基波—谐波双通路并行感应式能量与信号同步传输技术

为解决现有感应耦合电能传输(ICPT)系统的能量与信号同步传输时存在的输出电压波动大以及系统稳定性差等问题,提出一种新型基波—谐波双通道并行感应式能量与信号同步传输技术,通过改变基波能量通路和谐波能量通路功率分配,在不影响系统谐振的前提下,实现了在较高系统效率下的能量与信号同步传输,同时还具备在信号传输过程中的系统输出电压与负载无关的稳定无波动特性,为该项技术的发展提供了新思路。最后,通过实验验证了理论正确性与技术可行性。     

基波—谐波双通路并行感应耦合电能传输系统的电磁耦合机构

为解决现有基波—谐波双通路并行感应耦合电能传输(ICPT)系统研究采用双通路电磁耦合机构分离式设计导致体积较大、抗偏移特性较差等问题,提出了一种双通路正交DD电磁耦合机构,可实现基波能量通路与谐波能量通路电磁解耦。首先,对该电磁耦合机构的解耦机理进行分析,并利用Maxwell仿真软件对其结构参数进行优化分析,同时给出了优化设计方案,之后对双通路正交DD电磁耦合机构的横向和纵向偏移度进行分析,最终搭建系统实验平台对理论分析进行验证。实验结果表明,该电磁耦合机构发生横向或纵向偏移时,均可实现基波能量通路与谐波能量通路两通路之间的电磁解耦,验证了该电磁耦合机构的可行性与抗偏移特性。     

双LCL补偿ICPT系统双谐振点特性及最大输出功率研究

针对LCL型感应耦合电能传输(inductive coupled power transfer,ICPT)系统在全谐振状态且处于轻载工作模式时,逆变器输出电流波形畸变和稳态输出功率较小问题,推导分析双LCL补偿ICPT系统双谐振点特性,并基于该特性,提出一种在轻载时将系统频率切换至次谐振点的系统工作模式。在有效避免输出电流波形畸变的同时,实现了系统在变负载条件下的最大功率输出。论文首先分析单LCL网络特性,进而在双LCL补偿ICPT系统的基础上分析得到系统的两个谐振点,并且验证次谐振点可有效消除电流波形畸变的问题;接着,通过公式推导和软件仿真得到系统输出功率以及效率与负载和频率的关系;最后,通过仿真和实验,对双LCL补偿ICPT系统双谐振点工作特性、最大输出功率进行验证。     

基于双LCC谐振的无线电能传输系统设计

无线电能传输(WPT)技术具有便捷、安全、无空间限制的优点,基于双LCC谐振补偿的感应耦合式电能传输(ICPT)系统,因其较高的功率因数、输出电流与负载无关的优点,逐渐成为电动汽车行业的研究热点。针对双LCC型ICPT系统效率优化,此处建立互感等效电路模型,根据系统谐振条件,由基波分析法推导电容参数与软开关(ZVS)实现的关系,提出优化初级电容的系统参数设计方案,实现逆变桥ZVS以提高系统效率。最后设计搭建一台基于双LCC谐振拓扑的3.3 kW样机进行实验,实验结果验证了理论分析的正确性。     

感应耦合电能传输系统输出功率调节方法

高效调节输出功率是感应耦合电能传输系统的关键问题之一。文章分析了调幅、调频、移相以及能量注入控制四种基本功率调节方法的工作原理及其特征。根据移相控制改变逆变器移相角调节输出功率的特点,提出了一种新型基于谐波的移相控制功率调节方法,推导了从基波切换为各次谐波的移相角以及各次谐波工作下合理的移相角范围。该方法采用谐波替代基波传递功率,在输出同样功率情况下可降低器件开关频率。本文以3次谐波为例,通过实验验证了新型功率调节方法的有效性。     

