SS型与LCC型感应耦合电能传输系统的对比研究

为研究不同补偿网络条件下感应耦合电能传输(ICPT)系统的效率传输特性,采用基波分析法对SS型与LCC型ICPT系统建立等效电路模型进行分析,给出两种补偿拓扑结构在不同互感和不同负载电阻条件下系统传输效率的稳定性以及效率值的对比结果,并依据此结论对最高效率负载点与互感之间的关系进行进一步的分析。最后通过实验验证了理论分析的正确性。     

感应耦合电能传输系统最佳工作点跟踪研究

针对传统感应耦合电能传输(ICPT)系统的工作状态随负载变化而偏离最佳工作点的问题,在ICPT系统中引入H桥变流器取代传统补偿电容,通过改变其触发角实现补偿容量动态调节和最佳工作点跟踪。根据电路互感理论建立ICPT系统最佳工作点下的补偿容量-负载匹配数学模型,并以最大功率点为优化目标,给出了基于H桥变流器动态补偿的ICPT拓扑及阻抗匹配控制方法。Matlab仿真结果表明,H桥变流器触发角α的取值范围为α40°。实验结果表明,基于H桥变流器动态补偿的ICPT拓扑具有良好的动态补偿特性,能够在负载变化时自动跟踪系统最佳工作点。     

面向微小型机器人的5.8GHz微波能量传输系统

提出了面向微小型机器人的5.8 GHz 微波能量传输系统,采用Ritz-Galerkin（RG）方法建立了微波能 量传输系统射频整流电路模型,分析了整流二极管的整流性能,得到了输入功率与输出电压、整流效率与负载比之 间的关系．设计了八木振子天线,提高了能量接收的定向性．最后搭建了微小型机器人微波能量传输实验系统,开 展了利用微波传输能量驱动微机器人的实验,验证了利用微波能量传输系统为微小型机器人供能的可行性．     

磁谐振串并联混合模型无线电能传输效率分析

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统(RWPT)效率问题,运用电路理论建模分析了串串式(SS)模型和串并联混合式(SPPS)模型的等效电路,并推导出相应的传输效率的公式。通过仿真给出了SS模型和SPPS模型的传输效率随距离、负载变化的关系对比图,经过对比分析可知SPPS模型相比于SS模型具有远距离、大负载、高效率的优点,且SPPS模型在不同的传输距离可以通过调整匹配电容值获得较高的传输效率。通过搭建实验平台验证了理论分析及仿真的正确性。     

56 Gbps高速信号传输系统仿真验证设计

新一代高性能计算机的高速信号传输系统采用56 Gbps PAM4信号实现，传输通道跨越多块PCB板和多级连接器，信号完整性设计面临极大挑战。提出了面向全通道的56 Gbps高速信号传输系统仿真验证方案，通过板材参数校准、连接器参数测试、PCB布线模型提取，建立了更接近实际情况的复杂传输通道模型，并进行了全通道协同仿真实验。通过仿真实验与设计优化迭代，成功保障了56 Gbps PAM4高速信号的稳定可靠传输。     

双全桥无线电能双向传输和信息反向传输系统

针对无线电能和信息同时传输问题，提出采用双全桥结构实现电能双向和信息反向传输。首先，建立数学模型，推导电能传输方向和移相角之间的关系。其次，为实现电能反向传输信息，在电能传输主结构上增加新的磁接口传输信息。最后，通过仿真验证了结构的可行性，实现电能双向传输和信息反向传输。     

感应耦合电能传输系统稳定域的分析

感应耦合电能传输(inductive coupled power transfer,ICPT)技术是目前应用最为广泛的无线电能传输技术.应用软开关技术能提高ICPT系统的效率,但同时也带来了多软开关工作点(频率分叉)问题,使系统呈现复杂的动态特性.通过求解极限环的稳定域(region of stability,RoS)可以对其背后的原理进行很好的解释.本文以串联谐振型ICPT系统为例,首先对其建立了分段线性模型与碰撞映射模型,并利用ICPT系统的对称特性将碰撞映射模型进行了简化.通过理论分析,推导出基于二次型李雅普诺夫函数的稳定性判据.设计算法,以稳定性判据为约束条件,RoS体积为目标函数,通过遗传算法实现了RoS的求解.最后通过实例对此方法进行了验证.相比于现有方法,本方法求得的RoS体积更大,从而更好地解释了软开关ICPT系统的动态特性.本文所提出的方法也可用于求解其他分段线性系统的极限环RoS,为这类系统的研究与设计提供了一定的参考.     

