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。     

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。     

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.     

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。     

电磁耦合谐振式无线电能传输系统性能研究

建立串联-并联补偿方式的电磁耦合谐振式无线电能传输系统平台,研究系统传输效率和输出功率与线圈距离、系统频率及负载电阻的关系。采用Matlab对所搭建的模型进行仿真,得到不同距离、频率和负载情况下效率和功率的变化情况,发现当系统频率为谐振频率时,输出功率最大,同时负载电阻对系统传输效果也有影响。搭建电磁耦合谐振式无线电能传输系统,通过实验验证理论和仿真结果的准确性,为系统的优化设计提供参考。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统功效失步优化EI北大核心CSCD

针对磁耦合谐振式(magnetic coupling resonant,MCR)无线电能传输(wireless power transmission,WPT)系统输出功率与传输效率数量级不匹配以及功效同步优化策略需特征融合Pareto最优解的问题,提出功率效率特征缩放的熵值法,以此对Pareto解集特征融合求权重,得到失步状态下的改进功效同步优化目标函数,实现输出功率与传输效率的同步提升。首先,通过确定影响双线圈MCRWPT系统输出功率和传输效率Pareto最优解的参数,采用所提出的熵值法对差分进化算法(differential evolution,DE)的目标函数进行改进。然后,基于功效工作特性和DE算法对改进的失步条件下的系统功效模型优化,模拟输出功率和传输效率随参数的变化。从仿真结果可知,双线圈MCRWPT系统的输出功率和传输效率同时都得到了提高。最后,通过实物系统搭建验证改进失步功效模型方法的有效性。     

基于混沌量子蜂群优化SVR的多峰MPPT算法研究

针对局部阴影条件下光伏阵列P—V曲线具有多峰特性,而传统的MPPT算法无法有效跟踪其最大功率点的问题,研究了一种多峰MPPT算法。采用混沌搜索和量子计算对传统蜂群算法进行改进,并将改进后的算法应用于支持向量回归机(SVR)的参数寻优,最终实现了基于混沌量子蜂群优化SVR的多峰MPPT算法。通过仿真和实验对算法的有效性进行了验证。实验结果表明:该算法在均匀光照或局部阴影条件下均能够准确跟踪全局最大功率点,有效克服了传统MPPT算法容易陷入局部极值的问题。     

基于振动理论的MCR-WPT系统频率分裂特性研究

为了进一步揭示磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统频率分裂现象的物理原理,并建立一套使得系统工作在最大传输功率状态的工作准则,提出了一套建模分析方法。首先根据基尔霍夫电压定律对MCR-WPT系统进行了时域建模,并通过矩阵计算得到了传输功率的解析表达式。然后基于振动理论,分析了传输功率的频率分裂现象,阐述并推导了系统的几个关键参数:系统固有频率、电路固有频率和共振频率。接着深入分析了系统固有频率和电路固有频率之间的关系,进一步揭示了频率分裂及系统共振的物理原理。最后,通过实验验证了该理论的有效性和正确性。     

非对称耦合线圈内阻与品质因数对传输功率与效率及其频率分裂的影响

非对称耦合线圈使得谐振式无线电能传输系统设计更为复杂,尤其是由于非对称结构带来的参数变化对无线电能传输功率的频率分裂规律的影响存在不确定性,此问题已成为制约该技术进一步发展的瓶颈。针对上述问题建立非对称无线电能传输系统的传输模型,计算得到非对称系统接收功率与传输效率的表达式,同时通过理论分析探讨耦合线圈的内阻和品质因数对频率分裂的影响规律,最后搭建相应的实验系统,对理论分析的正确性进行实验验证。实验结果与理论分析具有较好的一致性,证明了所提方法与结论的正确性,为进一步研究基于非对称耦合线圈的谐振式无线电能传输系统的设计与优化提供了有益的参考。     

