EV-BWPT无缝功率环移相控制策略研究

电动汽车双向无线电能传输系统以其便捷性、安全性和可靠性高等优势,在车网互联时代得到广泛应用。与传统的单向系统相比,双向系统需要在多个不同控制自由度中进行选取,从而影响系统传输效率。为降低系统无功功率,提高效率,提出一种双向无线电能传输系统无缝功率环移相控制策略。首先,对基于双边LCC补偿网络的双向无线电能传输系统进行了有功和无功功率传输特性分析,得出有功/无功功率与效率、内移相角及外移相角之间的关系;进而提出采用有功功率环路控制外移相角、无功下垂环路控制内移相角的无缝功率环移相控制策略,且该控制策略无需切换模式即可实现功率正反向流动;最后,通过Matlab/Simulink以及半实物实验平台,验证该控制方法的有效性。     

磁场耦合无线电能传输系统最大功率要素分析

针对无线电能传输系统的功率和效率问题,在特定频率下研究了影响无线电能传输系统最大传输功率的若干要素。以磁场耦合单元为核心建立简化模型,包括发射回路、接收回路,以及两个回路之间的磁场耦合单元。分别研究发射回路电抗、接收回路电抗、互感电抗等在单独变化,或协同变化时,如何影响最大功率传输条件,最大功率值和传输效率等。研究发现,不同情况下的最大功率传输条件之间存在内在联系;在发射回路与接收回路电阻乘积较小时,松耦合谐振才能传输最大功率。此结论不依赖于阻抗补偿形式,并且对感应耦合式和磁场共振式无线电能传输系统均适用。仿真和实验结果与理论分析结果一致。     

多输入双向全桥DC-DC变换器及其能量管理策略研究

在直流微网中,大量储能单元需要通过双向DC-DC变换器接入系统。为简化系统结构,本文在双有源桥式变换器的基础上设计了一款新颖的多输入双向DC-DC变换器。同时基于双重移相控制,通过对变换器回流功率进行分析,得出了回流功率与输入电压以及传输功率的数学模型,据此提出了一种能降低小功率运行状态下回流功率的能量管理策略,实现了在合理分配各储能单元出力的同时提升变换器效率。最后通过一个300W的实验样机验证了设计方案的可行性和控制策略的优越性。     

多移相角控制的双向无线输电系统

谐振式无线输电(WPT)系统通过耦合磁场传递能量,能实现电器无尾化,可免去插拔电源造成的机械损坏和触电危险,安全便捷。双向WPT系统能实现电网与设备间的能量互联,起到削峰填谷的作用。在WPT系统中,相位控制不仅能调节功率大小,而且决定了功率流动方向。分析并验证了WPT系统中功率与多个移相角的关系。首先,建立并分析了谐振式WPT系统的电路模型,发现系统存在3个自由度,然后推导并定量分析了有功功率和无功功率与3个移相角的关系,最后提出在确保零相位角(ZPA)下的双向WPT策略。在Matlab中搭建了仿真模型并制作了实验样机,对上述分析进行了验证。     

DC/AC并网变流器系统功率双向流动下稳定性差异分析与功率补偿控制

功率控制下并网变流器系统在面临功率双向流动时,若不切换变流器控制策略,则系统稳定性在正向功率与反向功率之间会存在明显的差异,即双向功率稳定性差异,这种稳定性差异容易引发系统振荡,不利于系统稳定运行。该文首先分别研究了功率传输方向和大小2个因素对采用传统功率控制和电流控制的并网系统稳定性的影响。研究表明,功率控制下功率反向流动时,变流器输入阻抗具有负阻抗特性,随着传输功率的增加,并网系统稳定性下降甚至失稳;电流控制相较于功率控制存在一定的优越性,但仍存在因阻抗呈容性而造成系统阻尼较小的问题。针对采用上述2种传统控制时并网系统存在的稳定性问题,提出了一种功率方向变化时无需切换的功率补偿控制策略,将提取得到的交流电压扰动分量通过补偿控制器后对有功功率进行修正,使得变流器交流侧阻抗在功率双向流动下均呈正阻抗特性,从而增强系统的阻尼。研究表明,所提控制策略能扩大系统的稳定裕度,提升系统的稳定性和功率传输能力,同时兼顾动态特性。最后通过仿真和实验验证了理论分析和所提出控制策略的有效性。     