计及信号与电能同步传输影响的ICPT系统谐振参数优化方法

针对信号与电能同步传输的感应耦合电能传输(ICPT)系统中信号耦合线圈对电能传输效率影响的问题,基于LCLP型ICPT系统谐振拓扑结构,利用在原、副边增设耦合线圈对信号进行加载和拾取,实现了信号与电能的同步传输;通过分析原、副边电流的关系,利用耦合变压器、信号发射耦合线圈和信号接收耦合线圈的互感反射阻抗,建立了信号耦合线圈与电能传输效率之间相关联的非线性规划模型,分析了信号耦合线圈对传输效率的影响,给出了相对应的电能传输效率目标函数和约束条件,在此基础上利用自适应粒子群优化算法对谐振补偿参数进行优化,并进行了仿真验证。仿真结果表明相较于同类型信号传输方法,优化后的系统信号传输误码率有所降低,电能传输效率有所提高;波特图表明优化后的信号传输电路并未对电能传输造成较大影响,负载处谐波畸变率有所降低。     

采用CCL/LCC复合谐振网络的电流型ICPT系统

为实现感应耦合电能传输(ICPT)系统在负载及气隙变化时的输出电压和工作频率恒定,提出了一种采用CCL/LCC复合谐振网络的电流型ICPT系统。首先,在基波条件下,依据变压器漏感模型建立系统等效电路,得到了输出电压增益与输入阻抗的表达式;然后,通过系统参数优化设计,推导出了动态负载下系统恒压供电和谐振工作频率稳定的条件。另外,当气隙变化时,利用动态调谐技术重新补偿耦合电感,可使得输出电压和工作频率在气隙变化前后保持不变。系统特性分析表明,所提出的CCL/LCC复合谐振网络电流型ICPT系统,在负载和气隙变化时可以保证输出电压和工作频率稳定。最后,实验验证了理论分析的正确性和有效性。     

一种基波电流补偿高次谐波电流的LCCL谐振结构参数设计方法

针对现有对称型LCL谐振结构引起电磁感应式无线电能传输(ICPT)系统逆变器功率管非零电流关断问题,提出了一种LCCL谐振结构基波电流补偿高次谐波电流的方法。摒弃了传统对称型LCL谐振结构保持输入、输出阻抗呈现纯电阻特性的思路,通过采用基波无功电流的超前输入电压相位来补偿高次谐波电流落后输入电压相位的方法,提出了一种四阶LCCL谐振结构参数设计方法。所提出的方法可以实现ICPT系统逆变环节的零电流关断。针对所提出的LCCL谐振结构参数设计约束条件较多、设计过程较为困难的问题,提出了非线性规划求解LCCL谐振结构参数方法。对所提出的方法进行了仿真与实验分析。仿真和实验表明,采用所提LCCL谐振结构参数设计方法,在ICPT系统逆变器关断瞬间,功率管进入反并联二极管续流状态,通过功率管的电流瞬时值为0,实现了ICPT系统逆变模块的零电流关断。     

一种新型中性点有源接地补偿系统的建立与实验

针对传统的无源消弧线圈不能补偿配电网故障电流的有功分量和谐波分量,无法保证残流在规定范围之内,容易产生弧光接地过电压等问题,设计了一种基于双逆变器的新型中性点有源接地补偿系统。该系统由测控系统和补偿系统构成。在电网正常时,测控系统通过不对称电压法与恒频注入法综合计算得到接地故障电流的基波无功分量与有功分量;在电网发生单相接地后,检测流过中性点的故障电流,利用快速傅里叶算法提取出谐波分量,然后迅速投入补偿系统进行输出补偿。补偿系统主要由双逆变器构成,分别用于补偿接地故障电流中的基波分量、有功分量以及谐波分量,达到故障电流的全补偿、零残流的理想效果。计算机仿真与逆变器实验验证了以上设计的可行性和有效性。     

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...     

基于LCC的磁谐振无线电能传输发射端补偿技术

为实现磁耦合谐振式无线电能传输系统最大化功率传输,提升整机效率,提出了一种基于LCC三阶补偿网络结构的保持发射端线圈电流恒定的方法,此方法不受接收端反射阻抗影响,实现了电磁感应式无线电能传输(ICPT)系统发射端与接收端解耦设计。同时,提出了LCC补偿网络的数学模型及其参数设计方法。在不增加元件的情况下,采用LCC网络的输入基波电流补偿LCC网络的输入高次谐波电流的方法,在功率管关断瞬间,降低通过功率管的电流瞬时值,实现了高频逆变器的零电流关断,减小了功率管的开关损耗和开关应力,提高了ICPT系统的整体效率。最后,对所提方法进行了仿真分析和实验验证。仿真和实验结果验证了所提模型和参数设计方法的正确性和可行性。     

