面向光伏能量收集应用的实时MPPT预估算法研究

对于环境中存在的各种类型能量源,其往往具有不同的阻抗特性以及输出功率范围。为了提高能量收集系统的能量萃取能力,合理的接口电路设计是关键。基于此,通过对环境中光伏(Photovoltaic,PV)能量源微弱直流特性以及高效率收集和转化的研究,在传统开路电压法(Open-Circuit Voltage,OCV)的基础上,结合输入电压纹波控制,提出了一种可实时最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)的预估算法。该预估算法根据能量源的输出特性,采用了分数开路电压法(Fractional Open-Circuit Voltage,FOCV),并根据纹波大小动态调节变换器的工作模式,实现阻抗匹配。为了尽可能减小因采样带来的能量损失,采用可片上全集成的较小的采样电容,并逐周期的进行开路电压采样和计算,实现了对源功率变化的高精度追踪。仿真结果表明,所提出的追踪算法能够实时监测能量源的状态,具有高的追踪速度和追踪精度,且采样时间仅需100 ns。能量源功率在1μW~10 mW范围内变化时,最短的追踪时间仅需4.37μs,追踪精度可达99.7%。

锂离子电池自放电K值检测系统设计

锂离子电池自放电检测对评估单体锂离子电池或电池组的容量、循环特性和使用寿命具有重要作用。快速检测开路状态下锂离子电池存储电量自发消耗是目前该领域的研究热点。采用开路电压法,通过测量单位时间内锂离子电池的电压降,即自放电K值,表征其自放电程度,设计了锂离子电池自放电K值检测系统。该系统由上、下位机组成,两者之间采用Type-C方式连接,可对锂离子电池进行自放电率检测。以三元锂离子电池为测试对象,对其进行14 d的静置实验,检测静置过程中的自放电K值。测试结果表明该系统不仅缩短了锂离子电池自放电检测时间,而且可准确检测锂离子电池的自放电率。在锂离子电池20%、40%、60%、80%、100%5种荷电状态,20、50、-20、-40℃4种温度条件下对锂离子电池进行自放电K值检测。依据K值测试结果,可分析荷电状态和自放电环境温度对锂离子电池自放电率的影响。

基于开口变压器法的交流电机定子非激励相绕组匝间短路检测研究

为了解决交流电机定子绕组中线圈绝缘损伤引起匝间短路故障无法准确、快速定位的问题,提出将检测转子绕组匝间短路的开口变压器法移植到检测交流电机定子绕组匝间短路,定子单相添加激励源,非激励相绕组设置故障点,开口变压器检测故障点所在槽,分析故障前后开口变压器绕组感应电动势的变化。首先阐述开口变压器检测定子非激励相的工作原理,分析正常和故障状态下通过开口变压器铁心漏磁通的表达式,进一步得到开口变压器绕组感应电动势表达式,获取故障变化规律。随后建立交流电机电磁仿真模型,进行仿真分析,最后用一台定子样机进行实验验证。结果表明:故障状态下,随着故障程度的加深,故障点所在槽的开口变压器感应电动势随之减小,证明了开口变压器可以作为离线检测交流电机定子非激励相绕组匝间短路故障的有效手段。

宽带滤波器传输线法去嵌的研究

为准确获取谐振器材料参数,采用开路短路法、集总参数法、传输线法三种方法分别对谐振器进行去嵌,并分析去嵌对滤波器产生的影响。其中传输线法去嵌无需流片,仿真即可得出谐振器测试结构的寄生参数。采用传输线法对串联、并联谐振去嵌,并运用去嵌后的谐振器材料参数搭建滤波器,滤波器采用九阶π型电路拓扑结构,其带宽为160 MHz,阻带抑制为-25 dB。证实谐振器的测试结构对宽带声表面波滤波器带宽、阻带和零点造成影响,使得去嵌后的滤波器左侧零点向低频偏移,低频抑制上升,高频抑制下降,通带插入损耗增加。

模块化多电平变流器IGBT开路故障诊断与定位方法综述

随着模块化多电平变流器(modularmultilevel converter,MMC)在工程领域中广泛应用,绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistors,IGBT)开路故障问题日益突出,并成为制约其稳定运行的主要因素。IGBT开路故障诊断与定位方法作为及时识别开路故障,保证MMC持续稳定运行的主要手段而被广泛研究。文中首先对MMC的基本结构及IGBT开路故障特征进行介绍和分析,阐明故障子模块电流路径及电容电压变化趋势;其次,以定位故障IGBT使用的方法和手段为依据,对国内外相关主要文献进行分类和归纳,总结不同类型故障诊断方法的优点和不足;最后,对MMC开路故障诊断与定位方法的未来发展方向和趋势进行展望,指出基于硬件、基于模型和基于人工智能的3类诊断方案分别在降低硬件复杂度、提高故障诊断准确率和降低计算量等方面应该重点解决的主要问题和思路。

