输。结合数据处理和报文传输的要求,详细阐述了采样控制和开入开出控制等核心部分的软件处理流程。采样值及GOOSE传输等相关测试结果表明,该智能合并单元工作可靠而稳定,可满足智能变电站中合并单元在实时性强、可靠性高、通信流量大等方面的要求。     

级联Boost变换器输出电压纹波分析

级联Boost变换器含有两个LC滤波器,呈现四阶动力学特性,具有宽输入电压范围的特点。其输出电压纹波与电感、开关周期、电容和负载等因素有关,其中输出电压纹波受电容等效串联电阻影响较大。采用时间平均等效原理对级联Boost变换器进行直流稳态分析,分析了两个电容等效串联电阻对输出电压纹波的影响,由理论分析可知电容C1的等效串联电阻对输出电压纹波影响较小,电容C2的等效串联电阻对输出电压纹波影响较大。采用谷值电流控制策略,保证了变换器稳定地工作在较高直流电压传输比的情况下,避免了次谐波振荡现象。实验验证了理论分析的正确性。     

碱法提取煤矸石中氧化铝试验条件优化

工业固体废物煤矸石中存在有价值的氧化铝,如能将其替代铝土矿提取氧化铝,则将变废为宝。然而,煤矸石中的铝、硅主要以高岭土形式存在,活性很低,因此需要通过高温破坏煤矸石中高岭土结构,才能将其中的氧化铝转化为可溶于碳酸钠溶液的铝酸钙。为了使煤矸石中的氧化铝尽可能多地溶出,采用正交试验方法分别对采用石灰烧结法提取煤矸石氧化铝的活化和溶出条件进行了优化。试验结果表明：采用石灰烧结法提取煤矸石氧化铝,最佳条件下煤矸石中氧化铝溶出率可高达89.5%,试验所确定的最佳条件可供工业试验参考。     

关于“十三五”配电网发展的思考

配电网直接面向电力用户,是保障电力“落得下、用得上”的关键环节,也是改善民生的重要基础设施。面对“十三五”期间配电网发展“高质量、智能化”的需求,在梳理总结当前存在问题的基础上,从经济社会发展、高供电可靠性要求、分布式能源与多元化负荷接入、外部建设环境变化等角度阐述了配电网发展面临的挑战与机遇,提出了未来配电网发展面临的关键问题,并从规划建设角度提出了应对措施与建议。     

DZM与FM系列铅酸蓄电池在制造过程中的比较

根据多年的实际工作经验,从基本原理、客户要求及电池使用的角度出发,通过不同生产及工艺条件下反应生成物的不同,对DZM与FM系列铅酸蓄电池在生产制造过程中的不同进行了阐述。     

全钒液流电池电解液的制备和性能优化研究进展

全钒液流电池是一种新型的适用于大规模储能的电池,钒电解液是全钒液流电池的重要组成部分,电解液的制备及性能优化是全钒液流电池的一个研究热点。介绍了全钒液流电池电解液的制备和性能优化的研究进展,并展望了全钒液流电池电解液研究的发展方向。     

基于NW小世界的量子进化算法在无功优化中的研究

针对量子进化算法的早熟问题,提出了一种适于电力系统无功优化的NW（newman-watts）小世界量子进化算法。该算法引入了NW小世界网络模型,以一种新颖的随机加边方式动态改变种群个体的邻域拓扑结构,从而保证了整个优化过程中的种群多样性,提高了算法的全局搜索能力。应用该算法对IEEE-14节点和IEEE-57节点系统进行无功优化的仿真分析,结果表明,NW小世界量子进化算法在电网无功优化计算中具有较强的全局寻优能力和较高的收敛精度。