CPT系统耦合回路参数设计及工作特性分析

在非接触电能传输(CPT)系统中,由于耦合回路的存在,增加了系统参数设计及工作特性分析的难度。用去耦等效电路模型对4种拓扑结构下的CPT系统进行分析,将互感耦合回路变换为普通串并联电路,推导出了原耦合回路中关键参数的计算公式。然后主要针对串联-串联(SS)型CPT系统,分析其输出电压、输出功率和效率等工作特性,并对负载电阻进行优化设计以实现系统能量高效地传输。最后,在此参数设计的基础上对它的工作特性分析结果进行仿真验证。     

电压型CPT系统输出品质与频率稳定性分析

针对CPT系统能量传输能力与输出品质会随频率漂移产生较大波动的特点,在对电压型CPT系统工作原理的分析基础上,根据系统原副边的耦合关系建立系统的阻抗模型,分别总结在谐振条件下系统的输出特性和在失谐条件下系统的拾取端阻抗随频率变化的规律,提出较小的拾取端线圈电感值有益于电压型CPT系统的频率稳定;发现并证明了SP型CPT系统的拾取端至少存在两个谐振频率点和一个负载突变频率点,并给出了拾取端电感的取值范围,对系统的参数设计具有指导意义.最后以SP型CPT系统为实验平台验证了理论分析的正确性.     

非接触电能传输(CPT)系统频率分裂现象分析

非接触电能传输(Contactless Power Transfer,CPT)系统在工作过程中会出现频率分裂现象。论文以串联补偿的CPT系统为研究对象对系统进行建模分析,推导出了CPT系统中重要参数的方程表达式并选择负载电压作为重点研究对象。数值分析和实验结果表明,负载电压和负载功率在过耦合区内(k>kcritical)会分裂出两道脊,CPT系统工作在谐振频率(f0)和关键点(kcritical)时可以获得最大的负载电压和负载功率。     

模块化多端口无线电能传输系统建模与控制

近年来,无线电能传输(WPT)技术凭借其高便利性、高可靠性、高传输效率等优点快速发展。现有针对WPT的研究集中在单输入单输出(SISO)方面,无法满足多输入多输出(MIMO)系统的应用需求。针对这一现状,此处提出了一种新颖的模块化多端口WPT(MMWPT)系统。该系统能够通过相位控制实现端口在零电压开关(ZVS)状态下的能量交互,由多个相同的模块化端口通过磁耦合组成,具有高度可重构性与灵活性。首先对MMWPT系统进行建模,基于建模推导系统的功率传输特性。随后详细介绍系统功率控制方法、ZVS实现原理与工况分析。最终,通过搭建一个三端口、工作频率为250 kHz的实验平台验证了MMWPT系统的可行性与理论分析的正确性。     

基于多端口DC/DC变换器的电池储能系统软启动控制策略

为平抑分布式电源输出功率的波动,通常需要配置一定容量的储能。介绍了一种可接入多电池组的多端口DC/DC变换器(multi-port DC/DC converters,MPC)储能系统,对其拓扑结构及工作原理做了简单分析,研究了各端口的控制方法和启动模式选择。由于单个DC/DC端口的启动投入,会对整个储能系统产生巨大的暂态扰动,直接威胁储能系统的稳定运行,为此重点研究了该MPC储能系统的软启动方式。通过电路等效和公式推导,对松弛端口软启动电阻的优化选择和功率端口软启动初始占空比的设定进行了详细分析,并开发了一台输入电压100~140 V,输出电压240 V,额定功率3.6 kW的三端口DC/DC实验样机。通过实验,验证了所提软启动方式及相关控制策略的有效性,为多电池组MPC储能系统各端口稳定、灵活的投切提供了解决方案。     

基于复合式增益配置的双频无线电能传输系统

在无线电能传输的实际应用中,有不少设备需要使用双输出通道结构分别为其高压功率电路和低压控制电路进行供电,比如无人潜航器.传统双逆变器双通道无线供电系统硬件成本相对较高,在紧耦合条件下单逆变器对称移相的双通道无线供电系统部分输出增益无法实现.文中提出了一种基于复合增益配置的双频无线电能传输系统,基波通道输出电压和三次谐波通道输出电压分别为设备的高压功率电路和低压控制电路供电.基于逆变器非对称移相和补偿网络参数的复合增益配置方式不仅能够有效拓展输出增益范围,还可以降低硬件成本.实验结果表明所述复合增益配置方式可行,适用于双频无线供电系统.     

