特定输出功率下表皮能量传输系统优化设计

经表皮能量传输系统通过空气间隙中的耦合磁场,将能量由体外一次能量源耦合传输到体内植入的能量二次能量接收端。针对不同的应用情况,提出了指定输出功率下,对系统进行优化的方法。优化理论以传输效率为目标函数,一次二次能量线圈为设计变量,以频率分叉现象和元器件的最大峰值电流和电压作为约束条件。最后使用MATLAB/Simulink对分析结果进行验证。     

无线能量传输负载自适应的频率分叉边界控制

无线能量传输技术是一种新型的电能传输方式,是指相对于传统的利用导线连接的电能传输方式而言,电能从电源到负载的一种没有直接电气接触的能量传输方式,解决了传统导线直接供电的缺陷,是一种安全有效的电能传输方法。目前无线能量传输通常使用补偿电容的工作方式使系统在发射端(原边)与接收端(副边)同时工作于谐振状态,以提高输出能力。前期实验发现,无线能量传输系统的效率受等效负载的影响,选取合适的等效负载可以改善系统的效率。基于此,研究了负载对于系统效率和频率分叉的影响,设计了一个负载自适应控制策略,能够提高系统的能量传输效率,并且保证不出现频率分叉现象。该研究将对无线能量传输系统的可靠设计具有重要指导意义。     

影响共振磁耦合无线输电效率的关键技术研究与分析

正无线电能传输技术作为一种新的电能传输技术具有广泛的应用前景。针对共振磁耦合无线电能传输关键技术进行研究,从频率分裂现象,提高驱动源电压和传输结构三个方面对功率和效率的提高进行介绍,并对结果做了较为详细的分析,为提高无线电能传输功率和效率的研究提供了参考和借鉴。     

基于Quasi-Z源矩阵式变换器电压传输比的研究

为了克服传统矩阵式变换器电压传输比过低的问题,本文提出了基于Quasi-Z源网络的单相矩阵式变换器电路拓扑。采用Quasi-Z源电路拓扑的单相矩阵式变换器的优势在于:在升压的模式下,可以使变换器的电压传输比大于1;允许变换器桥臂瞬间短路或开路,从而提高系统可靠性;在不同输出频率下,通过改变占空比可以得到幅值可控的输出电压波形。本文首先对单相Quasi-Z源矩阵式变换器的工作原理和运行模式进行分析;给出了单相Quasi-Z源矩阵式变换器的状态方程数学模型,在此基础上,推导出了其电压传输比公式。最后通过PSIM电力电子仿真软件来搭建仿真模型,验证了理论的正确性和合理性。     

MCR-WPT系统传输特性研究及传输效率优化

以提高磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统传输效率为主要目标,同时保证系统不发生频率分裂,对系统多个参数进行优化.利用互感模型分析影响MCR-WPT系统传输效率的因素,确定优化参数.从系统输入阻抗的角度分析系统产生频率分裂现象的原因及抑制方法.利用粒子群优化(PsO)算法对影响系统传输效率的因素进行优化,在抑制系统发生频率分裂的同时使系统传输效率达到最大,得到最优解对应的参数值.通过实验证明该方法有效提高了MCR-WPT系统传输效率,对MCR-WPT系统的参数确定具有一定参考意义.     

基于雅可比矩阵修正模型的电压稳定频域分析方法

本文利用Ｌａｐｌａｃｅ变换,提出了一种基于可比矩阵修正模型的电压稳定频域分析方法,证明了时域模型中的Ｈｏｐｆ分叉点和鞍点分叉点对应于频域模型特征方法轨迹的过零点,提出了一种可同时计及Ｈｏｐｆ和鞍发叉发生可能性的电压稳定性频域测度。最后,利用两个多机系统算例进行了验证。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统频率特性分析

基于串串模型,建立了无线电能传输系统的互感模型,通过电路分析得到电压增益的频率特性曲线。通过建立Matlab仿真模型,研究电压增益的频率分裂现象,分析在过励磁、临界励磁、欠励磁3种状态下传输效率的变化情况,得到无线电能传输系统有效传输距离的定义,在该距离内,传输效率衰减不明显。设计制作了无线充电平台,测量3种励磁状态下的电压增益频率特性曲线,验证了互感模型及有效传输距离的正确性。     

有源电力滤波器的频域能量变换模型及其应用

有源电力滤波器(active power filter,APF)的建模问题对其功率变换过程认识及控制器设计有重要意义。基于目前研究广泛的并联电压型APF,建立其等效电压源模型;通过对APF与电力系统间能量交换及功率流动的分析,提出APF频域能量变换的思想,并建立频域能量变换模型;建立其状态空间数学模型,通过变换,证明APF的基波控制分量对频域误差系统呈阻尼特性,从而使APF对频域呈无源性特征,从能量角度解释了APF的工作原理;基于频域能量变换模型提出迭代学习控制策略,并对直流侧电容电压附加PI闭环控制。仿真实验结果证明了该频域能量变换思想及模型的正确性,并验证了所设计控制策略的有效性。     

