基于铁氧体反射器的磁谐振无线能量传输效率的优化

为了改善磁耦合无线能量传输系统的传输效率随距离增加而快速衰减问题,提出一种基于铁氧体结构的优化设计方案.将四谐振体无线能量传输系统等效为二端口网络,分析推导了系统传输效率的表达式.仿真并设计制作了收发线圈直径为30cm的磁耦合无线能量传输系统,实测在30cm传输距离内传输效率达90%以上,在60cm处传输效率约40%,测试结果与仿真结果相吻合.在此基础上,保持原始系统的结构参数不变,引入基于铁氧体结构的磁反射面.研究了两种不同面积大小的磁反射面对系统传输效率的影响,发现不同面积的磁反射面对系统的传输效率有积极和消极两种影响.通过对铁氧体结构的优化设计,实现在30cm到90cm的传输距离内,相比原始系统传输效率最大有15%的提升.     

基于E类放大器的新型无线电能传输控制策略

E类放大器是磁共振无线电能传输(wireless power transmission,WPT)系统中常用的高频电源,其开关效率是评价WPT系统整体性能的关键指标.针对E类放大器中开关器件的效率和电压应力与负载的紧耦合关系导致其输出效率的不稳定,根据锂离子电池的充电特性和E类放大器的输出效率特性,选用合理的谐振补偿网络结构,提出了一种通过电容和电感阵列实现E类放大器零电压开关状态的主动控制策略.结果表明:在20 cm气隙条件下实现了功率输出为1.1 kW、逆变部分效率高于95％以上的WPT系统实验,大大提高了采用E类放大器的WPT系统的稳定性,验证了所提出控制策略的有效性.     

面向低压输入MC-WPT系统高增益桥式补偿网络研究

由于无线电能传输系统松耦合特性,传统无线电能传输系统的输入输出增益普遍较低.这在光伏类型的低压输入高压输出应用中面临增益不足难题.提出一种基于桥式补偿网络的新型电能变换拓扑,研究基于桥式补偿网络的MC-WPT系统的阻抗特性以及能量传输特性,给出改进型桥式补偿网络方案.在此基础上,提出桥式补偿网络的参数设计设计方法.最后,本文通过实验验证所提出方法的正确性,可实现2～9倍的输入输出增益.     

磁耦合谐振式无线能量传输理论研究与实验验证

针对三线圈磁耦合谐振式无线能量传输系统中线圈距离对系统性能的影响问题,分别从理论上推导出负载功率和传输效率关于线圈间距的函数表达式、计算相邻线圈最佳间距的函数关系式,提出利用求解非线性规划问题的方法求解中继线圈最佳位置。基于以上推导设计了系统软件,该软件能够根据给定的系统参数直接输出传输功率、系统效率等值并进行优化。最后通过实验验证了理论和设计的可行性,对于不同的系统可以通过理论和软件来确定各个线圈的最佳位置。     

改进粒子群算法的自动阻抗匹配技术

由于无线电能传输距离的改变或谐振线圈之间发生偏移、负载改变等多方面的影响使系统的输入阻抗发生变化,导致输入阻抗与射频源内阻不匹配,使传输效率大幅下降。在射频源和发射线圈之间加入阻抗匹配网络可以提高无线电能的传输效率。为了提高阻抗匹配的精度和速度,提出了一种改进的粒子群算法。重点将改进算法和传统算法进行仿真实验比较,证明了改进算法在匹配精度和速度方面的优越性。最后将该算法嵌入到自动阻抗匹配系统中,提高了无线电能的传输效率,同时证明了所提算法的有效性。     

S-LCC型无线电能传输系统补偿网络分析

为分析S-LCC型拓扑结构的无线电能传输系统中补偿网络参数对于传输特性的影响,首先利用双线圈等效电路模型建立回路电路方程并推导出系统输出功率表达式,其次在不同参数条件下讨论系统的恒流恒压特性,确定以最优输出功率为目标的补偿网络参数之间的相互关系,分析负载电阻与谐振电感以及寄生电阻对于系统输出功率的影响,并搭建双线圈WPT实物系统。研究结果表明：可精准确定以最优输出功率为目标的原副边侧谐振电容关系;系统的输出功率随负载电阻的增加而表现出先增加后减少或者先增加后减少再增加又减少的趋势;最佳负载电阻随着谐振电容的减少而先减少后增加,随着谐振电感的减少而先减少后增加,随着寄生电阻的增加而增加。     

基于阻抗调节的交流输电线路特种取能电源研究

摘 要: 交流输电线路的在线监测与信息互联是建设泛在电力物联网中至关重要的一环,但是为监测设备稳定供能是研究难点,利用电流互感器为交流输电线路监测设备供能前景广阔。交流输电线路电流变化范围大传统的电流互感器供能不稳定,为了提供稳定的输出功率,文中提出了一种电子负载并联在电流互感器二次侧通过阻抗匹配调控使电流互感器从交流输电线路提取稳定能量。经实验验证通过调节电子负载可以为直流负载提供稳定的20V输出电压、9W输出功率。     