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。     

孤岛模式下微网能量管理系统控制策略的仿真研究

作为智能电网重要组成部分,微网的运行控制是维持其安全稳定运行的关键技术,特别当微网处于长时间孤岛运行模式时,微网能量的合理分配与系统控制的稳定性密切相关。在基于电压/频率型和功率型两类的分布式电源的微网系统,引入能量管理系统来解决孤岛状态下微网的能量平衡以及节点电压的稳定问题。分析了微网中频率、节点电压与分布式电源输出功率间的关系,研究了微网孤岛模式下的功率流动与分配问题。在此基础上提出了基于能量管理系统的微网有功功率与无功功率分配机制,并根据微网结构对有功功率分配进行了负载就近分配的优化设计。在EMTDC/PSCAD环境下对微网的孤岛运行模式进行了仿真,仿真结果表明在孤岛模式下能量管理系统能很好地完成对微网系统的运行控制与能量分配,保证系统的稳定性。     

多初级绕组串联的动态无线电能传输系统设计与特性分析

无线电能传输技术是一种安全、便利和自主的充电方式,动态无线电能传输是解决电动汽车续航里程短、车载电池成本高的关键技术。本文设计了一种新颖的能量分布式动态供电系统,高频逆变器连接多组开关控制的LC串联补偿可根据汽车位置自动分配能量。根据系统设计,推导了单线圈和双线圈系统效率和功率表达式,搭建了仿真电路和实验平台,分析了传输距离、移动距离、耦合角度及负载大小对系统传输性能的影响。实验样机的输出功率为3.3k W,工作频率为120k Hz,效率可超过90%,可为电动汽车提供连续供电。     

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。     

超级电容器改善同步发电机系统稳定性能的研究

储能系统作为电力系统必要的能量缓冲环节,作用非常明显。使用双电层电容器(electric double layer capacitor,EDLC)的储能系统能够同时控制有功功率和无功功率,因此它能补偿功率波动。提出了电流源超级电容器储能系统(current-source energy capacitor system,CS-ECS)。该系统由双电层电容器、双向直流变直流换流器以及电流源逆变器组成。提出了能对有功功率和无功功率进行控制的CS-ECS控制系统,通过对同步发电机系统进行仿真,得出了超级电容器系统能够改善同步发电机系统稳定性能的结论。     

电动汽车双向无线充电系统谐振拓扑分析

针对双向电动汽车无线充电系统,对应用于双向无线电能传输的三种谐振拓扑进行了深入研究,在对其进行建模分析的基础上,结合电动汽车无线充电应用的需求特征,从对参数变化与系统故障的鲁棒性、特定工况下的最大传输功率以及谐振电容电压等方面进行了对比分析。研究表明,双边LCC谐振拓扑在继承了双边LCL优势的同时,亦解决了双边LCL传输功率偏小和直流磁化等问题,在双向电动汽车无线充电应用中具有较强的适用性。同时,搭建了相关实验平台对上述分析进行了验证。     

电磁共振式无线电能传输系统距离特性的分析

主要研究了电磁共振式无线电能传输(WPT)系统的距离传输特性以及提高传输距离的途径。利用互感模型解释了电磁共振式WPT系统的工作原理,同时,通过理论求解得到了系统关于距离的传输特性表达式。在此基础上,进一步研究了提高系统传输距离的途径。研究表明,电磁共振式WPT系统存在电压增益与输出功率特性的最优距离点,同时系统高频化是提高传输距离与传输效率的有效途径。最后,搭建了一个电磁共振式WPT实验装置进行实验验证,实验结果与理论分析结果一致。     

采用新型负载恒流供电复合谐振网络的无线电能传输系统

针对传统LC谐振拓扑无线电能传输(WPT)系统在负载动态变化时,无法实现负载恒流供电及系统工作频率失谐问题,提出一种新型一次侧LCL、二次侧LCC复合谐振网络无线电能传输系统。首先,在基波条件下,依据漏感模型建立了磁路机构等效电路,得到了谐振频率和输出电流表达式;然后,通过系统参数优化设计,进一步推导出了复合谐振网络中实现负载恒流供电以及系统谐振工作频率稳定的条件。仿真结果表明,基于参数优化设计的新型复合谐振网络无线电能传输系统,能够实现负载无线恒流供电,并且系统工作频率稳定。实验结果验证了理论分析和仿真分析的正确性和有效性。     

垂直轴SRG风力发电系统MPPT动态滑模控制研究

以垂直轴风力机与开关磁阻发电机(SRG)为对象,研究了基于风速跟踪的垂直轴开关磁阻风力发电系统MPPT动态滑模控制(SMC)算法。介绍了SMC原理,设计了系统动态滑模控制器,采用Matlab/simulink建立了系统仿真模型,对风速阶跃变化的不同工况进行理论仿真实验。仿真结果表明,所设计的SRG风力发电滑模控制器具有良好的鲁棒性,能使开关磁阻风力发电系统具有良好的动态性能实现风力机最大功率点跟踪,为实际应用提供理论支持。     

