基于PEEC的WPT系统磁芯结构建模

磁耦合机构作为无线电能传输的核心部分,直接决定系统的传输性能。目前广泛采用加装磁芯来提高耦合机构的传输性能。然而加入磁芯后,线圈与磁芯的融合建模及协同设计问题,目前多依赖于电磁仿真软件及二维分区建模,该方法无法量化磁芯参数对系统传输性能的作用。此处基于部分元等效电路(PEEC)对磁芯进行建模,根据磁性材料特性分别从涡流、磁化强度两方面构建磁芯二元模型,并引入退磁因子对磁化强度模型进行修正。基于电场积分方程构建了以磁芯涡流、节点电压和磁化强度为未知量的解决矩阵,实现了线圈与磁芯融合建模。在融合建模的基础上,基于矢量磁位提取了带芯线圈的自感系数,将建模结果与商用仿真软件及实验进行对比,其误差控制在5%以内,验证了建模结果的准确性。带芯线圈自感参数量化了磁芯对线圈的附加耦合作用,为磁芯结构设计提供理论支撑。

用于WPT的低损耗电磁超材料研究与设计

双层螺旋结构的电磁超材料常常用于无线电能传输(WPT)中来提升其传输效率。当它以阵列形式处于WPT的高频磁场中时,其交流电阻及其带来的损耗不可忽略。为降低损耗,此处以双层螺旋结构的电磁超材料为基础,通过采用非均匀线宽设计的方式,提升了电磁超材料的品质因数,设计了一种新型的低损耗电磁超材料及其对应的混合电磁超材料阵列。对非均匀线宽结构的电磁超材料样品进行测试,实验结果证明相比均匀线宽结构,该非均匀线宽结构的等效电阻降低了约5.69%,等效电感上升了约2.49%,品质因数提升至556.87,损耗降低了20.17%。对应的混合电磁超材料阵列能够将WPT系统的效率提升33.06%。

仿真软件在电磁兼容课程教学中的应用

电磁兼容原理及技术是一门理论性和实践性均较强的课程。对学生而言,单纯的理论学习艰涩难懂且枯燥乏味,有必要通过实践来获得感性认识,从而加深对理论的理解。本文首先介绍了电磁兼容课程的特点,然后分析了开展实践的难点,进而提出了将电磁仿真软件应用到教学实践中去,最后通过实例介绍了Ansys Maxwell在电磁兼容课程中的应用,此方法效果显著。

地铁轨道局部绝缘损坏下动态杂散电流及地电位梯度建模与分析

地铁轨地绝缘损坏会导致过渡电阻降低,造成泄露地电流激增、地电位梯度升高等问题。首先,针对轨道局部绝缘损坏下沿轨过渡电阻呈连续分布的特性,提出并建立了轨地过渡电阻区段分布模型。然后引入列车快速牵引策略,构建了完整牵引周期的杂散地电流动态分布模型及地电位梯度模型,并基于分布参数理论将连续分布的电流等效为若干离散分布的点电流源。最后利用复镜像法求解格林函数的方法,计算分析全线动态杂散电流分布和动态地电位梯度分布。通过CDEGS软件对比验证了模型的准确性与优越性。算例结果表明,保持加速、减速区域较高的绝缘性能是降低直流牵引供电系统对附近地电位梯度影响以及减小土壤环境直流干扰的关键。

PEEC在铁磁板低频磁场屏蔽效应计算中的应用

提出了一种针对磁性材料的三维电磁建模技术,可用于计算低频磁场下铁磁板的屏蔽效能.首先,对包含磁性材料的线-板结构建立部分元等效电路(PEEC)模型,并针对具有几何对称特征的板结构,给出了改进的PEEC模型.然后,根据电磁分量在各对称/反对称分块的分布特性,将各分块之间的电磁耦合进行合并.该方法已被用于估算铁磁屏蔽板上的涡电流及其周围空间的磁场,将所得结果与基于边界元法的商用软件进行了对比,结果与参考值较符合,且效率提高了4倍.

EMP激励下带孔缝金属机箱的耦合特性研究

研究了电磁脉冲(EMP)对理想带孔缝金属机箱的耦合特性,对耦合电场的时域和频域特性以及不同结构和不同数量孔缝的耦合结果进行了讨论。耦合电场的分布呈现明显的谐振现象,谐振中心位于机箱中心区域。对于面积相同的孔缝,当脉冲的极化方向与孔缝短边平行时,矩形缝耦合的电场能量最大,圆孔耦合的电场能量最小。在保持开孔面积不变的情况下,将较大的单孔缝分解成多个较小的孔缝,可有效减小耦合能量。另外,采用双层屏蔽也可显著减小耦合能量。

