基于LCC/N补偿拓扑的无线恒定电流充电技术研究

无线充电系统需要满足与负载无关的恒定输出电流和零相位角充电过程,来实现高传输效率。现有的恒流充电型系统存在输出电流受松耦合变压器参数的限制、接收侧体积大、开发成本高等问题。提出了一种LCC/N补偿拓扑无线充电系统及其相应的参数调整方法,在ZPA运行下实现恒定电流充电。由于接收侧不需要补偿元件,因此保证了WPT系统实现恒定电流充电模式的前提下,还满足了接收侧的紧凑性和轻便性,节省了生产成本。

LC并网逆变器多目标协同优化模型预测控制策略

传统有限集模型预测控制存在动作延迟和多目标控制中权重系数分配复杂等问题,影响系统稳定性。因此提出了一种多目标协同优化的模型预测策略。针对LC滤波型并网逆变器,构建了输出电感电流、电容电压及开关转换次数的多目标代价函数。然后,基于Lyapunov定律实现对代价函数中主要目标项电感电流的稳定控制,再根据次要项中的电压和开关转换次数设置权重系数,实现多目标协同控制。同时,为解决固有的动作延迟问题,采用三步预测法和矢量角补偿法对延迟进行补偿。最后,利用Simulink搭建仿真模型验证了该策略的有效性。

LC串联谐振和LCC串并联谐振在高压脉冲电容充电电源中的应用比较

为得到更适合高压脉冲电容充电电源的电路拓扑,对LC串联谐振和LCC串并联谐振充电电源的应用电路特性进行了比较。利用Matlab分别对LC串联谐振和LCC串并联谐振脉冲电容充电电路进行了仿真分析,通过3kW电源样机对600μF/15kV负载电容进行了充电实验,给出了LCC串并联谐振实验波形,与仿真结果一致。实验结果说明实际LC串联谐振电路由于分布电容的影响变为LCC串并联谐振,并根据附加并联电容对电路分布电容的大小进行了间接测量,LCC串并联谐振所需供电电源功率较小、电流峰值较低、充电精度较高,因而更具优越性。

一种从能量传递角度出发的DLCC-WPT系统参数设计方法

针对双侧LCC型补偿拓扑的无线电能传输系统(double-sided LCC compensation network wireless power transmission,DLCC-WPT)系统谐振回路多、参数设计复杂的问题,分析DLCC-WPT系统的电路模态,从能量传递路径的角度出发,定义系统的能量传递系数。基于能量传递系数和电路等效品质因数,建立系统电压增益和电流增益的数学模型,确定能量传递系数和电路等效品质因数的合理设计范围,依靠电流增益曲线划分逆变电路功率器件,实现零电压开通(zero voltage switching,ZVS)的工作区域。在此基础上搭建仿真模型和实验样机,对理论分析中的参数设计范围和工作区域进行仿真和实验验证,实验结果显示,在790W的输入功率下,实现90%的传输效率和逆变电路功率器件的软开关。

含STATCOM的LCC-HVDC系统的动态模型及小信号稳定性研究

该文建立含静止同步补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）的电网换相换流器高压直流输电（line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC）系统的小信号模型,通过与详细电磁暂态模型的对比,对其准确性进行验证。基于该模型,研究锁相环（phase-locked loop,PLL）、LCC-HVDC与STATCOM控制系统参数对整个系统的小信号稳定性与动态性能的影响,并得到不同控制系统参数的可行域。最后分析锁相环（phaselocked loop,PLL）、LCC-HVDC与STATCOM控制系统之间的相互耦合作用,结果表明该耦合作用使得不同控制系统的参数可行域相互约束,为系统设计和参数选择提供有价值的参考。