准单级功率变换的高效单相三端口功率因数校正变换器

由于Boost型功率因数校正(PFC)变换器输出电压必须高于交流电压峰值,因此当负载电压较低时,其需要级联直流/直流(DC/DC)变换器,不利于系统效率提高。以优化PFC变换器随电网电压变化的瞬时效率、进而提升整体效率为目标,研究了一种单相三端口PFC变换器。通过将传统三电平Boost变换器的低压侧分压电容直接用作负载输出端口,并构造出一个高压端口,可以实现交流输入侧和直流负载侧之间的准单级功率变换,有效减小了系统中功率变换的级数,从而实现PFC变换器整体效率的提升。此外,准单级功率变换的特性还有利于减小后级DC/DC变换器的电压电流应力和功率损耗,进一步提高交流/直流(AC/DC)变换器的整体效率。文中详细分析了三端口PFC变换器的工作原理和控制策略,建立了损耗分析模型并进行了仿真验证。最后,利用2kW实验样机验证了所研究变换器在改善系统效率方面的有效性。     

补偿参数对并串型单管谐振ICPT系统影响

以并串型单管谐振感应耦合电能传输(ICPT)系统为研究对象,为了能够在磁耦合机构不变的情况下通过改变补偿参数来满足系统输出.此研究首先基于互感等效模型对系统进行建模分析,得到系统开关管两端电压不超过开关管耐压值和实现零电压开通需要满足的约束条件,然后在该约束条件下,进一步分析补偿参数对输出功率和电压增益的影响,最后通过实验验证了理论分析的正确性.     

一种隔离型三端口双向DC/DC变换器

提出一种隔离型三端口双向DC/DC变换器,设计了其主要工作模式的控制策略,并通过增加辅助电容在该模式下各输出端口之间实现功率解耦,提升系统稳定性和动态性能,最后搭建一台3.3kW的试验样机,对理论分析和设计进行验证。     

一种磁耦合谐振式无线电能传输系统的研究

在传统的无线电能传输(WPT)系统中,系统发射线圈上的电流随负载变化会引起传输功率和效率的变化。针对该问题,采用集成式LCC补偿拓扑。采用二端口网络分析法对系统进行建模和分析,得出不同负载情况下系统的输出电流和输入电压的增益、输入阻抗实部、系统效率的曲线。为向系统参数的选择提供参考,通过分析负载和耦合系数对谐振元件电压、电流应力的影响,提出了谐振元件参数选取的方法。最后,搭建了集成式LCC补偿拓扑的WPT系统样机,实验结果证明了理论分析的正确性。     

含分布式电源的三相不平衡配电网连续潮流计算

连续潮流是电力系统电压稳定分析的重要工具。针对含不同类型分布式电源的配电网及其三相线路参数和负荷不平衡的情况,提出了一种三相配电网连续潮流方法,由切线预测环节和牛顿法校正环节组成,并采用局部几何参数化策略处理三相不平衡系统PV曲线的斜锐角现象。考虑了PV和PQ节点类型分布式电源的限值约束,给出了新的节点类型双向转换逻辑和分岔点类型识别方法。通过对IEEE 33节点配电系统进行算例仿真,表明所述算法可以有效追踪三相配电系统的PV曲线,准确计算电压稳定临界点并识别分岔点类型。     

风电功率小波包分解结合储能模糊控制的配电网多目标优化

将风力发电(以下简称风电)分散式接入中低压配电网,采用就地消纳的模式是大规模风电集中并网、远距离输送供电模式的一种较好的补充方式。通过对高渗透率分布式风电功率进行小波包分解,确定了并入电网功率及能量型、功率型储能的充放电功率指令,并提出了一种确定小波包分解层数及频段的优化方法,即以分解层数和频段为控制变量,建立电网总电压偏差最小、总有功网损最小、总电压闪变裕度最大、能量型储能等效寿命损耗最小的多目标函数,进而解得最优分解下并入电网的低频功率及混合储能的中、高充放电功率指令。为使频繁充放电的功率型储能荷电状态(SOC)处于合理的状态,采用模糊理论对其进行自适应控制,并根据模糊控制器的输出修正风电功率最优分解。最后,通过对基于IEEE 33节点算例的分析计算,验证了所提方法的正确性及有效性。     

基于本地测量的微网逆变器离/并网功率精确和统一控制

在包含多微源的微网系统中,微源逆变器输出功率的精确控制和离/并网运行模式下控制目标的自动切换对于微网电压和频率的稳定以及潮流的控制都具有重要意义。在下垂控制的基础上,提出了基于本地测量的自适应双虚拟阻抗和功率补偿导纳控制方法,消除了不同类型线路阻抗引起的功率耦合,改善了离网时负载分配的准确性。同时,通过提出一种自适应的电压补偿方法,实现了分布式电源离/并网运行的统一控制,并改善了离网时的电能质量和并网时输出功率的跟踪精度。通过建立离/并网模式下逆变器的小信号模型,对控制器参数进行了优化设计。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提出的控制方法的有效性。     

基于虚拟电容的微网逆变器无功均分控制策略

在采用下垂控制的多逆变器微网系统中,针对线路阻抗差异所导致逆变器无功功率不均分问题,提出了基于虚拟电容的无功均分控制策略。该控制策略通过算法模拟逆变器输出端的并联电容特性,并根据线路阻抗差异自适应补偿线路阻抗压降,减小基频环流,提高系统无功均分能力。所提控制策略无需改变下垂特性,且无需检测公共点电压和线路阻抗参数,简化并改进了微网逆变器的无功均分控制。仿真和实验验证了所提方案的有效性。     