具有谐波治理功能的虚拟谐波电阻型储能逆变器控制策略

传统的储能逆变器在进行谐波治理时只能补偿指定的非线性负载产生的谐波电流,无法降低电网中原有的谐波含量。为此,分析了并联电阻对并网点处谐波电压以及系统谐振的抑制作用,提出了虚拟谐波电阻型储能逆变器的控制策略。对于基波而言,储能逆变器仍能实现正常充放电功能;对于谐波而言,控制储能逆变器输出与谐波电压幅值成比例、相位相反的谐波电流,此时逆变器相当于一个虚拟谐波电阻,可以吸收谐波功率并抑制并网点处谐波电压。在考虑谐振的情况下采用扰动观察法自动调节虚拟谐波电导值,使得储能逆变器最大化吸收谐波功率。仿真和实验结果表明,虚拟谐波电阻型储能逆变器能在正常充放电的同时实现良好的谐波治理功能。     

基于电流控制电压源的并联三相变流器环流抑制控制方法

三相变流器并联运行能提高系统可靠性和传输容量,然而并联结构为环流提供了流通路径,可能导致供电质量降低,运行损耗增加,为此必须采取措施抑制环流。本文以变流器作为电流控制电压源,通过增加环路等值阻抗的方法抑制环流。经分析可知,变流器输出电压不对称及线路参数不对称引起的零序环流和谐波环流流经相同的路径,采集并联变流器系统环流,经转移阻抗计算得到输出电压,并与正常运行时的控制系统输出电压叠加,环流回路相当于增加了该转移阻抗。仿真结果表明,采用该方法且转移阻抗选择纯电阻时,零序环流和谐波环流均能进行有效抑制。     

Drawbacks of impedance networks

This paper presents the influence of voltage‐fed impedance networks, known as Z‐source and quasi–Z‐source, as well as some more sophisticated networks on the static and dynamic properties of voltage source inverters. The impedance networks increase output voltage distortions with the second harmonic of the fundamental harmonic and decrease the power efficiency. The distortions of the output voltage increase for the discontinuous current mode of the impedance network. The DC voltage boost factor depends on the impedance network power losses. The impedance networks add 2 resonant frequencies that are very close each other to the control transfer function of the inverter in the frequency range that is close to the fundamental frequency. The influence of the impedance network on the control transfer function depends on the effective damping resistance in the impedance network. The impedance network operation during the “shoot‐through” time increases the damping of the inverter output filter. The effective damping resistances and the inductance of the coils depend on the power losses in the magnetic materials. Theoretical models along with experimental verification can help to estimate the real influence of impedance networks on the inverter properties.     

基于变结构模式的宽负载恒压感应耦合电能传输系统

为解决感应耦合电能传输(ICPT)系统受扰动和负载电阻变化较大情况下电压不稳定问题,研究了两种类型拓扑结构的能效关系,分析了并联—串联(PS)和串联—串联(SS)型拓扑结构的输出电压、输出功率、输出效率和频率稳定性以及负载适应能力。基于变结构模式给出了对于不同类型负载,应用不同拓扑结构的方案。对切换条件进行了详细分析,给出了保证切换安全有效的方案。为了验证变结构模式的有效性,采用两种差距极大的负载,分别在电压型和电流型ICPT系统下测量其输出电压。实验结果表明,变补偿结构模式适用于ICPT系统的宽负载恒压控制。     

基于多电平逆变器的感应加热双频率输出设计

为了提高双频率感应加热设备的电源利用率,对基于多电平技术的双频感应加热的电压输出问题进行了研究。采用阶梯波近似模拟所需双频信号的合成波形,依据近似波形构造逆变器的输出电压波形。利用输出波形的傅里叶展开式,建立以逆变器触发延迟角为自变量的频率信号幅值方程。基于方程的求解结果,对所构造的输出电压信号和相同电平数的常规多电平信号进行基波调制系数及3次谐波调节范围的对比分析、所构造的输出电压信号具有更大的谐波调节范围。采用二极管钳位H桥逆变器拓扑,设计了实现所构造电压信号的逆变器触发方式,并兼顾考虑了逆变器分压电容的电压均衡问题。逆变器的仿真与实验结果验证了所提逆变器触发方式的有效性及对所构造信号计算分析的正确性。