应用于LCC-HVDC弱受端的链式STATCOM改进控制策略研究

研究应用于电网换相高压直流输电系统（line commutate converter based high voltage direct current,LCCHVDC）弱受端的链式静止同步补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）控制策略,提高其暂态控制性能。首先,对基于比例谐振控制器的分相瞬时电流控制策略进行了论述;其次,将专用降压变的短路阻抗等效至STATCOM主回路,则STATCOM等效直挂在虚拟35kV交流系统,提出虚拟35kV电压瞬时值前馈及其与幅值前馈的在线切换方法、以虚拟35kV电压为控制目标的暂态分相控制策略;最后,将所提出的控制策略运用在国内首套应用于LCCHVDC弱受端换流站的STATCOM中,仿真结果、RTDS试验和工程现场试验验证了其合理性与有效性。

弱交流电网下含STATCOM的LCC-HVDC系统的附加阻尼协调控制方法

通过在电网换相换流器高压直流输电（line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC）逆变侧交流母线装设静止同步补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）,来达到抑制换相失败的目的。然而研究发现,在弱交流系统工况下,STATCOM的控制系统（特别是交流电压控制外环）与LCC锁相环之间存在相互作用,会对后者的稳定可行域造成不利影响,进而可能引发整个混合系统的小干扰失稳现象。针对此现象,该文提出一种适用于弱交流系统下含STATCOM的LCC-HVDC系统的新型附加阻尼协调控制（supplementarydampingcoordination control,SDCC）,该方法基于LCC锁相环输出频率信息,引入阻尼系数以附加分量形式反馈到STATCOM定交流电压控制器外环输入中。基于Matlab的特征根理论分析及基于PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真结果表明,提出的SDCC控制可以有效抑制含STATCOM的LCC-HVDC系统中LCC锁相环增益过大引起的系统小干扰失稳现象,从而提高系统的稳定裕度。

电动汽车无线充电系统双边LCC补偿网络参数的鲁棒优化设计

为解决电动汽车无线充电系统耦合系数发生改变导致系统性能下降的问题,研究磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)双边LCC网络的补偿特性,得出补偿线圈参数的合理取值范围,应用信息间隙决策理论的风险规避策略,以转换效率最高为目标,构建考虑耦合系数不确定性的补偿网络参数优化模型,通过优化计算获取补偿线圈参数的最优值,实现在耦合系数变化较大的情况下,仍能在满足充电负荷功率需求的同时使转换效率最大。通过对一个3 kW的基于双边LCC补偿的无线充电系统算例分析,验证鲁棒优化设计方法的有效性。结果表明:当系统的耦合系数减小27%时,系统的输出功率仍然不低于3 kW,而转换效率仅下降1%,且不低于96%。

电动汽车无线充电系统双LCC型补偿拓扑研究

为了提高无线电能传输(WPT)系统的传输效率,通常在原、副边添加谐振补偿拓扑。目前研究的谐振补偿拓扑包括SS型、双LCL型和双LCC型。对双LCC型补偿拓扑进行分析,并通过MATLAB软件对其进行仿真,分别研究不同负载、互感和角频率下系统的输入功率、输出功率、传输效率。研究结果表明该补偿拓扑的传输特性良好。

基于MMC拓扑的混合型滤波器设计及其在LCC-HVDC中的应用

针对传统无源滤波器占地面积大、易与交流电网阻抗引发串并联谐振等固有问题,提出一种适用于基于电网换相换流器的高压直流输电(LCC-HVDC)系统交流侧滤波的混合型滤波器。该混合型滤波器的无源滤波部分与有源滤波部分串联后与电网并联,其中无源滤波部分为传统的双调谐滤波器,有源滤波部分基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑结构。分析了有源滤波部分的输出电压控制增益、交流电网等效阻抗对混合型滤波器滤波性能的影响,利用根轨迹法确定了增益的取值范围。最后在Cigre模型的整流侧完成仿真验证。结果表明,该混合型滤波器能够减少传统无源滤波器的占地面积,具有良好的滤波效果及较强的鲁棒性,能实现换流站无功功率的全补偿。