多负载感应耦合电能传输系统的传输效率研究

针对多谐振电容补偿的ICPT系统互感模型,研究了多负载条件下ICPT系统的传输效率,推导出多谐振时系统的传输效率计算公式和初级补偿电容Cp的选择方法。以PSSS型多谐振电容补偿结构为例,验证了该理论的正确性,采用该方法能使传输效率得到一定的提高。     

一种可植入光遗传电路中无线供电抑制EMI方法

提出了一种无线可植入光遗传硬件结构。在光遗传实验过程中,生物体体外采用磁谐振式无线能量技术对体内电路进行供电;然而在无线能量传输（WPT）过程中需要借助磁耦合将发射端电能转化成高频磁场,磁场是无线能量传输系统传输电能的介质,其带来的电磁辐射（EMI）问题将对于生物体安全带来威胁;因此,设计了一种改进的展频和谐波抑制无线能量供电电路。首先介绍了系统的工作原理,然后采用电路理论分析了该电路的特性,并设计了发射端与接收端电路并进行了仿真,最后设计了硬件电路样机并在实验环境下按照植入式供电电路电磁兼容标准进行了验证。实验结果表明,所设计的系统能够有效抑制EMI,并能持续稳定对体内植入电路有效供电。     

海洋环境下非接触式电能传输系统的优化设计

对应用于海洋环境中的非接触式电能传输系统进行原理模型、仿真模型与实验模型的搭建.通过理论计算与电路仿真测试,分别对系统的谐振频率等参数进行分析.对密封封装后的系统进行实验测量,验证了模型的正确性.上述方法优化了系统的设计,避免了复杂的实验探测过程.该系统可以连接120 V直流电源,传输400 W左右电能,传输效率达到9...     

双耦合LCL拓扑ICPT系统的强抗偏移方法研究

感应耦合式电能传输(ICPT)系统在线圈偏移时会造成输出功率和输出电压波动,现有的抗偏移方法存在过于依赖系统建模且自适应性较差的问题,且大多没有考虑耦合系数连续变化对系统输出特性的影响。针对上述问题,以基于DDQ线圈的双耦合LCL拓扑ICPT系统为研究对象,提出了一种基于变论域的模糊自适应控制的强抗偏移方法。首先通过电路分析推导出双耦合LCL拓扑ICPT系统的输出功率表达式,得到输出功率与耦合系数及系统参数之间的关系;然后借助有限元分析软件ANSYS对DDQ线圈进行三维磁场建模,得到了耦合系数与线圈偏移量之间的对应关系,在此基础上,以得到的3组偏移量与耦合系数的对应值为数据,并以系统输出功率波动的偏差平方和为目标函数,提出了基于自适应粒子群的ICPT系统参数优化方法,得到输出功率波动最小的一组系统最优参数值,一定程度上提升了系统的抗偏移性能;最后采用基于变论域的模糊自适应控制方法,通过动态调节PID控制系数的修正值实现快速调节负载端电压的目的,以使系统输出较高的功率。仿真结果表明:该方法解决了现有方法存在的自适应性较差的问题,能很好地适应耦合系数连续变化的工况,具有较好的适应性和控制效果,提升了ICPT系统的强抗偏移性能,维持了负载端输出电压的基本恒定。     

Design and analysis of an underwater inductive coupling power transfer system for autonomous underwater vehicle docking applications

We develop a new kind of underwater inductive coupling power transfer （ICPT） system to evaluate wireless power transfer in autonomous underwater vehicle （AUV） docking applications. Parameters that determine the performance of the system are systematically analyzed through mathematical methods. A circuit simulation model and a finite element analysis （FEA） sim- ulation model are developed to study the power losses of the system, including copper loss in coils, semiconductor loss in circuits, and eddy current loss in transmission media. The characteristics of the power losses can provide guidelines to improve the effi- ciency of ICPT systems. Calculation results and simulation results are validated by relevant experiments of the prototype system. The output power of the prototype system is up to 45 W and the efficiency is up to 0.84. The preliminary results indicate that the efficiency will increase as the transmission power is raised by increasing the input voltage. When the output power reaches 500 W, the efficiency is expected to exceed 0.94. The efficiency can be further improved by choosing proper semiconductors and coils. The analysis methods prove effective in predicting the performance of similar ICPT systems and should be useful in designing new systems.     

基于E类放大器的电容耦合电能传输系统参数研究

由于接触式电能传输方式在转轴扭矩测试等特殊环境下使用的局限性,无线电能传输技术越来越受到国内外研究者的重视.分析了E类放大器在电容耦合电能传输系统的工作原理.在E类放大器与CLC调谐电路模型的基础上,基于E类放大器中开关管的零电压开关(ZVS)与零电压变化率开关(ZDS)条件,采用粒子群算法,设计出电路中的各个参数的最优解,并建立电容耦合电能传输系统的电路模型.应用Muhisim电路仿真软件对设计结果进行验证.仿真结果表明:该模型有效提高了机构的带负载能力.     

