基于混合补偿网络和双层正交线圈的抗偏移恒流无线电能传输系统研究

感应式无线电能传输(inductive wireless power transfer, IPT)不可避免地受到磁耦合机构偏移的影响。在磁耦合机构发生偏移时,为了使无线电能传输系统仍能具有一定的恒流输出能力,提出一种基于双层正交线圈的抗偏移恒流无线电能传输系统。首先,将LCC-LCC 和LC-LC补偿网络进行输入串联和输出串联,组成双边LCC-LC串联混合补偿网络,并研究其传输特性。其次,设计了一种与满足混合补偿网络要求的双层正交DD(double-layer quadrature DD, DQDD)磁耦合机构,该机构在x、y方向发生偏移时,能实现线圈间的解耦。接着,提出一种系统参数配置方法,通过参数配置可以在磁耦合机构发生一定的偏移时,实现输出电流在开环状态下保持稳定。最后,通过搭建实验平台,验证了以上理论分析的正确性和可行性。     

考虑惯性与阻尼特性的MMC-HVDC附加功率控制策略

为了解决模拟同步电机控制因电网频率静态波动导致的输出有功偏移问题,实现换流站输出有功的精准控制,提出了一种含阻尼控制的附加有功控制策略。通过对有功功率偏移量进行积分实时修正频率指令值,消除了因频率静态波动引起的功率偏移。通过在附加功率控制输入环节引入阻尼控制,提高系统的动态品质及稳定性。为了实现换流站对电网频率调节的选择性,设计了附加功率控制的投切策略。采用PSCAD/EMTDC平台,对提出的方案进行仿真验证。结果表明:附加功率控制策略不会影响本地换流站联网/孤岛运行模式的切换,保留了模拟同步电机控制的优点;电网稳态运行时,可消除直流电压和输出有功功率的偏移,提升换流站稳态运行特性;系统动态调节时,可抑制系统的功率振荡,对换流站输出功率实现快速准确控制。     

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。     

基于S/SP补偿拓扑的强抗偏移感应式无线电能传输系统EI北大核心CSCD

针对感应式电能传输(inductive power transfer,IPT)系统偏移造成输出电压不稳定和效率低下的问题,提出一种强抗偏移的S/SP补偿IPT系统,该系统在变耦合变自感和变耦合不变自感两种情况下均能保证较小的输出电压波动和较高的传输效率。首先,基于Maxwell有限元仿真,分析罐型磁心松耦合变压器的磁通分布和磁场分布特性,总结不同方向偏移的参数变化规律。然后,提出一种提高系统抗偏移能力的S/SP补偿参数设计方法,得到相应的磁耦合机构设计准则,并结合磁仿真数据,通过数值计算方式求得系统输出波动和输入阻抗角的变化规律。最后,通过实验验证文中采用罐型磁心和新型S/SP补偿拓扑实现多方向偏移下高效率、低波动无线电能传输的可行性。在额定负载下,系统沿纵向和水平方向偏移的输出电压波动分别为2.7%和3.1%,传输效率维持在90.8%~94.3%。     

一种并联输入并联输出的宽范围双向隔离DC/DC变换器

目前,DC/DC变换器广泛应用于新能源发电、电动汽车以及锂电池化成分容等领域。针对低压大电流双向功率传输应用场合,提出了一种输入并联输出并联的宽范围双向隔离DC/DC变换器。该变换器由2个相同的两级式DC/DC变换器组成,前级采用高效率LLC谐振变换器作为直流变压器,以实现电气隔离;后级采用交错式Buck/Boost变换器,保证宽范围电压输出和高动态性能。所提变换器能够实现功率的双向传输,且采用了一种功率方向改变时,无需进行功率流向判断与开关逻辑切换的调制策略,简化了系统的控制策略并提高可靠性。设计了1台3 kW的实验装置,实验结果验证了所提变换器及其控制方法的可行性和有效性。     

LCLC电场式无线电能传输的耦合分析与实验

耦合极板的偏移是无线电能传输中不可忽略的问题,此处从无线电能传输技术中的谐振补偿和耦合机构部分进行分析,基于LCLC对称拓扑结构下,建立出系统框架模型以及推导出传输功率和效率的数学公式。在Maxwell平台搭建交叉耦合模型来分析耦合电容值的变化趋势;在Matlab软件中搭建了仿真模型来分析偏移后对系统电能传输的影响,最后进行实验验证。研究结果显示,极板间的错位耦合程度越大,系统输出功率衰减的程度越大,且呈非线性变化;其中竖直小角度偏移对输出的影响程度比水平偏移低;耦合机构的极板形状设计也会影响偏移特性;整个系统可以实现75.06%的最佳输出效率。     