LCC-LC串联混合型抗偏移恒流无线充电

针对电动汽车无线充电线圈偏移造成充电电流不稳定和效率低的问题,提出基于参数优化的LCC-LC串联混合型抗偏移恒流无线充电设计方法。建立LCC和LC补偿网络的数学模型,分析二者电流输出特性,得到LCC输出电流与互感呈正相关,LC输出电流与互感呈负相关。采用DDQ线圈结构,解决初级、次级线圈同侧解耦及异侧解耦控制,实现LCC和LC均与负载无关的独立恒流输出;通过系统参数优化选择合适的谐振网络参数,采用串联混合结构实现补偿网络电压输入互补,进而使系统具有抗偏移恒流输出能力。最终搭建310W实验样机,验证系统恒流抗偏移输出效果。实验结果表明,在横向偏移50%范围下系统输出电流仍能保持较好的稳定性,在设定值的5%范围内波动,并且最高效率可达91%。

基于LCC拓扑的ICPT系统混合补偿方法及验证

针对感应耦合电能传输(ICPT)系统的四种基本补偿结构在负载固定时无法调节系统传输功率的缺点,提出基于LCC拓扑的混合补偿方法,包括LCC/S与LCC/P两种补偿结构。利用高阶LCC结构与一阶串/并联结构的联合应用,不仅能够调节ICPT系统的传输功率,其相比于双LCC结构又能减小无功器件的使用,减小系统的复杂度。首先给出了基于互感模型的LCC/S与LCC/P的结构原理图,推导出两种结构的负载特性、功率特性等多个系统特征,并使用有限元仿真软件Comsol对两种补偿结构的软开关可行性、传输功率及传输效率进行了对比分析,证明了提出理论的可行性。最后,对运行频率发生偏移时的输出功率特性进行了仿真分析,为ICPT系统的补偿设计提供了思路。

基于双边LCC补偿的无线能量数据传输系统设计

提出一种基于双边LCC补偿的新型无线能量数据传输系统,具体介绍功率传输电路以及数据调制、发送、接收、解调电路的原理。详细介绍系统中每个元件的功能,总结系统设计的步骤,分析功率传输和数据传输之间的串扰以及减小干扰的设计规则。最后建立一个100W的样机。实际测量得到功率传输效率为90.5%,数据传输速率为119kbit/s,并且样机数据传输电路抗干扰能力强。在耦合系数降低60.2%的情况下依然能够正常工作,测量得到的功率传输与数据传输之间的干扰非常小,功率传输和数据传输几乎不受这些干扰的影响。

基于LCC-LC谐振变换器的高压储能电源研究

针对脉冲等离子体推力器(PPT)高压储能电容充电这一应用背景,研究了一种新型LCC-LC谐振变换器。该变换器在保留了LCC谐振网络基本特性的同时,引入了零增益点,使谐振变换器具有负载短路保护和缓启动功能,且相比于LCC谐振变换器的工作频率调整范围更窄,有利于磁集成和功率密度的提升。利用基波分析法和阻抗分析法分析了高阶LCC-LC谐振腔的特性,并基于此进行工作区间划分,确保LCC-LC谐振变换器宽负载范围内实现软开关;针对LCC-LC谐振变换器的高效运行,给出了一整套参数优化设计方法。最后,通过仿真和1 kW的原理样机实验数据,对所研究的变换器各项功能进行了验证。

基于整流补偿基波近似法的LCC谐振变换器参数设计

为解决因输出整流桥的存在而导致的LCC串并联谐振变换器谐振参数分析与计算复杂化这一问题,提出了利用整流补偿基波近似法对静电除尘用的具有电容型滤波器的LCC串并联谐振变换器负载进行线性化等效,将谐振变换器的并联电容、整流桥和负载等效为线性的RC串联电路,降低了变换器特性分析和参数计算的难度;在此基础上以18 k V/100 m A的高频静电除尘高压直流电源为例,给出了具有电容型滤波器的LCC谐振变换器参数的设计方法和设计参数,并用PSIM仿真软件进行了验证。研究结果表明:通过该方法设计出的谐振电路参数与实际的LCC谐振电路误差较小,针对高频高压静电除尘器电源的非线性负载,可以较为简便且准确地获得线性化等效模型;该方法对LCC串并联谐振变换器的参数设计和特性分析具有指导意义。

