一种新型双向三电平倍流LCL-T谐振直流变换器

随着蓄能锂电池恒流充电方式的普及,针对双向车载充电机中传统电压源直流变换器不具备自然恒流输出问题,提出一种新型双向三电平倍流LCL-T谐振直流变换器,其由LCL-T谐振结合三电平级联中性点箝位有源桥构成。由于耦合变压器级联的特殊方式,有源桥各子桥臂可独立或并行工作,据此可设计不同的调制方式控制谐振腔输入电压,建立变换器一倍、二倍准恒流模式。为实现双向功率传输特性一致,谐振腔器件参数采用对称设计,进而研究了一种受归一化频率f_n、品质因数Q控制的LCL-T谐振准恒流输出,并考虑无功功率控制和实现开关管零电压开通,设计满足给定准恒流输出精度的输出工况筛选算法。最后通过所搭建的仿真平台和实验样机证明所提变换器在各模式下均能实现给定精度内的准恒流输出。     

基于“损耗-时间”最优的超级电容器充电策略

提出一种基于充电损耗与时间综合目标函数的超级电容器最优充电策略,根据预先提取的电容器“阻-流”特性在线确定不同运行条件下的最优充电电流。对Maxwell 2.7 V/10 F超级电容器单体进行测试,以验证所提策略的可行性。在此基础上,以1 kV/6.7 kW·h的超级电容器为例,通过MATLAB仿真定量分析了充电模式、荷电状态区间以及电容器老化对最优充电性能的影响。研究结果表明：所提策略可在超级电容器不同充电模式、荷电状态区间及老化状态下有效提升系统充电效能。     

基于子模块电容电压允许值的MMC均压控制策略

针对模块化多电平变换器（modular multilevel converter,MMC）传统子模块（sub-module,SM）均压策略存在的开关频率高、开关损耗量多、计算量大等问题,提出基于子模块电容电压允许值的均压控制策略。通过引入电容电压允许值变量,使得SM电压始终在规定的范围内运行,降低了功率器件损耗。与此同时,由于不需要每个控制周期对全部SM进行排序,进一步减少了控制策略的计算量。通过仿真结果验证了所提策略的有效性,可以显著减少单位时间内功率器件的开关次数。     

用于调相机-飞轮储能系统的磁齿轮调速器设计

介绍一种用于新能源场站调相机-飞轮储能的磁齿轮调速器的电磁设计。基于同心式永磁齿轮的运行机理,该调速器通过改变定子绕组电流的频率,在调相机的固定转速条件下,实现飞轮的无级变速及其与调相机之间的功率交换,使调相机在传统的无功调节功能基础上,增加有功支撑的能力。确定了磁齿轮调速器的基本结构和调速、供电频率范围等基本运行条件,采用有限元软件计算和对比具有不同的永磁体布置与充磁方向、调制环和定子槽基本结构尺寸的磁齿轮调速器的电磁性能,并选定内置V形永磁体和一定的调制块厚度、宽度及定子槽形,作为最终设计方案。该设计方案显著提高了磁齿轮调速器的转矩密度,并具有较高的运行效率。     

面向Si/SiC混合器件逆变器全寿命周期安全工作区的多开关模式主动切换策略

基于硅基绝缘栅双极型晶体管(Si IGBT)和碳化硅金属氧化物半导体场效应管(SiC MOSFET)的Si IGBT/SiC MOSFET混合器件采用多开关模式切换策略可使变换器具备应对复杂工况的能力,然而现有切换策略并未考虑器件疲劳老化对模式切换阈值电流的影响,在混合器件老化进程后期极有可能造成器件热失效,进而严重威胁变换器的可靠运行。基于此,提出了一种面向Si/SiC混合器件逆变器全寿命周期安全工作区的多开关模式主动切换策略。基于器件疲劳老化对逆变器最大安全运行电流的影响规律,设计了考虑老化进程的逆变器安全工作区刻画流程。根据安全工作区刻画结果,提出了适用于混合器件全寿命周期的多开关模式主动切换策略。实验结果表明,该策略能够针对混合器件不同老化程度来动态调整开关模式切换阈值电流,从而在器件全寿命周期内保障逆变器的运行可靠性。     