MRC-WTP系统的滤波器等效模型与阻抗匹配优化

针对传统电路模型中复杂负载的磁耦合谐振式无线电能传输系统分析过于复杂,在实际应用中很难达到最优阻抗匹配而影响电能传输效率的问题,提出一种基于带通滤波器理论的阻抗匹配优化方法。首先,建立一种磁耦合谐振式无线电能传输系统的带通滤波器等效模型,通过建立模型简化分析过程并得到无线电能传输系统阻抗匹配的直接表达式;然后,根据阻抗匹配对电能传输效率影响的分析,得到复杂负载下的理论最优阻抗匹配,并且揭示了在低品质因数耦合谐振系统中优化电能传输效率的实际设计约束;最后,通过仿真和实验证明本文提出的最优阻抗匹配设计使系统具有更强的适应能力。     

基于网络传输增益-匹配经济指数的配电物联网载波通信匹配优化方法

在配电物联网的主从网络传输模式下,结合配电物联网的实际拓扑结构,提出一种基于WP-NMEI(网络传输增益-匹配经济指数)的配电物联网载波通信匹配优化方法。首先利用传输线理论及局部反射理论,推导主从网络模式下各载波设备间的匹配关系,验证了各从载波机间功率的可协调性;然后综合考虑网络传输增益与匹配经济指数之间的协调平衡,将配电物联网区域划分方法建模为非线性多约束条件下,基于WP-NMEI的0-1 整数规划问题;利用改进遗传算法求得配电物联网中继节点设立的最优解,将一个大的复杂配电物联网划分为若干个小的阻抗匹配区域网;最后在每个阻抗匹配区域网内使用粒子群智能算法进行匹配协调,避免网络模式下多通信节点间的功率浪费和阻抗失配问题。该方法匹配优化速度快,可移植性强,理论推导、仿真验证及实验室测试结果表明了该方法的可行性与有效性。     

混凝土介质中无线电能传输系统的效率分析及优化

运用无线电能传输技术将室外能量收集系统的能量无线传输到室内能量消耗系统可以减少对建筑物结构的破坏,能够实现绿色建筑与光伏发电技术的有机融合。但是,作为电介质的混凝土材料会对发射线圈与接收线圈间的互感产生影响,使得输入阻抗发生改变并最终导致系统传输效率的下降。以电路理论为基础,分析了混凝土介质对无线电能传输系统传输效率的影响,并且提出了基于阻抗匹配网络实现系统最优传输效率的优化策略。仿真结果表明,随着轴向距离的增加,混凝土介质对无线电能传输系统传输效率的抑制作用逐渐减小,同时由于阻抗匹配网络的加入,系统的传输性能得到明显的改善。最后通过实验验证理论的正确性,实现了针对混凝土介质中无线电能传输系统效率的优化,减少了理论研究与工程应用之间的差距。     

谐振耦合无线传电系统探索实验

讨论了基于谐振耦合的无线传电系统,建立了辅助设计的准静态电路模型。同时讨论了双线圈与三线圈增强的无线传电系统建模,并通过实验验证了谐振耦合理论。在系统的发射端采用E类开关电路,给出了高效率高功率的无线传电系统设计方案并进行了实验验证。     

Applications of Serial-Parallel Compensated Resonant Topology in Wireless Charger System Used in Electric Vehicles

There are lots of factors that can influence the wireless charging efficiency in practice, such as misalignment and air-gap difference, which can also change all the charging parameters. To figure out the relationship between those facts and system, this paper presents a serial-parallel compensated(SPC) topology for electric vehicle/plug-in hybrid electric vehicle(EV/PHEV) wireless charger and provides all the parameters changing with corresponding curves. An ANSYS model is built to extract the coupling coefficient of coils. When the system is works at constant output power, the scan frequency process can be applied to wireless power transfer(WPT) and get the resonant frequency. In this way, it could determine the best frequency for system to achieve zero voltage switching status and force the system to hit the maximum transmission efficiency. Then frequency tracking control(FTC) is used to obtain the highest system efficiency. In the paper, the designed system is rated at 500 W with 15 cm air-gap, the overall efficiency is 92%. At the end, the paper also gives the consideration on how to improve the system efficiency.     

线圈数量不同的WPT系统等效模型仿真分析

线圈个数的不同对于无线电能传输系统有一定的影响.针对双线圈、三线圈、四线圈无线电能传输系统,构造其基本结构以及等效电路,建立互感模型.分析线圈个数不同时影响无线电能传输系统输出功率和传输效率的因素,并通过Matlab参数仿真,得出影响参数变化时输出功率和传输效率的变化趋势,计算出系统性能最优时所对应的最优系统参数,可为线圈个数不同的无线电能传输系统设计提供参考.     

两负载式谐振耦合无线电能传输系统

在无线电能传输系统应用中,接收装置之间互相靠近时交叉耦合的存在,使发射端的能量不能有效的传送给多个接收端.针对无线电能传输系统中多负载装置这一研究热点,建立了含有两个接收端的谐振耦合式无线电能传输系统模型.首先从等效电路的角度进行展开,提出在交叉耦合的情况下运用最大平均功率传输定理,使系统满足阻抗匹配;然后从耦合系数的角度研究接收端的负载功率,对不同负载功率的公式进行了推导和数值计算,并通过实验仿真验证了理论分析的正确性.结果表明,系统在最大平均功率传输定理实现阻抗匹配的基础上,通过调节发送端和接收端的耦合系数,不需要改变接收装置的位置,就能够减少发送端的反射系数,从而使负载端有效的接收发送端发送的能量.     