分布式电源并网条件下配电网继电保护方案设计

分析了DG并网对配电网故障电流的影响,并提出一种改进保护方案。方案利用含DG配电网的故障电流特征,采用两侧电流的相角变化量作为判据进行故障定位,由始端保护装置实现主电源到DG接入点之间故障的判别。方案对电流幅值的精确度要求不高,能有效避免系统运行方式变化产生的影响,简单可靠;仅需要传输反映电流相角变化方向的数字信号和保护决策信号,对通信通道要求不高;仅需要采集故障前后的电流信息量,节省了电压互感器,对配电网而言具有良好的经济性。仿真实验证明其可行性。

EMP激励下带孔缝金属机箱的屏蔽效能研究

研究理想带孔缝金属机箱在电磁脉冲(EMP)激励下的电场屏蔽效能(SE),对不同结构和不同数量孔缝的耦合结果进行了讨论。耦合电场的分布呈现明显的谐振现象,谐振峰值位于机箱中心区域。对于面积相同的单孔缝,当入射波极化方向与矩形缝短边平行时,矩形缝机箱的屏蔽效能最小,圆孔机箱的屏蔽效能最大。在保持总开孔面积不变的情况下,将较大的单孔缝分解成多个较小的孔缝,可有效增大机箱的屏蔽效能。另外,采用双层屏蔽也可显著提高机箱的屏蔽效能。

低振动噪声永磁同步电机极槽配合的选择

永磁同步电机的极槽配合是影响电机齿槽特性和振动噪声特性的重要因素之一。理论上分析了永磁同步电机电磁力波特征参数和极槽配合的关系,重点讨论常用极槽配合齿槽转矩和电磁力波特性。建立了永磁同步电机的多物理场有限元耦合模型,比较了几种典型分数槽集中绕组情况下电磁力波和噪声机理特性,得出低振动噪声永磁同步电机极槽配合的选择原则。

基于支持向量机的光伏发电功率预测

分析了光伏系统的发电特性以及影响光伏发电的因素,建立了基于支持向量机的光伏系统发电功率预测模型.该模型以结构风险最小化原则取代了传统机器学习方法中的经验风险最小化原则,在小样本的机器学习中有着优异的性能.用某一天的数据作为训练样本集,首先对数据进行去噪和归一化,然后用支持向量机方法对样本集进行训练和发电功率预测.仿真结果表明,基于支持向量机的预测模型具有较高的精度,可用于光伏发电系统的预测.

考虑实际工程环境中含可中断负荷备用优化模型研究

针对电力系统实际运行中对备用辅助服务影响的3种不确定因素进行分析,首先利用场景分析,使用场景生成的方法进行传统下的备用市场优化建模,然后提出一种发电备用和可中断负荷备用综合考虑的系统效用最大模型。算例验证了该模型能有效地应对系统发生的对备用服务影响的3种不确定性因素,在系统的效用最大化前提下,实现发电商和可中断负荷提供的备用的优化配置,对实际工程环境下的备用市场调度具有指导意义。

基于冗余卷积编解码器的变压器噪声抑制

变压器运行过程中产生的声信号是评估变压器运行状态以及变电站噪声水平的重要依据。提出一种基于冗余卷积编解码器网络(redundant convolutional encoder decoder,RCED)的变压器噪声抑制方法,利用短时傅立叶变换得到干净声信号和含噪声信号的时频特征,构建了变压器声信号降噪模型。通过对某换流站换流变压器的噪声信号进行测试验证,结果表明:所提模型具有较好的降噪效果,所提方法对于变压器声纹振动在线监测系统以及变电站噪声的准确检测具有参考意义。

地铁杂散电流影响下的地表电位计算及敏感性因素分析

为研究地铁杂散电流对交流电网的侵入范围和程度,根据实际运行下走行轨绝缘扣件的绝缘能力退化情况,建立杂散电流数学模型,推导得到每个轨枕泄漏的杂散电流。将地铁杂散电流离散为轨枕个数的有限点电流源,利用复镜像法求解格林函数的理论方法,建立地铁杂散电流引起地电位分布计算模型,并通过基于边界元法的商用接地软件CDEGS验证所提方法的准确性。讨论杂散电流泄漏量和土壤结构此类传统敏感性因素对城轨沿线地电位分布的影响,以及多线路交汇的交通枢纽地段多列车运行下的周围地电位波动情况。

双拾取结构WPT系统稳定性分析

双拾取结构在大功率无线电能传输系统得到广泛应用,双拾取线圈间互感的影响可通过外加补偿电容消除,然而该方法可能导致初级侧出现多谐振点,造成系统不稳定。在此背景下,首先,利用互感电路理论对双拾取结构进行分析,得到次级侧到初级侧的反映阻抗;其次,提出基于调谐与调补偿电容的2种电感补偿方法,并根据初级零相角频率须等于次级频率的稳定条件,进一步分析拾取线圈间的互感对系统稳定性的影响,获得拾取线圈的品质因数与初、次级线圈之间的耦合系数之间的关系,得到判断系统稳定的条件。最后,通过仿真验证理论分析的正确性。