直流微电网双向AC/DC变换器并联系统控制策略仿真研究

为了便于扩展直流微电网的容量与增强系统可靠性,采用双向AC/DC变换器并联系统来实现直流微电网与大电网之间的能量交互。提出了一种直流微电网双向AC/DC变换器并联系统的低电压偏移功率均分控制策略,通过反馈直流线路的平均电流作为全局变量,并引入积分环节,实现了各变换器的功率精确分配而不受线路参数的影响。通过引入平均输出电压比例积分控制,减小了直流母线电压的偏移。探讨了二次纹波电流对并联系统功率控制的影响,引入带阻滤波器,抑制二次纹波电流和电压对并网电流畸变率的影响。分析了变换器并联系统的稳定性,给出了合适的控制参数。最后,仿真验证了所提出的控制策略的有效性。     

双发射单元无线电能传输系统抗偏移特性研究

双发射单元无线电能传输(WPT)系统采用两个发射单元对系统进行供电,能够有效提升系统的抗偏移特性.首先对双发射单元的系统建立数学模型,从理论上分析了功率波动的影响因素.针对接收线圈横向偏移过程中互感变化影响因素进行了仿真分析,给出了一种耦合机构的设计方法,通过对发射线圈及接收线圈匝数进行优化选择,从而保证系统具有平稳的输出功率和较高的效率.最后搭建了一个双发射单元磁耦合WPT系统进行了实验验证,实验结果表明接收端在正负5 cm的偏移范围内系统输出功率仅变化2 W,系统效率保持在80％以上.     

一种隔离型三端口双向DC/DC变换器

提出一种隔离型三端口双向DC/DC变换器,设计了其主要工作模式的控制策略,并通过增加辅助电容在该模式下各输出端口之间实现功率解耦,提升系统稳定性和动态性能,最后搭建一台3.3kW的试验样机,对理论分析和设计进行验证。     

基于互感差异的双拾取无线电能传输系统功率分配控制策略

针对双拾取无线电能传输系统的系统功率分配问题,利用阻抗分析方法分析了LCL-S型拓扑结构下系统功率以及系统效率的影响因素,并提出一种在满足负载功率需求条件下的系统效率最优的功率分配策略。该控制策略根据系统负载功率和耦合机构互感优化拾取端的功率分配,实现功率传输和效率的优化控制。最后,通过仿真与实验验证了理论分析的正确性。     

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。     

抗偏移动态非接触供电技术恒电压输出研究*

非接触供电技术在轨道交通中能解决线路磨损、恶劣环境等因素对列车供电带来的危害,但轨道的弯曲、不平整会对动态非接触供电系统输出电压造成极大波动,影响系统的可靠性、安全性。为此,设计了一种单发射双拾取磁耦合机构,实现系统偏移时输出电压的平稳,并通过Maxwell软件对磁耦合机构的参数进行优化。最后搭建500 W的小型轨道交通非接触试验平台来验证理论的正确性,整个系统输出电压波动为±3.38%,效率达到了91.373%。     

虚拟直流发电机励磁补偿控制策略

虚拟直流发电机(VDCG)功率协调控制策略将直流电机算法嵌入到DC/DC变换器控制回路中,使其模拟直流发电机运行特性,提升直流微网直流母线电压的动态稳定性。该控制通过功率分配环实现不同容量储能装置间的功率协调分配,但已有的VDCG功率协调控制策略均采用固定励磁磁通作为虚拟电机励磁系数,当再生能源输出功率发生波动或负载发生投切时,直流母线电压会产生稳态电压偏移。为消除母线电压偏移,在详细分析VDCG功率协调控制工作机理的基础上,提出虚拟直流发电机励磁补偿控制策略,通过实时补偿VDCG励磁,消除母线电压偏移,稳定直流母线电压。构建储能装置双机并联光储直流微网仿真及实验平台,分别在再生能源功率波动和负载投切情况下对传统固定励磁磁通功率协调VDCG控制及所提VDCG励磁补偿控制策略进行对比仿真及实验验证,证明所提控制策略的正确性。     

基于非接触滞环调节器和动态基准调节的自激闭环控制策略

提出了一种基于非接触滞环调节器和动态基准调节的自激闭环控制策略,可自动快速响应感应式无线电能传输系统中耦合机构与负载参数的变化,并实现输出电压的精确控制.首先,针对串/串补偿感应式无线电能传输系统,提出基于动态基准调节的自激控制策略.然后,引入相移时间参数描述动态基准的变化,详细分析了动态基准对自激振荡频率与输出电压增益特性的影响,并给出输出电压调控的单调区间与可调输出电压限值.进一步,提出了基于过/欠压状态信息反馈的非接触滞环调节器实现方案,将其与基于动态基准调节的自激控制相结合,实现了输出电压的闭环调节.最后,搭建了一台80 W实验样机,验证了理论分析的正确性与所提控制策略的优越性.     

