基于宇称时间对称的电场耦合式无线电能传输系统

电场耦合式无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer, ECPT)系统因电磁干扰小、对极板间金属异物不敏感、无涡流损耗等优点而受到广泛的关注,然而其输出功率和传输效率会随着发射侧极板和接收极板之间距离的增加而急剧下降。为了解决上述问题,提出一种基于宇称时间(parity time, PT)对称的ECPT系统。其中通过电力电子变换器提供非线性饱和增益,以满足PT对称条件。分别建立基于PT对称的并联-并联(parallel-parallel, PP)型和串联-串联(series-series, SS)型2种补偿拓扑的ECPT系统电路模型,推导了2种不同拓扑结构ECPT系统的工作频率和传输特性,比较并讨论2种不同拓扑结构ECPT系统的适用场合。分析结果表明,当耦合极板间的距离(极板耦合系数)发生变化时,所提出的系统均能在满足PT对称条件下保持恒功率和恒效率输出。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

电场耦合式无线电能传输技术的发展现状

电场耦合式无线电能传输(ECPT)是一种通过金属极板之间的耦合电容实现能量无线传输的技术,以其良好的传能特性、不产生涡流、成本低、损耗低等优点获得了广泛的关注,成为当下无线电能传输研究的一个热点.该文首先介绍ECPT技术的发展历程和基本原理;然后对近年来国内外ECPT技术的研究成果进行分析和系统综述,具体论述ECPT的...     

基于ECPT无线传输技术的恒压输出特性传输结构

电场耦合式无线电能传输（ECPT）技术借助金属极板在高频电场中激发出的位移电流来实现无线电能的传输。在实际运用中，部分用电设备的负载可能会发生变化，但所需的电压不会发生大的改变，对此提出一种包含T型与π型CLC结构的复合谐振简化拓扑（其中T型结构用以输出稳定高频电流，π型结构用以输出稳定电压），并利用基波等效法对两种拓扑结构进行分析。最后，通过搭建一套可传输135 W电能的恒压ECPT系统进行仿真与试验，验证了所提出结构的特性。该ECPT结构具有电路结构简单、经济、可靠的优点。     

具有强抗偏移及轻量化特性的电场耦合式无人机无线电能传输系统EI北大核心CSCD

针对传统磁耦合式无人机无线电能传输系统中的接收机构体积大重量大和系统抗偏移性能差的问题,文中基于电场耦合技术提出一种具有强抗偏移及轻量化特性的无人机无线电能传输系统。首先,分析无人机这一特殊应用对象的耦合机构设计要求,在此基础上提出一种新型电场耦合机构,并从电场分布、端口模型和耦合性能3方面对其开展针对性研究。然后,基于LCLC-CL谐振补偿网络完成传能拓扑设计,并对系统进行建模分析研究。最后,搭建实验系统,从系统电能传输能力测试、抗偏移性能测试等方面验证所提出方案对无人机实施无线传能的可行性和有效性。实验结果表明,接收装置易安装重量轻,系统传输功率223.3W,整机效率80.6%,且接收极板在发射极板上方区域内任意移动时输出功率和效率基本恒定。     

电容耦合谐振式高压无线输电系统的设计与实施

可靠的电源供应一直是限制输电线路在线监测系统广泛应用的瓶颈问题。为解决该问题,本文提出了一种新型的电容耦合谐振式无线能量传输系统。该系统利用高压线路与大地电位稳定的特点,构建虚拟回路,将传统的四极板耦合结构简化为双极板结构。同时,利用电荷分布在耦合极板上的边缘效应,进一步将全面板耦合极板简化为环形空心极板,使系统结构更为简洁,并具有良好的户外防风能力。本文建立了简化系统的电路模型,并对系统的功率、效率特性进行了分析。并且,通过多组对比实验对所提出的系统结构和电路模型的有效性进行了验证。理论和实验结果都表明了简化后的系统结构能有效地实现电能的无线传输,并且拥有比传统的双极板系统更高的传输效率和更远的传输距离。     

基于F-F/T变结构谐振网络的 恒压-恒流型电场耦合电能传输系统

电场耦合电能传输(ECPT)技术是一种以高频电场作为能量介质的无线传能方式。在实际应用中,有些用电设备在不同的运行阶段需要不同类型的输入电源。当ECPT系统为此类设备供电时,不仅要求系统的输出不能随着负载的改变而发生较大的浮动,还需要系统的输出特性能够在电压源与电流源之间转换。针对这种需求,提出一种基于F-F/T变结构谐振网络的恒压-恒流型ECPT系统,分析T-CLC网络、F-LCLC和F-CLCL网络的传输特性,分别建立T网络与两种F网络的恒流输出和恒压输出条件,给出恒流T网络和恒压F-CLCL网络的拓扑转换方法,并在网络传输特性的基础上给出系统的主要参数设计方法。最后通过仿真与实验验证了所提系统的恒压和恒流输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。     