双发射结构磁谐振式无线电能传输系统传输特性研究

基于电路理论,建立了双发射结构磁谐振式无线电能传输(WPT)系统的等效互感模型。与单发射结构相比,双发射结构可以提高负载接收功率和传输效率,而且随着发射线圈与接收线圈之间耦合系数的降低,双发射结构的优势更加明显。结合数值仿真试验,对比得出当两种结构的接收线圈发生横向偏移与角度偏转时,负载功率和传输效率的比值分别可达2.8和1.39以上,验证了理论分析的正确性。最后,进一步分析了两种结构在欠耦合、临界耦合、过耦合3种区域的传输效率,发现双发射结构可以增加系统的纵向传输距离,且在临界耦合区域内可以有效扩大系统的横向传输范围。

基于PEEC的阵列解耦式WPT系统设计与研究

为实现给多个小型电子设备灵活充电,此处设计了一种基于正六边形线圈单元结构的三层交错排布阵列式线圈结构。其主体结构为中间层布置一个线圈,首层与底层分别对称排布3个线圈,且每层线圈间两两解耦。采用部分元等效电路法(PEEC)提取正六边形线圈的电感参数,构建相邻线圈的交叉位置与互感的关系,模型计算表明,当相邻线圈间重叠尺寸为32.42 mm时,线圈实现解耦;在主线圈中设计串联的副线圈来实现单元线圈的耦合磁场均匀分布,该设计使单元线圈与负载间的互感提升约40%。最后提出一种负载坐标定位方法,通过定位负载中心与阵列交错线圈的位置,可启动单线圈、双线圈或三线圈发射模式,实验验证阵列结构可确保负载在不同位置时能够可靠供电。

基于有限时间一致性的混合微电网分层控制

考虑混合微电网中存在未知线路阻抗,导致有功功率共享精度低的问题,提出了混合微电网分层控制方法。底层控制包括交、直流子微网与双向功率变流器(BPC)的下垂控制,用于确保有功功率共享的迅速响应,并维持频率、电压的平衡。上层控制基于有限时间一致性算法构造频率、电压修正量,调整交、直流子微网的输出有功功率,在有限时间内使各子微网的输出有功功率比例收敛一致。最后,搭建含3个子微网的实验平台验证所提控制方法的有效性。实验分析表明,分层控制方法能够使混合微电网精确地共享功率,在负荷扰动、子微网投退等不同工况下具有良好的控制性能,与传统渐进一致性算法相比,提高了收敛速度。

基于垂直中继线圈结构的L形无线充电装置设计与优化

目前手机等掌上移动电子设备的无线充电设计多采用发射-接收线圈水平叠放布置方式。考虑到大量电子设备需要立式工作,单一的水平充电模式无法满足设备边工作边充电的需求,为此提出一种基于垂直中继线圈结构的无线电能传输系统。设计一种L形基座,利用基座侧面的发射线圈与底面中继线圈的配合,实现电子设备在基座上及其附近从水平到竖直范围内任意角度的无线充电,满足设备不同工作状态时的充电需求。首先采用等效电路模型对系统进行分析,得出传输功率及效率的影响因素;其次通过仿真研究了三种典型接收线圈位置系统的传输特性并通过实验验证了仿真结果;最后,利用仿真对中继线圈与发射线圈的相对位置进行优化,实验结果表明优化后的系统效率最大可提高6%。

用于分析土壤结构对直流偏磁电流影响的简化网架模型

直流偏磁电流的大小受多种因素的影响,其中土壤结构是其中最重要的因素之一,为了更准确地分析高压直流输电系统单极大地回线运行时土壤结构对变压器直流偏磁电流的影响,提出了一种简化的网架模型用于分析不同土壤结构对直流偏磁电流的影响。首先以直流输电规程中的计算方法对文中方法进行了验证,并分析了几种不同土壤模型下直流偏磁电流的变化情况。结果表明:基于文中模型所得结果与现有研究关于土壤结构对直流偏磁电流的影响情况趋势一致,文中采用的简化网架模型能够为土壤结构对直流偏磁电流的影响提供定性和定量的参考。

逆变器供电对电动汽车内置式永磁同步电机振动噪声特性影响研究

为研究宽调速范围内逆变器电流谐波对电动汽车用内置式永磁同步电机(IPMSM)振动噪声影响的特性机理,该文引入一种逆变器电流谐波对IPMSM振动噪声影响的分析方法。首先,理论分析了谐波电流作用时电机电磁力波特征参数(力波阶数r、力波频率fr、力波幅值Peak-r/fr),建立IPMSM多物理场耦合振动噪声分析有限元模型,以分析恒转矩调速和弱磁调速工况下样机的电磁力波和振动噪声频谱特性,并和正弦电流供电时相比较。结果表明:对于该文样机,逆变器谐波电流供电时会引入0阶和8(2p)阶电磁力波频率分量,且对弱磁调速时样机振动噪声的影响大于对恒转矩调速时的影响,此结论适用于其他多极对数整数槽永磁同步电机。最后实验验证了分析方法的正确性。