考虑N-1安全约束的分布式电源出力控制可视化方法

配电网运行需满足N-1安全准则,而现有文献中的分布式电源(DG)优化运行模型均未计及N-1准则,所得出力策略未必满足系统安全要求。为解决这一基础性问题,提出了一种考虑N-1安全约束的DG出力控制可视化方法。首先,介绍了配电系统安全域理论,给出了安全域、安全边界和安全距离的概念、模型和意义。其次,利用坐标变换技术,定义了风光转换系数,以研究以风电和光伏发电为代表的DG组合的出力特性。然后,分析了考虑节点电压限制和N-1潮流约束的DG出力上限求解方法。此外,以每条馈线为研究单位,给出了DG出力控制可视化流程。最后,通过修改的IEEE RBTS-Bus4配电系统算例进行了验证,结果表明建立的DG出力控制方法具有合理性和可视化的特点,并能满足N-1安全。在保证资产效率最大化的同时,此法为含DG的配电网在线安全监视、评价提供了一定的理论和实践凭据。     

基于最近电压稳定临界点的发电机无功备用优化方法

目前发电机的无功备用优化方法均基于固定的负荷增长方式,而当考虑负荷、新能源出力预测误差之后,这种优化方法无法有效评估最危险负荷增长方式下的无功备用水平。针对这一问题,文中提出基于最近电压稳定临界点的发电机无功备用优化非线性二层规划模型,上层问题在给定基态节点注入功率的情况下,将求取最近电压稳定临界点及对应的最危险负荷增长方式化为极限曲面二次近似和连续潮流校正的两层迭代格式,而下层模型则求解该最危险负荷增长方式下的无功备用问题,并将修正的基态节点注入功率返回上层模型。为证明该模型的有效性,首先在若干假设的前提下证明了最优解的存在性和充分必要条件,进一步分析表明所提方法可考虑节点负荷增长方式的不确定性,有效提升最危险负荷增长方式下系统的无功备用水平,提高系统的电压稳定裕度,保障系统的安全运行。     

满足电能质量限值的分布式光伏极限峰值容量计算

随着分布式光伏在中低压配电网分散性大量接入,配电网电能质量问题日益突出,配电网馈线可接入分布式光伏极限容量成为了焦点问题。文中探求分布式光伏接入中低压配电网对电能质量的影响因素和影响程度,提出了基于电流注入法满足电能质量限值的极限峰值容量优化计算模型。该模型以多个电能质量指标的国家标准作为优化限值约束,对新建或扩容等多种情况均能有效给出分布式电源接入极限峰值容量。通过IEEE 33节点系统和实际配电网LCX系统的算例分析,验证了模型计算结果的有效性和实用性。针对10kV典型线路,依据不同分区的不同线型给出了满足电能质量限值的分布式光伏安全可接入极限容量,为供电企业校核分布式光伏接入并网申请时提供参考。     

多负载无线电能传输系统耦合机理特性分析

针对无线电能传输系统中存在一个电能发送端同时为多个负载端提供电能的实际需求问题,对多负载系统的功率、效率之间的互相转化机理及定量关系进行了研究。首先,定义广义失谐因子、广义耦合因子、初次级电阻比例因子和负载阻抗比例因子,据此建立多负载系统的理论模型,推导出电压增益、输出功率增益和传输效率的基本特性公式。其次,研究了广义失谐因子、广义耦合因数、初次级阻抗比例因子及负载阻抗比例因子对多负载系统电压增益、输出功率增益和传输效率影响的一般化规律。最后,设计开发了无线电能传输实验系统,验证了理论分析的正确性。研究结论为分析与设计多负载无线电能传输系统提供了一定的理论依据。     

基于附加阻尼的微网改进下垂控制方法

采用传统有功频率、无功电压幅值下垂控制时,若下垂系数选取不合理,逆变器输出功率会出现持续振荡,当微网离网运行时,逆变器输出功率的振荡会导致微网系统频率出现波动,严重时会使整个系统出现功角稳定性问题。文中基于储能逆变器动态频率特性的概念,根据其产生正阻尼作用的相位条件和幅值条件,提出了基于附加阻尼的改进下垂控制方法。该方法可以在不影响系统稳态频率和逆变器输出功率的前提下,有效地增加系统的阻尼,从而抑制逆变器输出功率振荡,提高系统的稳定性。最后通过PSCAD仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

适用于低电压穿越仿真的风电场内集电线路等值方法

以二机并联模型为基础,提出了一种适用于低电压穿越(LVRT)仿真的风电场内集电线路的等值方法。以电网电压跌落期间风电场并网点的无功输出量一致为原则对线路的电抗进行等效;以风电场内线路的有功损耗相等为原则对线路的电阻进行等效。经过集电线路阻抗变换后,风电场等效为一台经过一等值阻抗直接连接到公共连接点(PCC)的单机等值模型。该方法适用于干线式、放射式和混合式集电线路拓扑的等值,且计算所得线路阻抗参数恒定,便于实际应用。仿真结果表明,在电网故障期间,等值模型具有很高的精度。