无线电能传输系统最大效率跟踪控制研究

无线电能传输(WPT)系统的互感和负载在实际工况中会发生变化,进而影响系统传输效率。为了在变互感和变负载工况条件下提高系统效率,提出了一种基于输出端级联Buck-Boost变换器的最大效率跟踪控制方法。首先,建立WPT系统等效电路模型,得到互感估计表达式,并推导出系统效率与互感和负载电阻的关系。然后,在输出端级联Buck-Boost变换器拓扑的基础上,研究将系统等效电阻变换为最佳电阻的控制方法,以提高系统效率。最后,搭建实验平台进行验证。实验结果表明,在互感由19μH变化至45μH(耦合系数为0.1～0.25),以及输出电压由16 V变化至48 V的工况条件下,提出的方法能够使系统工作在最大效率点,相比于未采用该方法时,系统效率实现了最大4.79%的提升。     

无线电能传输系统中有源阻抗匹配网络断续电流模式最大效率跟踪研究

针对无线电能传输系统(WPT)中传输效率对耦合系数、负载变化敏感的特点,该文提出一种基于断续电流模式(DCM)有源阻抗匹配网络的最大效率跟踪方法。首先,分析不同DCDC变换器输入阻抗表达式,证明了DCM模式Buck-Boost变换电路阻抗匹配的优越性。其次,给出了一种基于耦合系数辨识的最大效率跟踪控制策略,无需负载实时监测及进一步跟踪控制,即可在较大负载变化范围内使系统传输效率实现最大化并保持稳定;耦合系数变化时,系统也可根据发射接收侧电压电流信息实时辨识耦合系数并通过接收侧变换器占空比调节实现自适应最大效率跟踪。最后,利用实验验证了该方法的可行性和有效性,并且在动态响应、提高传输效率等方面有明显优势。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统最大功率效率点分析与实验验证

针对在磁耦合谐振式无线电能传输系统中频率偏移是否会对负载接收电能的最大功率和效率点产生影响的问题,综合考虑线圈谐振频率、耦合因数、电源和线圈内阻,利用互感耦合理论对电能传输系统进行建模分析,给出系统传输功率和效率的计算方法,得出了过耦合范围内随着频率分裂最大功率点和最大效率点的不一致性的结果。最后设计了基于磁耦合谐振技术的无线电能传输装置,实验结果与理论分析具有较好的一致性,证明了理论分析的正确性,也为进一步研究频率跟踪及其优化控制提供了有益的参考。     

磁谐振无线电能传输系统的最大效率分析

磁谐振无线电能传输系统由于具有传输距离中等、效率较高等优点而得到广泛研究。本文利用互感耦合模型,推导出磁谐振无线电能传输系统的最大传输效率表达式,并指出系统工作频率选择、电源匹配、负载匹配是决定系统能否获得最大传输效率的三大要素。通过引入强耦合系数的概念,得出强耦合系数是决定系统最大传输效率的关键物理量。设计制作了一台实验样机,验证了前述分析的正确性。     

磁耦合双模无线电能传输系统研究

磁耦合感应式无线电能传输(MCI-WPT)感应区域传输效率高,而磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)谐振区域传输效率高,为解决两者优势不可兼得的问题,提出磁耦合双模无线电能传输(MCB-WPT),引入转换开关组,实现磁耦合无线电能传输系统拓扑结构可控,使其可工作在MCI-WPT和MCR-WPT双模式下,在一定范围内,实现最佳能量传输。建模分析MCI-WPT与MCR-WPT传输效率与传输距离的关系;提出MCB-WPT方案,建立其传输效率模型,并给出MCB-WPT系统设计方法和控制策略。实验证明,MCB-WPT在感应区域和谐振区域均可获得较高传输效率。     

双中继无线电能传输系统建模及传输效率分析

针对双中继无线电能传输系统,采用互感耦合理论对其进行建模分析,通过理论与仿真相结合的方法,进一步分析系统传输效率与耦合系数及接收线圈匝数之间的关系,对于具体的无线电能传输系统,探讨了不同传输距离下的最优化线圈匝数设计理念,为双中继无线电能传输系统的设计及效率优化方法提供了理论依据。为了验证理论的正确性,本文设计了与仿真系统参数相同的实验系统,更好地验证了理论分析的正确性,即针对确定的无线电能传输系统,存在唯一线圈匝数,使得传输效率最大化。     

磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制研究

采用频率为100~500 kHz的高频逆变器为无线电能传输(WPT)提供高频交流电源,并基于此研究了WPT的频率跟踪控制以解决频率失谐带来的不良影响。通过理论分析得出,当磁耦合谐振式WPT采用SS或SP拓扑时,可以直接跟踪发射端电流频率,而对于接收端电流,需先将其经过一定处理才可作为被跟踪的信号。经过仿真得出,即使起振频率偏离系统固有谐振频率,直接跟踪发射端频率后也能使电路的工作频率稳定在固有谐振频率,而直接跟踪接收端电流时,电路的工作频率偏离固有谐振频率较远。在理论分析和仿真研究的基础上,实验验证了直接跟踪发射端电流频率的WPT。     

无线电能传输系统中影响传输功率和效率的因素分析

射频功放模块是无线电能传输系统的重要组成部分,它的输出功率的大小直接决定了无线电能传输系统的传输功率。阻抗匹配是射频功放模块功率有效输出的必要条件,因此阻抗匹配对无线电能传输意义重大。本文理论分析了无线电能传输系统的等效阻抗以及影响阻抗值的因素。并针对无线电能传输系统阻抗特性提出了五种不同的调节阻抗的方法,并分析了其对无线电能传输系统的传输功率和效率的影响。最后进一步通过实验证实了所提参数对系统功率和效率的影响,为提高无线电能传输功率和效率提供了参考和借鉴。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率特性

针对磁耦合谐振式无线电能传输技术的传输效率随着发射设备与接收设备距离的变化而波动的问题,采用频率特性的新方法分析无线电能传输系统得到了对实际系统设计具有关键指导作用的结果,其中包括频率分裂特性和最大传输距离.利用频率分裂规律对不同距离的效率进行频率跟踪补偿可以提高系统传能效率.通过设计的相关的实验电路验证了频率分裂特性与系统最大传输距离(临界耦合点)理论分析的正确性,为提高无线电能传输功率和距离提供有效的参考.     

磁耦合谐振式无线电能传输系统频率跟踪研究

采用SS补偿结构的磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统工作在过耦合区域时的频率分裂现象会导致基于逆变器输出电压和初级电流的频率跟踪方法无法始终跟踪固有谐振频率,从而降低系统的传输效率。在此分析了系统工作在过耦合和欠耦合情况下逆变器输出电压和次级电流的相位关系,设计了采用锁相环(PLL),基于逆变器输出电压和次级电流的频率跟踪实验方案。实验结果表明采用基于逆变器输出电压和次级电流的频率跟踪方法可以在任何互感和负载条件下始终跟踪系统的固有谐振频率而不受频率分裂现象的影响,从而提高系统的传输效率。     

电动汽车无线充电系统的有源磁屏蔽研究

为了降低电动汽车无线充电过程中车身周围的磁感应强度,本文提出了一种有源线圈屏蔽的方法.首先,建立了有源磁屏蔽系统和无线充电系统的联合模型,推导了有源磁屏蔽系统的理论方法及设计步骤.然后,通过有限元仿真验证了该有源磁屏蔽方法的有效性,最后,设计了一套3.3 kW无线充电系统的有源磁屏蔽台架,成功实现了电动汽车无线充电系统...     

A coil layout of wireless power transfer systems based on multicoil arrangement for underwater vehicles

This paper proposes an optimal coil layout of wireless power transfer (WPT) systems for underwater vehicles (UVs). The power supply station adopts a multicoil arrangement with a double layer, and the UV also uses two receiving coils. The proposed WPT system for UVs has a reasonable advantage, where it does not request to adjust the relative position of coils. This paper experimentally discusses an optimal coil layout based on measurement results of a coupling coefficient. As a result, the proposed coil arrangement with the geometry rule realizes a certain power transfer under any positions and directions of UVs.     

Matching capacitance and transfer efficiency of four wireless power transfer systems via magnetic coupling resonance

Matching capacitance determines the resonance and resonant frequency for a given wireless power transfer (WPT) system. Theoretical solutions for matching capacitance are essential to designing and controlling a coupling system in resonant status and to ensuring that the system operates under high power transfer efficiency. This paper deduced all the analytical expressions of matching capacitance to achieve magnetic resonance for four classical circuitries when considering the coils' resistances. Our results showed that there are several kinds of capacitance matching methods for each circuitry to achieve resonance. Matching capacitances, different from those in the existing literatures, make the system really operate under the magnetic coupling resonance. In literatures, the capacitance at the receiver side compensated only the self‐inductance of the receiver coil and the system except series to series did not operate in the resonance state. Furthermore, the resonance conditions in applications were then given. Accordingly, the expressions of resonant WPT efficiency were presented. These expressions revealed how the underlying factors besides matching capacitance affect the power transfer efficiency, and provided easy access optimizing circuit parameters for high transfer efficiency. Four kinds of circuits were compared through theoretical analysis, calculations and experiments. Experimental results verified the theoretical solutions. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