基于动态灰色关联分析法的高压断路器机械故障诊断

高压断路器机械故障成因复杂,机械故障与分合闸线圈电流之间难以找到解析的映射关系。因此引入灰色关联分析法,建立一种高压断路器机械故障诊断模型,进一步通过计算参考数列与比较数列的距离来选择分辨系数,提出一种基于动态分辨系数的灰色关联分析法。该方法不需要大量样本数据,且算法精度不受信号干扰的影响。研究表明,选取铁心卡涩运动的时间参量相关度作为故障诊断特征量能有效诊断出高压断路器机械故障。

级联H桥变换器IGBT开路故障分析与冗余方法研究

级联H桥变换器包含了大量的开关器件,往往面临严峻的可靠性问题。该文从电路特性和调制过程两方面对级联H桥变换器IGBT开路故障的影响规律进行分析,并提出一种基于调制重构的级联H桥变换器IGBT故障冗余方法。该故障冗余方法通过重构变换器调制过程,使H桥从故障中恢复运行,且发生开路故障的单元依然具有部分功率传输能力,提高了级联H桥变换器开路故障的处理能力。

基于多元算法的锂电池SOC估算研究

电池的荷电状态(SOC)是反映电池剩余电量状态的重要参数,精确估计SOC值是电池管理系统(BMS)最重要的功能之一。传统的SOC估算方法如安时积分法、开路电压法、内阻法等的单独使用很难做到对SOC值的精确估计。针对电池SOC前期估算不准、后期累积误差逐渐变大的问题,以Thevenin模型为基础,对传统的安时积分法进行了改进。前期配合开路电压法获取SOC的精确初值,后期结合扩展卡尔曼滤波法修正安时积分法的累积误差,最后用MATLAB对整个过程及其结果进行曲线拟合和分析,实验结果显示所提方法在SOC估算的过程中误差都可以保持在8%范围内,具有较高的估算精度。

开口变压器法检测汽轮发电机转子绕组故障的有效性验证

精确、快速检测出汽轮发电机转子绕组短路故障,可以有效缩短故障处理时间、降低停机成本。本文对开口变压器检测转子绕组匝间短路时的感应电压进行了特征分析,指出感应电压在故障前后的相位变化。随后利用有限元软件搭建了一台300MW汽轮发电机的转子模型,设置不同的匝间短路程度和短路位置,获取相对应的开口变压器的感应电压,验证了通过感应电压变化判断转子绕组匝间短路的有效性。

基于开口变压器法的交流电机定子铁心短路故障检测

为了简便、可靠地检测和定位交流电机定子铁心叠片的片间短路故障,缩短机组维修和停运时间,提出利用开口变压器法检测交流电机定子铁心故障的方法。首先推导定子铁心正常和叠片片间短路故障情况下开口变压器铁心的磁通特征,进一步得到开口变压器感应电压的表达式,预测了片间短路故障的感应电压特征。然后以一台QFSN-300-2型汽轮发电机定子作为研究对象,通过二维有限元电磁模型进行仿真验证,进一步在一台小型异步电机定子铁心上进行实验验证。仿真和实验结果表明:在定子铁心正常情况下,开口变压器线圈在定子铁心各槽的感应电压都很小;当定子铁心某槽发生片间短路时,开口变压器线圈在该槽的感应电压随之升高,并且感应电压的幅值随着故障位置和故障程度不同而有所差异,证明了开口变压器法可用于检测交流电机定子铁心叠片片间短路故障。

基于Free RTOS的移动机器人控制系统设计

针对传统四轮移动机器人的环境适应性、行走灵活性和功能扩展性较差的问题,设计提出一套基于STM32嵌入式单片机和Free RTOS实时操作系统的四轮移动机器人控制系统。以STM32F405RGT6单片机为底层控制主控芯片,搭载MPU6050传感器获取位姿。使用BQ7692003PWR芯片模块获取磷酸铁锂电池电芯的电压,并运用开路电压法和安时积分法精确计算电池的剩余电量,运用PI(比例积分控制)算法控制四轮速度。软件系统基于Free RTOS实时操作系统开发,可满足软件多任务运行。实验结果表明,该控制系统具有较高的稳定性和可靠性,实现了对四轮移动机器人速度的精准控制和剩余电量的实时监控。

电池SOC估算中安时积分法以及开路电压法的改进

荷电状态(SOC)是影响电动汽车性能、安全以及用户体验的重要参数。首先对SOC定义进行明确,提出国标电芯测试中的问题,以及改进方法。之后为准确表述动力锂电池SOC与温度的关系,从而准确估算SOC。提出底端容量的概念,并认为低温下电池容量减小是由于底端容量增大造成的。这一概念的引入可以很好地表述锂电池在低温情况放电至馈电后回到室温又可以进一步放电,以及电池在室温情况达到较低SOC后温度降低无法再放电的特性,同时提出改进的安时积分公式。最后,针对当前电池使用开路电压法(OCV)修正SOC,判断条件为单一的静置1 h以上则认为电池静置,并用OCV-SOC关系查表获得准确的SOC。提出使用静置时间与静置回弹电压共同判断电池是否静置,可以更合理有效地判断电池是否静置。进而为整车实际使用过程中提供更多的合理的SOC校正机会,提高用户使用过程中的SOC精度。