一种基于混合Buck/Boost电路的两级式逆变器功率解耦方法研究

针对传统两级式逆变器由于输入输出功率不平衡所带来的二次功率扰动问题,提出了一种六开关的混合Buck/Boost电路,并联在逆变器交流输出侧进行功率解耦,从而抑制母线电压和直流侧电流中的二次纹波,并将大电解电容替换成小容量和长寿命的薄膜电容。混合Buck/Boost电路可以处理双向变化的脉动能量,通过脉冲能量调制法(Pulse Energy Modulation,PEM)计算每个开关周期的开关占空比,实现对脉动功率的解耦控制。分析了混合Buck/Boost电路的四种工作模式,推导了PEM控制原理。使用Matlab/Simulink平台搭建仿真模型进行验证,结果证明了方法的合理性和有效性。     

运行方式及工程等效对PSS试验的影响

研究了运行方式变化和工程等效对测量励磁系统无补偿相频特性的影响。首先阐释了PSS增加阻尼的原理和无补偿相频特性的工程等效测量方法。其次基于对单机无穷大系统的理论分析,得出发电机有功功率和无功功率是影响无补偿特性测量的主要因素。然后进行了实际电网仿真,得到了无补偿特性主要受发电机有功功率、无功功率影响的结论。电网负荷、电气距离、并列机组数量、并列机组PSS投退对试验结果影响较小。最后通过仿真对比,发现采用机端电压等效发电机内电势会使后半频段滞后角度偏大,得到了采用单机无穷大系统代替实际电网将使全频段滞后角度偏小的结论。该成果对于PSS性能的改善具有积极意义。     

不同频率和脉宽的方波激励下无线电能传输效果分析

磁谐振式无线电能传输技术是基于磁谐振耦合现象利用近区磁场进行非辐射性、中距离输电的新技术。许多结果采用正弦交变电流作为激励,计算耦合电压和传输功率。脉冲激励也可以产生交变磁场从而感生交变电流,此方式下的无线电能传输有其自身特点。文中分析了脉冲激励下的电路响应过程及谐振耦合机理,其耦合过程本质上也是正弦波的耦合。在同一输出电压的情况下,与正弦激励相比,用脉冲方波做激励,负载可以获得较大的传输功率。最后,通过实验比较了几种脉宽和频率不同的方波激励的传输效果。实验结果表明,可以使用低频脉冲信号控制高频谐振线圈,从而实现更为有效的无线电能传输。     

楼宇直流配电系统关键技术研究综述

随着新能源和电力电子装置的大量应用,楼宇直流配电系统相比于传统交流系统具有技术与经济上的优势。首先对国内外楼宇直流配电领域的相关新技术和发展现状进行了梳理。然后从技术角度对楼宇直流配电系统的拓扑结构、负载与电源、电压等级与经济性、优化管理系统以及对应的保护技术等方面进行了分析归纳总结。最后从楼宇直流配电系统的发展方向以及与能源互联网的配合进行了展望。     

全网统筹电力电量平衡协调优化方法

大规模互联电网为大范围的能源资源优化配置提供了可能。文中提出了全网统筹电力电量平衡国省两级协调优化的模式、模型与方法。以省级电网的历史贡献率为优先级进行平衡决策,从而促进省级电网参与电力交易的积极性。提出了两种国级与省级电力电量平衡决策目标:一是在电力富余时最小化发电成本;二是在电力紧缺时合理分配电力缺口,实现在时间和空间上均衡缺电。以等效发电成本曲线为关键优化信息,建立了协调优化数学模型,分层决策省间送受电方案和各省发电机组出力计划,实现能源资源的进一步优化调配。提出了以电量受限成本增量修正省级电网发电成本的求解方法,精细考虑火电机组因电量受限所带来的额外成本。基于三区域IEEE RTS96系统和华北—华东—华中(简称"三华")电网的计算充分表明了该方法的有效性。     

磁耦合谐振式无线电能传输技术研究动态与应用展望

近年来,无线电能传输技术由于其独特的自身优势而受到了越来越多的关注。文中重点分析了磁耦合谐振式无线电能传输技术的发展动态与应用现状,介绍了磁耦合谐振式无线电能传输技术发展现状以及尚待解决的问题。详细阐述了无线电能传输技术的机理模型、关键技术、电磁环境、技术标准及相关应用中的瓶颈问题等。最后,在深入探讨当前研究热点的基础上,对该技术的发展动态进行了总结与展望。