配电网电力线高频阻抗特性分析

配电网高频阻抗特性分析是当前电力载波研究的一个重要内容。该文从传输线理论出发,通过分析等效负载阻抗在复平面上的变化规律,讨论了3种典型连接形式的电力线高频阻抗特性;指出了在高频载波的条件下,传输线的策动点阻抗与负载阻抗特性变化的关系,为进一步讨论大规模配电网阻抗特性提供了分析方法。总结了电网参数对阻抗特性的影响,通过改变线缆参数和调制方法来减小传输线阻抗特性变化对载波通信的影响。     

磁耦合谐振无线电能传输系统中继结构的研究

针对具有中继结构的磁耦合谐振无线电能传输系统进行了系统分析,首先建立系统理论模型,利用耦合模理论对中继系统的功率模型进行分析,得出中继系统的功率与非中继系统的功率具有相同的变化规律.利用电磁仿真软件分析系统在中继线圈工作状态下的磁场分布情况,分析中继系统的电路模型,获得负载电压比,提出中继系数的概念,推导出负载电压比和中继系数的变化关系.并根据系统负载电压的等效关系,推导出中继系数变化模型,求得中继线圈的合理位置范围.最后通过实验验证了该模型的准确性.     

LCL型双向感应电能传输系统建模及控制

由于双向感应电能传输(IPT)系统存在高频开关网络以及较多的工作模态,易引入高次谐波和EMI干扰,LCL滤波网络的加入,可以有效滤除导轨电流中的有害谐波并减小EMI干扰,通过对电路交流变量进行复数分析,建立了系统关于传输功率的数学模型,并由此得出,在最大传输效率条件下,原边输入电压pi与副边输出电压so的相角差δ为±90°,系统能量分别正、反向传输;传输功率的大小则可通过调节pi或so的模来实现。在此基础上,为保证导轨电流恒定,在原副边设计了相互独立的移相控制策略。仿真和实验结果表明,该控制策略在调节原边导轨电流恒定的同时,能根据负载的工作状态和实际需求,动态地改变能量传输的方向和大小,有利于提高系统的运行效率。     

低压微网多逆变电源的综合控制策略设计

针对微电网通常是接入低压配电网的情况,分析了低压微电网输电线路与传统高压输电线路阻抗比的差异,对低压微网功率传输进行了理论修正.在此基础上采用不同的控制策略对低压微电网进行综合控制,联网模式下为了执行支撑本地电压和调节馈线潮流,微电源采用PQ控制策略;孤岛模式下为确保负荷能各自快速分担负载和电压频率稳定,微电源采用电压频率V/f下垂控制.为保证逆变器输出阻抗与线路阻抗相匹配,在逆变器控制策略中引入阻性虚拟阻抗,根据低压线路参数呈阻性的特点,对传统高压大电网下垂特性进行修正,通过旋转坐标正交变换矩阵,对电压频率V/f下垂控制进行了改进,使得传统的V/f下垂控制得以扩展应用于低压微网中.仿真验证分析,证明了低压微电网系统下设计的综合控制策略能够保证系统与运行的稳定性和可靠性.     

主从网络模式下中压配网电力线载波通信阻抗匹配方法

中压电力线信道环境恶劣,不同频点下信道输入阻抗存在较大差异,网络模式下的通信节点间的阻抗匹配具有重要意义。在中压配网电力线载波通信信道功率传输模型基础上,推导中压配网主从网络模式下从载波机间的阻抗匹配关系,提出一种基于差分定域的中压配网三点通信的阻抗匹配优化协调算法。该方法通过差分定域法界定寻优范围,在此基础上调整上游从载波机匹配阻抗,保证其接收功率电平大于最低可识别门限值的前提下,使下游从载波机接收功率最大。该协调优化方法可移植性强,优化速度快,相关算例验证了方法的正确性与有效性。     

基于增广拉格朗日交替方向非精确牛顿法配电网电源机会约束分布式控制

传统配电网通过配电线路向下游负荷节点输送电能,但随着新能源的发展,配电网接入了大量分布式电源。通常这些电源通过逆变器与系统连接,如何调整逆变器有功功率和无功功率的输出才能更好地支持配电网运行是一个亟待解决的问题。本文以节点处潮流测量值为基础以最优化配电网潮流为目标设计了一种针对逆变器的控制策略,该策略的控制变量是分布式电源输出的有功功率和无功功率。然后本文将所提控制策略引入配电网机会约束的分布式的潮流方程中,采用增广拉格朗日交替方向非精确牛顿法分布式求解,确保配电网的电压水平和潮流在允许范围内。算例仿真表明,本文所提策略可以有效改善配电网的电压分布,并降低配电网的功率损耗。