电场耦合式无线供电技术研究

通过对电场耦合式无线供电技术原理和电路模型的研究,对其传输功率和传输效率的影响因素进行分析,提出了变频法、阻抗变换法、串联回路谐振法和综合法等提高其传输功率和效率的方法。对各种改进方法通过Multisim进行电路仿真验证。     

Improvement of equivalent magnetic coupling coefficient of wireless power transfer system with multiwinding transmission coil

This article proposes a novel method of improving the overall coupling coefficient of a wireless power transfer system by using a four‐winding transformer of which two pairs of windings each are connected in parallel in the primary side and secondary side. By weakening the coupling coefficients k_c between the parallel windings, the overall magnetic coupling between the primary side and secondary side of the transformer is improved. In order to confirm the validity of the proposed method, a conventional high‐k_c four‐winding transmission coil and the proposed low‐k_c four‐winding transmission coil are experimentally assessed. Then, the coils are introduced into a nonresonant inductive power transfer system utilizing a dual active bridge converter in order to confirm the correction of the input power factor. As a result, the overall magnetic coupling of the proposed four‐winding coils was found to be improved by 17% compared with the overall magnetic coupling of the conventional coil. Moreover, the input power factor for the entire load is corrected with the proposed four‐winding coil. Therefore, a low k_c is effective in improving the overall magnetic coupling.     

基于纵横交叉算法的波浪发电装置最大功率跟踪控制

针对波浪能最大功率点跟踪控制中,浮子水动力模型的非线性,使传统群智能算法存在局部最优问题,提出纵横交叉算法(CSO)控制方案。CSO的纵向交叉算子,在纵向交叉概率判定下进行个体维变量间的算术交叉,保证种群能够脱离局部最优状态; CSO的横向交叉算子完成个体间的随机配对与算术交叉,并将解空间全体分割成若干个子空间,每个子空间以配对个体为对角顶点,搜索子空间内部及邻域,实现精细的局部搜索能力。通过纵、横交叉算子的交替作用,任何有益于实现全局最优的信息,都将被迅速地分发到种群的各变量中,用以改变搜索路径。仿真表明,在波浪周期发生变化时,纵横交叉算法能够实现最大功率点跟踪,并提高收敛速度。     

蚁群算法优化RBF神经网络的光伏发电MPPT

针对如何提高光伏电池最大功率点预测跟踪精度的问题,讨论了光伏电池非线性输出特性。在此基础上,建立基于RBF神经网络的光伏电池最大功率点预测跟踪模型,以光照强度和温度为模型的输入,光伏电池的最大功率点电压为模型输出,并将RBF神经网络的中心参数采用蚁群算法进行优化,从而实现最大功率点预测跟踪。仿真结果表明,该方法比传统的RBF神经网络方法具有更高的预测精度,能更好地预测跟踪光伏电池的最大功率点。     

基于无线电能传输技术的电动汽车V2G系统关键参数监测技术

将无线电能传输技术应用于电动汽车入网(V2G)领域具有重要的研究价值及实用价值。对双向无线电能传输系统的原理进行了分析,在此基础上针对影响系统能量传输方向的相角差和影响传输效率的电压比展开了分析;进一步提出在次级侧与主功率线圈同轴安装探测线圈的方法对上述两参数进行实时监测,给出了参数的获取方法,并设计了仿真与实验验证所提方法的可行性。     

基于多种群遗传算法的波浪发电最大功率跟踪控制

波浪发电系统遗传算法最大功率点跟踪过程中,因群体中的所有个体较快趋于单一化而停止进化,导致难以获得最优解,为此引入多种群遗传优化新算法。在初始阶段,新算法引入多个种群同时进行搜索,并对每个种群赋予不同的交叉、变异概率,使算法能够兼顾全局与局部搜索;同时加入用于维持种群间联系的移民算子及可用来建立精华种群的人工选择算子,并以精华种群作为算法收敛的判据。仿真结果表明,与传统遗传算法相比,该算法能够提高波浪发电系统的波浪能捕获率。     

电动汽车化学电源的研究进展

介绍车载化学电源的种类、研究状况与发展方向,指出化学电源既是现阶段电动汽车研发的技术瓶颈,也是未来电动汽车产业理想的终端产品。