LCL复合谐振型电场耦合式无线电能传输系统传输特性分析

针对LCL复合谐振型电场耦合式无线电能传输(ECPT)系统的参数敏感性较高的问题,基于阻抗变换原理建立系统的电压增益模型,分析负载品质因数Q、LCL网络电感比值k以及电容比值a和b对系统电压增益的影响规律;给出使系统电压增益相对变化率不高于40%的4个参数选值区间,实现高阶ECPT系统的低参数敏感性运行;最后通过实验验证电压增益模型和参数选值区间。所获得的研究结果为ECPT系统的实际设计提供了较好的理论指导。     

基于T型CLC谐振网络的恒压型电场耦合电能传输系统负载自适应技术

针对电场耦合无线电能传输(ECPT)系统的负载自适应问题以及如何保证系统负载在一定范围变化下具有恒压输出特性问题,基于T型CLC谐振网络提出了一种具有负载自适应特性的恒压型ECPT系统。分析T型CLC谐振网络的特性,推导出系统输出电压与负载电阻无关的表达式,建立系统满载和空载时的稳态模型,给出了系统参数设计方法。最后,利用仿真和实验验证了该文提出的ECPT系统及其参数设计方法的可行性和有效性。     

电场耦合无线电能传输系统负载软切换控制技术

负载的移除或投入使电场耦合无线电能传输(ECPT)系统的拓扑结构发生改变,通常会对开关管造成较大的冲击,使得系统无法正常工作。针对此问题,围绕基于E类变换器的ECPT系统的基本特性分析,利用负载移除前、后系统的等效电路形式基本一致的特点,给出实现系统负载软切换需具备的条件,并提出一种参数设计方法使得系统在固定的工作频率下即可实现负载的软切换。最后利用该方法得到一组参数,在Matlab仿真平台下构建系统的仿真模型并搭建实验电路,仿真和实验结果验证了该方法的可行性。系统在负载投入时为负载提供需要的功率并工作在稳定状态,系统效率达到85%以上,在负载移除后工作在低功耗状态。     

水下具有旋转耦合机构的电场耦合无线电能传输系统及参数优化方法

现有水下环境的电场耦合式无线电能传输（EC-WPT）系统耦合机构大多采用平板式,无法适用于水下旋转场合无线供电应用场景。针对以上问题,提出一种水下具有旋转耦合机构的EC-WPT系统,给出耦合机构绝缘层相对介电常数和厚度对耦合电容的影响规律和绝缘层材料及厚度的选取方法,并建立耦合机构模型;以双侧LC补偿的EC-WPT系统为例,建立该系统的等效电路模型,以系统输出功率和传输效率为优化目标,将抗偏移性作为约束条件之一,给出基于第二代非支配排序遗传算法（NSGA-II）的多约束多目标优化方法;通过LT-Spice仿真验证了参数优化方法的可行性和有效性;实验中搭建具有水下旋转耦合机构的EC-WPT系统样机,实现311W的功率传输,效率为87.4%,系统具有良好的抗偏移性。实验比较了水下和空气中的能量传输性能,在耦合机构及参数优化方法相同的情况下,系统在水下的输出功率比空气中高约2倍,并且在水下的抗偏移性优于空气环境。     

基于RFID技术的嵌入式充电桩电磁耦合器设计

嵌入式充电桩电磁耦合器是实现充电桩的感应电能智能控制和传输的重要部件,设计充电桩设计的核心。通过对电磁耦合器的优化控制设计提高充电桩电能输入输出的稳定性。提出基于RFID技术的嵌入式充电桩电磁耦合器设计方法,进行嵌入式充电桩的充电原理分析和系统的总体设计描述。在平板式电磁耦合器基础上构建嵌入式充电桩电磁耦合器电能传输的拓扑结构,基于RFID无线射频识别技术进行嵌入式充电桩电磁耦合器的电路集成设计,采用自适应加权耦合控制进行嵌入式充电桩电磁耦合约束参量的优化控制,提高输出性能。实验结果表明,该系统具有较好的智能充电控制能力,对电动汽车的充电效率较高,提高了智能充电桩的电能传输效率。     

光电集成强电场测量系统及其应用研究

为研发高性能强电场测量系统,在分析高压电场测量的特殊要求后,介绍了光电电场测量系统的基本原理、最新进展及其在高压测量领域的优势。通过对光电集成电场测量系统及传感器体系结构、关键参数的分析,研制了一种光电集成强电场传感器并测量它的输入输出特性。用研制的测量系统测量棒板间隙击穿过程冲击电场与复合绝缘子工频场,证明光电集成电场测量系统在高压测量研究领域的广阔应用前景。     