弱耦合无线电能传输系统驱动源研究

为了提高无线电能传输弱耦合条件下系统发射端品质因数,提高系统的能量传输功率和效率,针对接收端线圈小型化的需求,提出了一种三线圈弱耦合无线电能传输模型;在采用单管E类功率放大器的作为系统驱动源基础上提出了一种新型阻抗网络匹配调节方法;在提高线圈品质因数的同时能够控制有载品质因数;通过仿真及实验对比方式验证了系统软开关状态对系统功率及效率的影响。最后,通过对驱动源负载网络参数的匹配调整,实现了2.5 MHz频率下60 W功率输出,系统效率达到78%以上。     

结合量子粒子群算法的光伏多峰最大功率点跟踪改进方法

光伏阵列在局部阴影时的P-U曲线呈现多峰特性,需要设计光伏多峰最大功率点跟踪方法,以实现光伏发电最大功率输出,提高光伏发电效率。相比粒子群优化算法,量子粒子群优化算法具有收敛速度更快和全局收敛性等优势。提出了一种基于量子粒子群优化算法的光伏多峰最大功率点跟踪改进方法。该方法采用量子粒子群优化算法实现最大功率点的全局搜索;根据光伏阵列在局部阴影时P-U曲线上功率极值点的分布特点初始化种群中的粒子总数及其电压;并根据量子粒子群优化算法收敛时粒子自身最优位置的特点,提出了更适合光伏多峰最大功率点跟踪的收敛判据。仿真测试表明,提出的改进方法能够快速有效地实现光伏多峰最大功率点跟踪,收敛速度更快,避免了不收敛的问题,且具有应对光照情况变化的能力,提高了局部阴影时光伏发电的效率。     

磁耦合谐振式无线电能传输电动汽车充电系统研究

为研究电动汽车无线充电系统,解决电动汽车有线充电时的不安全、不便利问题,采用磁耦合谐振式无线电能传输技术,从改进传输线圈结构出发,在传输线圈外侧增加导磁体,将磁通尽可能束缚在两传输线圈之间,减小向外界的泄漏,缩短磁通在空气中的磁路长度,从而有效增强无线电能传输系统的耦合程度,大大增加传输功率,提高低频条件下的传输距离和效率。设计了具有频率自动跟踪控制的12 k W/70 k Hz高效磁耦合谐振式电动汽车无线充电系统,并进行实验研究,得到一系列传输线圈距离和负载阻抗、传输功率及传输效率之间关系的实验数据。特别地,实验结果表明在传输距离0.3 m、输入功率12.6 k W时,谐振频率为72.6 k Hz,传输效率达到94.33%。     

一种高效光伏多峰MPPT控制算法

在局部阴影条件下,光伏阵列的输出功率会出现多峰现象,传统MPPT控制方法搜索全局最大功率点会发生寻优失效。提出了一种高效的光伏多峰MPPT控制算法。该算法基于天牛须搜索算法,通过引入随时间变化的自适应步长因子,在算法初期自动的选取较大的搜索步长,使之保持较高的全局搜索能力;中期逐渐增大步长的衰减速度,加快算法收敛;后期逐渐减小步长的衰减速度,以提高收敛精度。Matlab结果表明,该算法可有效地减小搜索时间和搜索震荡,显著提高收敛速度,同时又可大大地提高搜索精度,准确搜索到光伏最大输出功率。     

改进APSO算法在光伏MPPT控制中的应用

局部阴影条件下,光伏发电系统中P-U曲线会呈现多峰现象,传统的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)算法易失效,粒子群(PSO)算法适用于复杂多极值系统的寻优,因而在多峰全局MPPT中得到应用。针对寻优过程中传统PSO算法搜索精度低以及易出现早熟现象的缺点,本文提出了自适应惯性权重粒子群(APSO)算法,在PSO算法中引入非线性惯性权重,以提高多峰全局寻优的精度与速度。最后利用MATLAB/Simulink对系统进行仿真,仿真结果表明：在均匀光照和可变阴影条件下,APSO算法能有效提高系统寻优的收敛速度与精度。     