PEMFC并网发电系统建模与优化控制

结合质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）电化学特性、气体流量特性及温度特性,考虑FC模块的效率及寿命,建立基于PSCAD/EMTDC的PEMFC发电系统自定义动态模型,提出PEMFC组中FC模块运行优化算法及其并网控制策略。FC模块运行优化利用先进先出算法,实现FC模块等时运行,DC/DC变换部分采用Boost电路电压外环、电流内环的双环控制,实现DC电压平稳输出,DC/AC并网逆变器采用功率外环、电流内环的双环控制的定功率控制策略,实现系统友好同步并网。通过PSCAD/EMTDC软件平台,仿真验证了所提系统的正确性和有效性。     

双有源桥DC/DC变换器输出电压优化控制策略

基于电压控制的双有源桥(DAB)DC/DC变换器是直流微电网中控制直流母线电压的核心变流器装置,电容电压反馈控制作为DAB控制中的常用策略存在着控制系统增益与传输功率耦合的问题,并且控制性能受恒功率负载的负阻抗特性的影响较大。为优化DAB的控制性能,在充分分析耦合问题产生的原因、恒功率负载的负阻抗特性的影响的基础上提出了一种基于电容能量反馈解耦的优化控制策略。通过电容能量反馈控制消除DAB控制性能与恒功率负载的耦合;结合基于模型的解耦移相控制得到对应的移相控制信号,解除传输功率对控制系统闭环增益的耦合,实现了以DAB为核心的直流微电网控制性能的优化。理论分析与试验结果验证了所提控制策略的有效性     

动态无线充电的软开关及控制策略研究

电动汽车动态无线充电技术,即在行驶路面间隔铺设一系列能量发射线圈,在电动汽车上安装能量接收线圈,对行驶中的汽车持续充电,从而增加电动汽车的续航里程。逆变器的软开关技术能够很大程度上减小系统损耗,对于动态无线充电系统而言,耦合系数的动态变化和次级后级DC/DC变换器均会对逆变器开关管的工作状态造成影响。分析了系统工作原理和逆变器软开关的实现条件。通过在次级后级DC/DC变换器采用双闭环控制策略,在提高动态无线充电系统输出功率和传输效率的基础上,保证初级逆变器工作于软开关状态。搭建了动态无线充电系统实物平台,验证了动态无线充电系统中的软开关及高输出功率和传输效率的特性。     

感应耦合电能传输系统动态解谐传输功率控制

提出一种感应耦合电能传输(ICPT)系统的动态解谐传输功率控制方法.对相控电抗器进行动态切换,通过改变其导通延迟角来改变导通电流大小,使得ICPT系统的电能拾取侧谐振或解谐,在负载端获得稳定的输出电压,同时实现对传输功率的控制.导出了动态切换的相控电抗器的等效电感,分析了等效电感对输出电压及传输功率的控制作用.根据负载稳定时输出电压与导通延迟角之间的变化曲线获得了保持输出电压恒定的控制方法.相控可变电抗器实现了软开关动态切换,有效地降低了系统的功率损耗.利用该动态谐振/解谐控制方法,系统的最大功率传输性能得到了保证.计算机仿真结果验证了该方法的优良传输功率控制性能.     

三线圈无线电能传输系统恒压输出研究

针对自动引导车(AGV)无线电能传输(WPT)系统中磁耦合机构偏移影响输出电压稳定的问题,在输出并联型LCC/Multi-S的基础上提出了一种新型三线圈结构的WPT系统。该系统采用一种新型类中国结(CK)线圈结构和DDQ线圈作为磁耦合机构,通过合理参数配置,不仅实现了与负载无关的恒压(CV)输出,并且实现了X方向、Y方向以及XY方向同时偏移时的CV输出。利用COMSOL有限元仿真工具对该磁耦合机构的互感特性进行了仿真分析,从理论上证明了系统在线圈偏移的工况下能够实现CV输出;最后,搭建了试验平台验证了理论分析的正确性和可行性。     

原边电流自修正型无线电能传输控制策略

无线电能传输(WPT)系统的发送端和接收端构成两个分立的系统,通常采用外接DC/DC变换器进行单侧控制,或增加无线通信环节并仿照传统隔离DC/DC变换器的控制方法来构建一个闭环控制系统。为提高引入无线通信后系统动态响应速度和稳定性,提出一种初级谐振电流自修正控制方法,采用基波分析法对LCC-S谐振补偿网络进行建模和工作原理分析,通过初级全桥移相控制实现对谐振电流的有效调节,进而实现对次级输出电流的等效控制。在此基础上,引入无线通信和自修正环节,在保证系统动态响应速度前提下实现了稳定且精准输出特性。仿真与实验结果表明,所提控制策略可在系统存在无线通信延迟情况下维持输出电流稳定。