异构无线网络资源管理与切换控制技术

随着通信技术的发展,新型业务逐渐增多,传统的通信网络无法满足各种业务之间巨大的性能需求差异,未来的通信网络逐渐向异构网络进行发展。针对异构网络中资源调配与垂直切换的问题,利用虚拟网络技术与资源虚拟化技术设计了异构网络中的无线资源管理方法,并设计了子网间垂直切换算法。该算法利用层次分析法与熵权法得到各网络参数的综合权值,加权得到各网络的效用值并依此选择最优网络。通过搭建系统平台验证了设计的异构无线网络的有效性,为后续异构无线网络的研究提供了参考。     

不同鉴别阈值条件下SiPM光子计数激光雷达探测模型及性能分析

硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier, SiPM）具有极高的探测灵敏度和响应速度,且在多光子条件下具有较高的动态范围以及线性响应的特性,在光子计数激光雷达应用中有独特的优势。然而,由于SiPM多像元、单时间通道的工作模式,其输出电压信号相较于其他单光子探测器更大概率出现脉冲堆叠现象,不同鉴别阈值条件下的SiPM探测过程更为复杂。针对该问题,本文建立了SiPM光子事件响应模型,以此为基础分析了由脉冲堆叠引发的屏蔽效应和触发效应两种特殊情况的时域分布,最终建立了SiPM半解析的探测概率与虚警概率模型。同时,搭建了基于SiPM探测器的光子计数雷达系统,通过观察实测输出电压波形以及光子点云分布与理论模型相符（R²>0.95）。通过查全率与查准率对不同鉴别阈值的SiPM光子点云分布进行定量评价,并给出最优鉴别阈值区间,这对基于SiPM的光子计数激光雷达系统硬件参数的优化设计以及探测性能的定量分析具有重要的指导意义。     

用于空间BIB探测器的0.3 W@4.2 K大冷量轻量化低温系统

大阵列BIB探测器由于其高量子效率和低暗电流而成为广泛的研究对象,特别是在空间应用方向。如2021年发射的詹姆斯韦伯太空望远镜,它已经进行了许多重要的天文观测。一个稳定、高效、轻量化的液氦温区低温系统对BIB探测器的运行至关重要。氦节流制冷机可取代传统的大容积液氦杜瓦,能满足空间液氦温区的制冷要求。为了同时提高4.2 K的制冷量并减轻重量,提出了一种0.3 W@4.2 K的大冷量轻量化的4.2 K低温制冷系统。并且在现有0.1 W@4.1 K制冷量的低温系统上进行实验,验证了该系统的设计方法。在不同的冷却温度区采用不同的冷却方法,以实现冷却的高效性和轻便性。开发了一个新的集成斯特林制冷机,在80 K时提供高效的一级预冷,制冷量为15 W,重量仅为4.5 kg;二级预冷采用主动活塞调相的15 K脉管制冷机,制冷量为0.9 W。此多级低温制冷系统通过耦合氦气JT循环,可以在4.2 K时提供0.3 W的制冷量,输入功低于1.8 kW。此系统将为正在快速发展的红外天文观测所需的空间BIB探测器提供保障。     

面向蜂巢式微机电陀螺模态交换工作模式的卡尔曼滤波

该文对模态交换工作模式下的蜂巢式微机电陀螺进行了噪声成分分析,并建立了噪声模型。提出采用卡尔曼滤波降低陀螺输出白噪声的方法,从而提升陀螺的静态性能,该方法可用于惯性寻北。实验结果表明,经滤波后陀螺输出在采样时间1 s下与未滤波前的平滑时间100 s下的陀螺输出噪声水平相当。陀螺输出白噪声幅值降低,从而缩短寻北时间。实际应用中,最短寻北时间可由卡尔曼滤波初值收敛后的时间进行标定。     

基于自校准技术的半球谐振陀螺正交误差的辨识补偿

在静电刚度校正技术的基础上,结合自校准算法,该文提出了一种实时辨识补偿正交误差的理论模型,并在两件套平面电极的半球谐振陀螺上进行了理论仿真和实验验证。结果表明,该方法不仅适用于半球谐振陀螺的力平衡和全角两种工作模式,还适用于虚拟进动的情况。此外,该文提出的补偿方法不会影响正交环路的控制精度,且对陀螺检测和驱动电路的增益和相位误差不敏感。