磁耦合谐振式无线能量传输技术效率分析

详细阐述了磁耦合谐振式无线能量传输技术的原理,建立了系统等效模型并分析得到系统传输效率公式,从而得出影响系统传输效率的因素,具体包括负载阻抗、系统频率、线圈线径、线圈半径、线圈匝数、线圈位置和传输距离。针对理论分析得到的各个影响因素,逐一仿真验证了它们对效率的影响效果,为提高磁场谐振耦合式无线能量传输系统的效率提供了理论依据。     

基于PZT的超声波无接触能量传输系统的研究

给出一种基于PZT的超声波无接触能量传输系统。通过机电等效和类比的方法建立了系统的数学模型。结合声波能量传输理论和电路理论对系统模型进行了分析,推导出控制系数的表达式及输出电压与输入电压之间的关系和负载功率表达式,通过实验研究了负载阻抗与负载功率及传输距离与负载功率之间的关系。当换能器间发生共振时,系统能量的传输达到最大值;当系统参数和传输距离一定时,负载功率的大小随负载的变化而变化,并存在一个最大值;负载功率和系统效率随传输距离的变大而减小。理论分析和实验证明,将超声波作为媒介可以摆脱隔板电能传输的局限性,在一定有效距离范围内进行无接触电能传输。     

非接触电能传输系统频率分叉现象研究

效率是非接触电能传输系统研究的一个热点,适当的二次侧并联补偿电容能够提高系统的效率,但加入二次侧补偿电容容易使系统进入多谐振频率状态.本文从非接触电能传输系统的高阶数学模型出发,描述了频率分叉现象,并且用数值方法界定了分叉区域.文章最后提出了一种在频率分叉现象下的二次侧并联补偿电容选择方法,实验证明基于这种方法选择的并联补偿电容能使系统传输效率显著增大.     

考虑风-储-直参与调频的电力系统频率特征定量分析

以风电、储能、柔性直流输电为代表的高比例可再生能源和大量电力电子设备的并网,使得电网中传统火电的比例下降,这将在一定程度上影响电力系统的频率稳定性。为定量分析风电、储能、柔性直流输电系统参与调频下电力系统的频率特征,首先提出多种调频资源参与调频下的电网频率特征定量分析总体思路,建立风-储-直调频频率响应模型。然后基于频率特性传递函数对电力系统稳态频率偏差、初始频率变化率、最大频率偏差和频率安全裕度进行理论推导;且定量分析了稳态频率偏差变化规律以及惯性时间常数、辅助调频单元控制比例系数对频率稳定性的影响,并计算稳态频率偏差与功率扰动的关系。最后,基于仿真软件验证了所提分析方法的可行性和有效性。仿真表明所提方法可有效定量分析电力系统频率特征,可为双高电力系统下电网频率安全稳定运行与控制提供指导依据。     

独立光伏系统恒压工作模式下最优工作区的选择

独立光伏系统中,当光伏电池输出的电能超出蓄电池和负载所需时,系统会过渡到一种非常重要的工作模式,即恒压工作模式.恒压模式下,对应同一负载,光伏电池存在2个工作点,分别位于最大功率点的左侧和右侧,即光伏电池 i-u 特性曲线的电流源区和电压源区.对这2个不同工作区域内光伏系统的稳定性进行了分析,提出了相应的控制方式.首先对光伏电池进行线性化处理,推导出光伏电池的线性化等效模型,并建立了整个系统的数学建模,在频率域内对不同工作点处系统的稳定性进行了分析.结果表明,恒压工作模式下,独立光伏系统工作于光伏电池的电压源区时,具有更好的稳定性.搭建的仿真模型在时域内验证了上述分析结果的正确性     

含MMC的交直流输电系统短路电流统一求解方法

针对含模块化多电平换流器(MMC)的交直流输电系统短路电流水平校核问题,在考虑MMC的运行方式和控制系统的基础上,建立了MMC交流侧故障模型。在对比分析了同步机电源和MMC输出短路电流的机理后,通过近似求解并网点(PCC)处电压将MMC交流侧故障模型简化为电流源模型以实现PCC处电压和MMC输出电流之间的解耦。对支路进行合理编号并筛选出电源支路和待求短路电流所在无源支路,基于电网络理论将联络节点构成的无源网络用混合参数表征,经推导得到了含MMC的电网短路电流计算的统一求解方法。不同工况下的仿真结果表明,通过建立各控制策略下的MMC交流侧故障模型,所提算法能准确统一求解不同MMC交流侧故障下的短路电流,可用于含MMC的交直流输电系统的设备选型和保护系统设计。     