级联H桥整流器电容电压平衡控制改进算法

直流侧电容电压平衡的问题是级联H桥整流器CHBR(cascaded H-bridge rectifier)目前研究的热点问题.分析并推导了CHBR的电路模型;然后引入单相dq变换,建立了CHBR在此坐标系下的数学模型;分析了一种基于能量交换的CHBR直流母线电压平衡的算法;针对其开关频率高且在负载不平衡时无法正常运行的问题,提出了一种适用于负载不平衡条件下的算法.最后通过Matlab搭建了2级级联的系统仿真.结果表明,该算法可以在负载达到一定不平衡度的范围内较好地平衡各模块的直流电容电压,并且有效地控制系统的有功和无功,实现网侧电压电流同相位运行.     

电压型ICPT系统移相恒流的分析与设计

为了实现电压型ICPT系统输出电压的稳定,在对电压型ICPT系统进行模型推导的基础上,研究了采用移相恒流方式的SS型ICPT系统的各主要参数的关系,并依据推理设计了控制电路,最后设计基于UC3875控制的试验样机进行实验验证。     

低压电力线路载波通信特性的仿真研究

低压电力线路作为信息传输的信道由于不需进行新的通信网络的投资与建没，因而越来越多地受到人们的关注，针对电力线路实际的电气参数，根据电力线理论以及实际电力线路的具体特性，建立了电力线理想等效电路和电力线载波通信的仿真电路模型，根据仿真电路模型利用PSpise仿真软件对电力线路实际的电气参数进行了离线仿真研究，通过仿真研究得出了电力线信道的各个电气参数是如何影响通信质量的，为今后设计实际低压电力线载波通信系统电路及选择电路的有关参数时提供了理论依据。     

低压宽带电力线通信系统建模仿真分析

低压电力线通信技术是实现电网自动集抄的关键技术之一,但电力线作为信号传输通道有着复杂的传输特性和外在噪声干扰.为具体分析电力线信道特性对系统性能的影响,建立基于电力线通信标准中常用的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)调制技术的通信系统模型.系统采用传输线理论计算电力信道的传输函数,同时利用米特尔顿A类噪声模型模拟信道噪声.重点分析了不同的信道噪声、网络拓扑结构、支路负载等因素对信道衰减和系统误比特率的影响.仿真结果表明了通信系统对于信道因素变化的敏感性,为将来低压宽带电力线通信系统设计提供了理论分析基础.     

基于FastICA的低信噪比下L-PLC语音的间断传输

在低压电力线通信（L-PLC）中,多径衰减和信道背景噪声大的问题不可忽视,为此提出了一种基于快速独立分量分析（FastICA）的L-PLC间断传输提升抗干扰能力的方法。在建立L-PLC信道噪声模型的基础上,利用FastICA对强噪声干扰的语音信号进行去噪处理,并对处理后的信号进行话音活性检测,最终获得满足质量要求的语音段。Matlab仿真实验结果表明,在低信噪比环境下,该方法成功实现了有条件的语音信号间断传输,并在一定程度上提高了语音传输质量。     

向无源端网络供电的多端MMC-HVDC控制策略研究

中压直流配电网具有良好的发展前景,本文以贵州电网柔性直流配电示范工程为对象,研究向无源网络供电的多端MMC-HVDC控制策略。首先分析了无源网络的供电特性以及MMC-HVDC向无源网络供电的可行性,研究了基于混合子模块的MMC数学模型,然后搭建了一个向无源网络供电的四端柔性直流输电系统仿真模型并为其设计了相应的双环控制策略。常规的无源端控制器采用定交流电压和频率控制,介绍了虚拟同步发电机的控制原理,结合项目需求,文中同时还设计了采用虚拟同步发电机控制的无源端控制器。最后,利用PSCAD对搭建的多端柔性直流输电系统模型及其无源端控制器的设计进行了仿真验证,仿真结果表明两种控制策略都能实现向无源网络的灵活供电,但基于虚拟同步发电机控制的无源端控制器能减少负荷波动时的频率波动。     

基于单周期控制的Z源光伏并网逆变器的研究

针对传统的光伏并网发电系统存在输出电压低且波动范围大,能耗大,可靠性差等问题,提出了一种基于单周期控制的Z源光伏并网逆变器的设计方案,分析了Z源逆变器的电路结构及特点,详细介绍了Z源逆变器单周期控制策略的实现,并采用Matlab/Simulink建立了仿真模型。实验结果表明,Z源逆变器具有良好的升压作用,降低了对光伏电池电压等级的要求;采用单周期控制技术能够很好地跟踪电网电压,从而实现了单位功率因数。