基于等效阻抗的分数阶RLC_(α)串联谐振BD-WPT系统传输特性分析

针对谐振式无线电能传输系统中分数阶电感、电容元件的仿真实现困难的问题,采用等效阻抗实现分数阶电容的等效.基于分数阶电容的阻抗特性,给出了一种分数阶RLC_(α)串联谐振双向无线电能传输(bidirectional wireless power transfer,BD-WPT)系统结构,通过建立含分数阶电容的串联谐振式双向无线电能传输系统的电路模型,推导了其传输功率和效率关系.仿真实验结果表明,与整数阶串联谐振系统相比,系统的输出功率提升了7.82%,传输效率提升了0.58个百分点.

基于电场耦合的电能信号并行传输系统串扰抑制方法

针对较大功率电场耦合无线电能传输系统信号双向高速传输的需求,该文提出一种基于部分能量通道的电能与信号并行传输系统的串扰抑制方法。通过对所提出的系统拓扑进行分析,给出了电能传输增益表达式与电能串扰增益表达式,并分析了阻波电路参数变化对电能串扰增益的影响;基于交流阻抗法及香农定理分别给出了信号传输增益及信道容量表达式,分析了信号支路参数对信道容量的影响;在综合考虑信号传输增益、信道容量及阻波电路参数敏感性的情况下,给出系统信号支路参数的设计方法。该方法能保证系统在较大功率下降低电能串扰,保障信号稳定传输,实现信号的双向高速传输。通过仿真与实验验证了所提出的拓扑和参数设计方法的有效性。搭建的实验装置实现了传输530.4 W的电能,23.28 Mbit/s信号正向传输速度和24.2428 Mbit/s信号反向传输速度。

信号与能量极板层叠方式下的电场耦合式无线电能传输系统

为了提升共享部分能量通道式的电能与信号并行传输系统在传输极板面积受限的应用场合中的能量传输性能,并实现信号双向高速传输,提出一种信号传输极板与能量传输极板层叠方式下的电场耦合式无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)系统,给出系统拓扑及串扰抑制方法。基于交流阻抗分析法及香农第二定理,建立电能串扰增益、信号传输增益、信号最大传输速率及电能传输增益的数学模型,分析交叉耦合电容对电能串扰增益及信号传输的影响;以降低交叉耦合电容对信号传输增益及信号最大传输速率的影响为目标,给出层叠方式下EC-WPT系统信号传输极板面积及信号支路参数的设计方法。仿真与实验验证了所提出的系统及给出的方法能在较大传输功率下实现系统的信号双向高速传输。所搭建的实验装置实现了在系统输出功率达到520.2 W时,信号正向传输速度为18.64 Mbit/s和信号反向传输速度为19.36 Mbit/s。

双向无线电能传输系统在V2G中的控制策略研究

为弥补电动汽车与电网间能量单向流动不足,提高电动汽车充放电的灵活性与新能源发电的就地消纳能力,提出1种含电动汽车双向无线电能传输的直流微网拓扑结构,研究了将车载电池作为移动储能设备的控制方法。以风光互补发电系统与混合储能为基础,针对双向无线电能传输系统提出基于功率的控制方法,可保证电动汽车作为负荷吸收电能,又可当作储能单位发出电能。为保证系统稳定运行,进一步设计了微网上层中心控制器。Simulink仿真结果表明:电动汽车与电网的能量交互提高了电网运行稳定性,双向无线电能传输可提升电动汽车充放电效果,在一定程度上促进了新能源发电的就地消纳,验证了所提拓扑的有效性与控制策略的优越性。

水下无人航行器水下无线充电关键技术研究

目前水下无人航行器可以承担搜救、情报、监视和侦察任务,具有重要的应用价值。但其续航能力及充电问题,制约着水下无人航行器的机动能力。本文通过分析水下无线充电技术优势,研究不同国家及机构对水下无人航行器水下无线充电技术的应用成果,提出水下无线充电关键技术,针对磁耦合机构设计、水下损耗分析、双向能量传输拓扑及控制策略及水下磁通信技术4个方向展开深入讨论。

最小化具有无线携能通信的全双工中继系统发射功率和

考虑在无线网络中采用信息与能量同步传输来提高无线中继系统的性能,提出了基于无线射频网络中采用无线携能通信(SWIPT)技术的具有自能量回收的双向传输全双工中继系统。SWIPT应用在双向全双工中继系统中是一个新的尝试,其中能量受限的目的节点使用从中继和环路信道捕获的能量来发送反馈信息,并给出了全双工中继系统工作的逻辑结构和能量受限的目的节点的物理结构。然后,以最小化系统发射功率和作为优化目标来描述系统的性能,采用功率分配方案进行信息解码和能量捕获,应用半定规划、秩松弛和拉格朗日方法将原始非凸优化方程转化为可解凸优化问题并求解,且联合优化了中继发射功率、发射波束成形向量和功率分配比率。最后,实验仿真对比了所提的新系统与传统双向传输中继系统,结果验证了利用自能量回收不仅可以消除自干扰,而且可以显著优化系统发射功率和,且由于SWIPT技术与全双工中继系统的结合,使得所提出的系统比传统的双向传输系统具有更高的性能增益。

基于V2G的双向无线电能传输系统研究

针对现阶段双向无线电能传输系统的控制方法存在复杂程度较高、需要原副边通信的问题,文中提出一种基于系统功率的控制策略。根据双边LCL高阶补偿拓扑的电路特性,以谐振网络中的有功、无功功率为参考量,调节原副边谐振电压相位差与全桥转换器桥臂之间的移相角,同时控制系统的能量流动方向与流动量。该控制方法无需近场通信,可通过监测谐振网络的功率并根据运行状态的改变自动调节系统传输功率,在降低控制电路复杂程度的同时能够保证系统高效、稳定运行。最后,在Matlab/Simulink中搭建含所提控制策略的双向无线电能传输系统模型。仿真结果表明,该控制方法能够实现能量双向无线流动且保证较高的传输效率,验证了策略的有效性。

一种副边斩控无线电能与信息同时传输系统

针对在无线电能传输系统中实现原、副边之间信息通讯的问题,提出一种基于电能传输通道的副边斩控无线电能与信息同时传输新结构及其控制方法,其结构简单,副边仅有一个全控器件。通过理论分析得到副边全控器件导通角与负载电压的关系,副边通过反馈控制调节全控器件导通角实现负载电压恒定输出;通过改变电能传输频率和副边全控器件开关频率进行信号调制,分别实现信息的正向和反向传输。搭建实验平台验证了所提出的副边斩控无线电能与信息同时传输方式,实现负载电压50 V恒定输出,同时5 kbit/s的速率双向传输信息。