干扰因素下无线电能传输频率控制算法研究

为了提高无线电能传输WPT(wireless power transmission)负载端接收功率以及效率,增强传输的稳定性,研究无线电能传输系统过耦合干扰因素下无线电能传输频率控制算法,解决在该种干扰因素下频率分裂引起的传输功率下降问题。采用自适应频率跟踪WPT系统,依据DSP控制DDS(direct digital synthesis)自动调节输出频率,完成无线电能传输频率的自适应跟踪控制。采用改进粒子群优化算法,以进化因子和时间变动为依据进行自适应调整粒子的惯性权重和学习因子,提高粒子寻求最优解的速度和粒子算法的搜索力,获取无线电能传输系统功率和效率的最优值,增强频率跟踪的速度和精度。结合Zigbee,向DSP中植入改进粒子群优化算法,控制无线电能传输系统射频源频率,完成无线电能传输系统功率和效率同步频率跟踪,增强过耦合运行状态下无线电能传输负载端接收功率及效率。实验表明,该控制算法可在临界耦合点前提高无线电能传输系统整体功率,且能提高无线电能传输系统效率,系统发射端频率得到平稳控制,性能得到改善。     

一种典型电力系统模型的电压稳定分岔分析

基于Walve综合负荷模型,采用非线性动力学理论中的分岔分析方法,对一种典型电力系统模型进行了电压失稳机理研究。研究结果表明该系统有4种引起电压失稳的方式：鞍结分岔导致电压单调失稳, Hopf分岔导致电压周期振荡或低频振荡失稳,倍周期分岔走向混沌引起电压失稳,吸引子共存、状态扰动改变运行状态导致电压失稳。研究结果还表明相邻母线的负荷相互作用将对电压稳定的定性定量性质产生影响;保证电压稳定的控制措施应首先考虑较低电压等级母线负荷的调整,条件许可时限制本地发电机的出力也不失为一种避免电压振荡失稳的方法。     

10kV系统中智能万用变压器建模及DSP控制

智能万用变压器(IUT)是一种含有电力电子变换器且通过高频变压器进行磁耦合实现电力系统中的电压变换和能量传递的新型电能转换设备。其突出特点在于它可以实现对变压器原副方电压幅值和相位的灵活控制,它能使系统具有更高的稳定性,实现更加灵活的输电方式,整合各种交直流分布式电源,以及实现电力市场下对功率潮流的实时控制。提出一种智能万用变压器的电路拓扑结构,搭建了变压器模型,着重分析了变压器的电压、功率、频率的控制原理,并以此提出了10kV系统中智能万用变压器的控制策略,用DSP芯片TMS320C28343对PWM信号进行控制,做出了Matlab/simulink仿真,仿真结果表明,该控制策略对10kV系统的电压、功率、频率控制效果良好,改善了电压特性,提高了系统的稳定性。     

光伏减载驱动新能源同步机参与电力系统调频的研究

大规模新能源发电并网降低了系统惯性和一次调频能力。新能源同步机(MGP)可以提供无延时的、真实的旋转惯量。介绍了新能源经MGP并网的系统结构和惯量水平,计算了MGP对初始频率变化率(ROCOF)的抑制作用。然后基于光伏(PV)驱动MGP并网的直流电压反馈控制策略,提出了一种定减载率控制算法,并引入频率反馈环,形成PV调用有功储备驱动MGP参与电力系统调频的综合控制策略。通过3机9节点仿真系统对减载控制算法进行验证,并进一步对比了源、网两端功率波动下PV采用不同方式并网参与系统一次调频的效果。结果表明,在综合控制策略下PV经MGP并网能为系统提供更强的频率支撑。     

单线电能传输的实验研究

研究了由两个特斯拉线圈构成的小型单线电能传输系统,介绍了该系统的基本组成与设计参数,重点研究了系统在不同负载和不同传输距离情况下的电压增益频率特性,发现系统具有两个不同的谐振频率,随着传输距离的改变,系统的两个谐振频率会发生偏移。在传输能力方面,以信号发生器作为高频电源,当系统的传输距离为20m时,依然可以点亮LED,证明了单线电能传输的可行性。实验还发现,金属障碍物并不会影响系统的电压增益。利用海水代替单根导线进行实验,发现借助海水也可以进行电能传输,这为向海岛输送电能提供了新的可能。最后,分析了系统中存在的能量损耗和谐振频率偏移问题,并提出了相应的解决方案。     

光储联合发电系统建模及并网控制

大型光伏系统并网具有随机性强、波动幅度大以及电能质量不稳定等问题。建立了光储联合并网发电系统动态模型,提出了改善暂态电压稳定性和平抑功率波动联合发电控制策略。光伏单元采用了基于功率变化率最大功率控制算法及其定有功、无功双环解耦控制策略;储能单元利用电压和频率的设定值同测量值比较,从而得到功率控制参考值,通过对功率以及电流环的解耦控制实现同步并网。仿真验证了模型及其协调控制策略的有效性。