基于概率神经网络的直流滤波器电容器开路故障定位方法

针对高压直流输电工程中直流滤波器电容器开路故障定位方法效率低、威胁检修人员的安全等问题,提出了一种基于概率神经网络的直流滤波器电容器开路故障定位方法。该方法采用主成分分析法过滤冗余的信息,既降低了数据的维度,也得到了能有效反映直流滤波器电容器运行状态的特征向量;利用概率神经网络对特征向量进行故障分类,从而实现对电容器开路故障的定位。利用直流滤波器电容器运行状态样本数据对所提定位方法的有效性进行验证,同时考虑电容器有不同的开路故障电容元件数,验证所提定位方法的适应性。实验结果表明,文章所提方法对直流滤波器电容器的开路故障位置具有较好的定位精度。

基于开路电压法光伏电池最大功率追踪器

光伏电池的最大功率点跟踪(MPPT)对提高太阳能的利用率以及充分利用太阳能所转换的能量而言至关重要。由于开路电压法特别适用于小功率光伏发电系统,因此选择开路电压法作为MPPT的控制方法。在分析了设计需求后,设计了基于单片机控制的开路电压法光伏电池最大功率追踪器,并采用大容量电源负载装置模拟电源功能模拟的光伏电池进行实验,设计的最大功率追踪器效率可达85%以上,特别适合应用在要求低成本小功率的太阳能LED路灯工程中。

基于改进安时积分法估计锂离子电池组SOC

为了解决安时积分法不能估计锂离子电池组初始荷电状态(SOC_0),难于准确测量库仑效率和电池可用容量变化的问题,提出改进的安时积分法:建立锂电池二阶等效模型,结合恒流放电实验数据,推导出开路电压的预估公式,从而估算初始SOC;再通过大量实验,分析电池老化、库仑效率、电池总容量变化的影响因素,对该参数进行修正和优化。实验结果显示,改进的安时积分法误差达到0.03%。

一种150V矿用锂电池管理系统的SOC估算策略

锂离子电池在生产生活中应用越来越广泛,由于目前电池技术的限制,单节电池达不到煤矿电机车的需求,因此需将多节电池串联成电池组,因单体电池的差异性,需要设计一个高效的电池管理系统,而关键技术是SOC估算。针对矿用这个特殊的环境,根据矿用电机车动力电池组的需求,提出了将安时积分法和开路电压法相结合的估算策略。由于锂电池的性能受多种环境因素的影响,其中最主要的是温度因素,因此在估算策略中加入了温度修正,更加准确地进行SOC估算。

基于安时法的锂离子电池SOC估计实时校正方法

为减少工业常用荷电状态(SOC)估计方法——安时法的累积误差,提出一种实时校正的锂离子电池SOC估计方法。在0~60℃,放电倍率1 C、2 C、3 C和0.33 C下,进行锂离子电池放电实验,测量了电压、电流、温度,建立了锂离子电池放电数据库。从该库获取上述放电温度、放电倍率范围,SOC值为20%、80%时的开路电压,以此两点引入一条关于电压与SOC的直线。以该直线上某点电压所对应SOC作为修正项,并引入修正因子α,来校正安时法所得剩余电量SOC估计值。与实验值对比,该SOC估计结果的误差小于4%,符合工业需求。

用一种新的优化算法估计电动汽车电池SOC

准确估计电动汽车中的锂电池荷电状态(SOC)是电池管理的一个难点,安时计量法的缺点是无法估计电池的初始剩余电量,且由于电流测量精度的原因会导致累积误差。因此在安时计量法原有研究的基础上提出了一种新的优化算法,即结合开路电压法和Peukert方程来估计电池的剩余电量。与实验结果对比,可见新的优化算法的仿真结果与实验结果基本吻合,误差较小,从而证明了本方法的正确性。

锂离子动力电池参数辨识及其SOC估计

基于三阶RC等效电路模型,提出断点分层的参数辨识方法,通过增加脉冲放电个数提高参数辨识准确度;同时模型参数受温度、电流等诸多因素的影响,且系统噪声的不确定性,可能导致估算算法不收敛,自适应扩展卡尔曼滤波在每次迭代更新的时候,测量数据对状态变量进行动态修正,不断估算并修改干扰噪声的统计特性因而得出的SOC估算值较为准确。最后把估算结果和安时积分法与开路电压法的结合算法得到的曲线作比较,结果表明:该算法估算误差维持在2%左右,表现出优良的估算效果。

基于开路电压法的磷酸铁锂电池SOC估算研究

为了提高磷酸铁锂电池的安全性和使用寿命,需要对电池中最重要的参数--荷电状态(state of charge,SOC)进行有效的估算。因此,对电池SOC的估算方法进行研究,通过一种精简的开路电压法可以快速并相对准确地估算磷酸铁锂电池的SOC,相关充放电实验确定了开路电压与电池SOC的对应关系,并分别选用静置前后的开路电压对电池的SOC进行估算。结果表明在磷酸铁锂电池出色的性能基础上,这种简单快捷的开路电压法可以精确地估算其电池的SOC。