带中继谐振器的磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率特性分析

探讨了带中继谐振器的磁耦合谐振式无线电能传输MCR-WPT（magnetic coupling resonant-wireless power transfer）系统的传输效率优化问题。通过构建和分析带中继线圈的等效电路模型,引入功率传输性能参数|S_ij|²推导出当中继线圈和接收线圈位置固定时,发射线圈和带中继谐振器之间的最佳耦合系数的闭合形式解,进而确定发射线圈和带中继谐振器之间的最优距离,实现总系统传输效率最大化。通过线圈设计及相关实验,验证了分析结果与实验结果的一致性。研究结果表明,MCR-WPT系统可方便配置最佳耦合系数以实现电能传输效率最大化,为带中继谐振器的WPT系统效率优化提供重要参考。     

多耦合线圈自动切换技术的无线电能传输系统

磁耦合谐振无线电能传输(MCR-WPT)系统功率传输效率随传输距离变化而迅速下降。为此,根据四线圈MCR-WPT系统电感耦合模型,推导出传输效率的数学计算式,以此提出利用不同半径的谐振器耦合线圈来匹配不同传输距离,并利用微控制器自动切换对应的谐振器耦合线圈。为验证设计方法的有效性进行仿真和实验分析,结果表明,这种方法可以使系统能量传输效率在较宽的距离区间内维持高效的水平。     

三线圈MCR-WPT系统中继线圈轴向位置的优化研究

探究三线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统中继线圈的最优轴向位置对优化系统传输性能至关重要,为此深入研究三线圈MCR-WPT系统的传输特性,应用电路互感耦合理论结合同轴线圈互感计算方法得出了系统最大功率和最大效率传输条件;基于上述最优传输条件,对宽负载范围内中继线圈轴向偏移对系统传输特性的影响进行了电磁仿真。仿真结果表明：中继线圈传输功率和传输效率的最优轴向位置与负载有关,均随负载的增大向接收线圈一侧偏移,当电源内阻与负载相等,中继线圈位于耦合机构中间位置时系统可获得最大传输功率,靠近发射线圈一侧时可获得最大传输效率。最后,搭建了三线圈MCR-WPT系统实验平台,实验验证了理论与仿真的正确性。     

基于改进ABC和IDPC-MKELM的短期电力负荷预测

为提高受外部因素影响敏感的短期电力负荷预测精度,提出了一种基于改进ABC优化密度峰值聚类和多核极限学习机的短期电力负荷预测方法。构建融合特征提取、人工蜂群算法（ABC）、密度峰值聚类（DPC）和核极限学习机（KELM）的短期电力负荷预测模型。针对ABC收敛效率不高的缺陷,设计新型蜜源搜索和蜜蜂进化方式,以提升改进ABC全局寻优能力;针对DPC截断距离与聚类中心人为设定的不足,定义邦费罗尼指数函数和聚类中心截断指标,并将改进的ABC应用于DPC参数优化过程,以实现DPC最佳聚类分析;针对KELM回归能力不强、参数选取难以确定的问题,设计多核加权KELM,并采用改进的ABC进行参数优化,以提高极限学习机预测精度。仿真结果表明,所提短期电力负荷预测方法更具有效性,平均误差低了约8.8%~39.8%。     

ZVS E类逆变器的磁谐振无线输电系统参数分析和设计

E类逆变器用作磁耦合谐振式无线输电MCR-WPT系统的激励源时,其等效负载由线圈参数和系统负载决定,由此导致E类逆变器的优化设计较为困难。为此,研究了两螺线管线圈间的互感算法,分析了互感随线圈间距变化的特性,并探讨了MCR-WPT系统两螺线管线圈的传输效率、输出功率及E类逆变器的等效负载与线圈间距的解析关系,给出E类逆变器实现零电压开关ZVS(zero voltage switch)的参数设计方法,仿真验证了互感算法和系统参数设计方法的精确性。实验结果表明,当线圈间距为26 cm时可实现ZVS,且系统效率达到86.3%,验证了理论和仿真分析的有效性和准确性。