一种双边LCC补偿无线电能传输变换器谐振网络设计方法

针对双边LCC补偿方式的无线电能传输变换器,提出了一种谐振网络设计方法:基于抑制谐波电流、压缩磁元件体积以及在最大传输距离与最大横向偏移状态传输功率可接近额定功率的考虑,依据额定传输功率、开关频率等约束条件,确定谐振网络全部元件(包括松耦合变压器)的电参数。在此基础上提出了一种相应的带磁芯平面螺旋线圈松耦合变压器尺寸设计方案:依据松耦合变压器处于最大传输距离、最大横向偏移状态时的互感值,从理论上估算出其尺寸范围,再以少量有限元仿真搜索到其最佳尺寸。设计并制作了一台额定输出功率为4.5 kW的样机,验证了所提设计方法的正确性。

LCC-S型无线电能传输系统优化配置及特性研究

针对一次侧LCC、二次侧LC串联拓扑(LCC-S)的磁场耦合式无线电能传输系统(WPT),建立其数学模型,同时考虑实际系统元器件应力约束以及元件参数漂移的影响建立多目标优化模型。从工作模式分布、元件应力、传输效率及输出功率等多个不同角度分析其多工作模式运行的优缺点,并基于多目标遗传算法对补偿网络参数进行优化配置,从而优化WPT系统各工作模式的传输性能。在此基础上对优化前后的各工作模式特性进行对比分析,最后通过实验验证多目标优化效果,实验结果表明,该优化方法改善了各工作模式的传输性能。

基于LCC-S补偿式谐振拓扑的锂电池WPT系统研究

无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统具有安全、可靠、方便等优点。文章在分析WPT系统锂离子电池内阻及其典型充电方式的基础上,通过对WPT原理和谐振拓扑结构的研究,提出了基于LCC-S补偿式谐振拓扑的WPT系统。在电池等效负载变化的情况下,通过合理的参数设计,LCC-S补偿式谐振拓扑结构可以分别实现与负载无关的恒流模式和恒压模式,无需切换拓扑结构。在理论分析的基础上,设计了系统的参数,并通过MATLAB仿真系统搭建仿真模型,验证了研究中的恒流模式和恒压模式。

基于双边LCC谐振网络的功率可调无线充电系统设计

针对小功率无线充电系统功率不可调的问题,提出了一种基于双边LCC谐振补偿网络的功率可调充电方案,建立了无线充电系统等效模型,分析控制常量对系统输出功率以及传输效率的影响。设计了无线充电实验系统,通过实验改变控制常量,对负载和输出功率以及传输效率分析。实验结果表明:通过调整控制常量,对3~15Ω负载,输出功率均可以实现3~10 W可调,且系统最大传输效率为88%,能够实现无线充电系统功率可调的目的。

一种对称式双LCC补偿无线电能传输系统参数设计方法

LCC补偿结构由于其恒流恒压特性,被广泛应用于电磁感应式无线电能传输系统。因其有较多的无源元件,带来了参数设计步骤复杂的问题。通过对LCC拓扑进行二端口等效计算,利用互易定理分析不同模式下逆变器的电压电流零相位角,得到恒流、恒压模式下工作频率与线圈耦合系数的关系,提出一种对称式双LCC参数设计方法,无需迭代计算可以快速求得系统参数。通过仿真模型验证了理论分析的正确性;搭建谐振频率分别为348 kHz和419 kHz的无线传能实验样机,验证了其可行性。