用于输电线路监测设备的一种电场感应取能电源

文中提出了一种电场感应取能电源,可为输电线路监测设备供电。电源部分由电力杆塔顶端安装的金属感应极板和充电电路组成,针对极板的设计,文中利用Ansoft Maxwell软件建立塔架的模型进行仿真并计算相应的感应电流值,同时通过地面搭建的塔架模拟装置的实验和仿真验证极板的设计,结果表明模拟装置的感应电流仿真结果和实验值一致,从而表明电场感应取能技术的可行性及极板设计的正确性,充电电路基于电感续流模式的脉冲放电法进行设计。最后设计一套视频监测设备对该电源进行检测,结果表明该电源为监测设备提供足够电能完成线路状态监测的任务。     

永磁无刷直流电机的电磁耦合器优化控制研究

永磁无刷直流电机的电磁耦合器是实现感应电能传输的重要器件,通过对电磁耦合器的优化控制设计,提高电磁耦合器的稳定性和输出增益。提出一种基于优化粒子群算法的电磁耦合器优化控制方法,首先进行了永磁无刷直流电机的电磁耦合器的等效电路设计,构建电磁耦合器控制的约束参量模型,以输出电压增益、功率损耗与效率为约束参量构建控制目标函数,实现控制算法的改进,进行了永磁无刷直流电机的电磁耦合器的优化设计。仿真实验结果表明,能有效提高永磁无刷直流电机的电磁耦合的输出稳定性,电机输出的电流增益、电压增益与输出效率高于传统方法,展示了较好的应用价值。     

表面电荷法在复杂地势下超高压输电线路的工频电场计算

为了更准确地研究超高压输电线路穿越较复杂地区时的工频电场,利用表面电荷法的思想,给出了该方法的实施步骤并进行了验证。综合考虑了输电线路的弧垂,建立了复杂地势三角坡和凸面的三维模型,并仿真分析了其周围工频电场的分布。研究结果表明:1三角坡和凸面对输电线路下的工频电场影响较明显;2随着三角坡坡角的增大场强值畸变越大,且使临近三角坡坡脚处场强值减少越大;3不同的输电线排列方式下,复杂地势周围的工频电场畸变不同,倒三角排列下其值畸变大于其他排列。该仿真结果可为复杂地势下输电线路的架设提供参考依据。     

民居附近高压输电走廊电场屏蔽方案分析与优化

为有效解决邻近高压输电走廊居民楼工频电场超标问题,在有限元计算基础上,研究了不同屏蔽方式与其空间架设位置对工频畸变电场屏蔽的影响。通过畸变电场的仿真计算,深入分析屏蔽方式及其架设位置与屏蔽效能的关系,提出通过优化屏蔽设备的空间架设位置提高屏蔽效果的新思路。并综合考虑屏蔽效果和屏蔽成本,对110~1 000 kV 4个电压等级高压输电线路工频电场屏蔽方案进行设计。研究表明:通过合理选择屏蔽方式和优化架设位置,可大幅度提高屏蔽效能,对工频电场具有良好的屏蔽效果,对降低输电工程的环保成本具有重要意义,而不合理架设屏蔽设备则会使电场环境发生恶化。     

基于离散化长线方程的超高压输电线路功率平衡法保护研究

带并联电抗器的超高压远距离输电线路发生故障后系统的暂态过程会变得更为复杂。针对通常以相量形式表示的输电长线方程,提出离散化长线方程模型,并在此模型的基础上通过分析判断线路两端的功率平衡与否来判断线路内部是否发生了故障,进而对线路实施保护。功率平衡保护确定了保护判据,最大限度地利用了电压、电流等电气量的故障信息,实现超高压输电线路故障的快速切除和安全、可靠、灵敏的高速保护,进而提高了电力系统暂态稳定性。     

超高压线路工频电场超限值对策的研究

针对日益增多的超高压线路引起的环境问题,研究了超高压线路工频电场超限值对策。通过对现有的和采用屏蔽措施后的地面电场强度分布、屋顶场强分布分别进行仿真计算分析和模拟试验,确定出架设屏蔽线和接地围栏两种屏蔽方案;根据屏蔽方案在现场采取屏蔽措施,在500kV线路下边相外架设1根屏蔽线,高度11m,水平距离距边相2m,试验结果表明屏蔽后场场强降低了35%。     

超高压输电线工频电场计算的矩量法和表面电荷混合法

结合矩量法和表面电荷法各自的优点,提出一种用矩量法—表面电荷法相结合的混合算法来计算复杂场景下超高压输电线工频电场的分布,通过综合考虑输电线路的弧垂、分裂导线等因素,建立了复杂场景下超高压输电线的三维模型,并进行了相应的计算。结果表明:该混合法具有提高计算速度,减少占用内存和避免模拟点电荷设置等优点。对于所述的树状物模型,树状物对其下方离地1.5 m处工频电场起屏蔽作用。树状物尺寸参数的变化对其下工频电场分布影响明显,树冠半径越大其屏蔽范围越大,树干高度越高其屏蔽强度越弱。相间距和输电线高度的变化对电场值基本无影响。混合法可为高压输电线路在复杂场景下工频电场分析提供重要的参考。