无线电能传输系统最大效率追踪及恒压输出复合控制方法

针对无线电能传输(WPT)系统的传输效率受耦合线圈之间的互感以及负载影响的特点,该文提出一种基于阻抗匹配技术的最大效率追踪及基于前馈PI控制的恒压输出复合控制方法。首先,对双边LCC型WPT系统的参数和传输效率进行分析,通过调整系统参数优化系统的传输效率。其次,在二次侧使用DC-DC变换器采用阻抗匹配的方法实现最大效率追踪,同时在一次侧采用DC-DC变换器利用前馈PI控制器闭环控制负载端电压实现恒压输出。该方法中,效率追踪和电压控制之间相互独立,互不干扰。此外,该方法还通过系统工作时的电路参数来估算线圈间的互感值,并通过线性拟合的方法对该估算互感值进行修正,得到更精确的互感估算值。最后,通过搭建实验平台验证了该方法的可行性和有效性。与PI控制相比,前馈PI控制方法在快速性和抗扰动性上均具有明显优势。

基于SAR阻抗匹配的WPT最大效率跟踪控制方法

无线电能传输(WPT)技术因其安全、便捷、非接触等优点而备受关注。最大效率传输是WPT系统中一个重要课题。传统的最大效率跟踪方法通常设定系统在固定耦合条件进行负载阻抗匹配,然而,耦合系数会在初级和次级线圈相对位置变化时不可避免地发生变化。提出基于耦合系数辨识与半有源整流(SAR)阻抗匹配的最大效率跟踪控制方法,该方法利用SAR结合耦合系数识别进行阻抗匹配,开关控制电容(SCC)补偿其阻抗虚部,避免了整流电路中非线性因素的影响。同时系统响应较快且控制方法便于实现。仿真和实验结果表明,耦合系数和等效负载变化时,都可以准确估计耦合系数并跟踪至最大效率点和输出恒压。

小倾角对Ω形弯曲热管传热特性的影响

为研究小倾角对Ω形槽道弯曲热管传热特性的影响,搭建了热管传热性能实验台,基于实验对不同小倾角下热管的温度分布、总热阻、当量导热系数和最大输入功率进行分析。结果表明:在相同输入功率下,倾角为0°和倾角为负的热管壁温均匀性优于倾角为正的热管;倾角为正的热管总热阻最大,倾角为0°和倾角为负的热管总热阻相近;热管倾角为0°时的最大输入功率最高。热管安装和应用中易出现重力倾角偏差,研究结果表明,较小倾角会对Ω形槽道弯曲热管的传热性能造成影响。

无线电能传输系统最大效率跟踪控制研究

无线电能传输(WPT)系统的互感和负载在实际工况中会发生变化,进而影响系统传输效率。为了在变互感和变负载工况条件下提高系统效率,提出了一种基于输出端级联Buck-Boost变换器的最大效率跟踪控制方法。首先,建立WPT系统等效电路模型,得到互感估计表达式,并推导出系统效率与互感和负载电阻的关系。然后,在输出端级联Buck-Boost变换器拓扑的基础上,研究将系统等效电阻变换为最佳电阻的控制方法,以提高系统效率。最后,搭建实验平台进行验证。实验结果表明,在互感由19μH变化至45μH(耦合系数为0.1~0.25),以及输出电压由16 V变化至48 V的工况条件下,提出的方法能够使系统工作在最大效率点,相比于未采用该方法时,系统效率实现了最大4.79%的提升。

Maximum power output of a class of irreversible non-regeneration heat engines with a non-uniform working fluid and linear phenomenological heat transfer law

Maximum power output of a class of irreversible non-regeneration heat engines with non-uniform working fluid,in which heat transfers between the working fluid and the heat reservoirs obey the linear phenomenological heat transfer law [q ∝Δ(T-1)],are studied in this paper. Optimal control theory is used to determine the upper bounds of power of the heat engine for the lumped-parameter model and the distributed-parameter model,respectively. The results show that the maximum power output of the heat engine in the distributed-parameter model is less than or equal to that in the lumped-parameter model,which could provide more realistic guidelines for real heat engines. Analytical solutions of the maximum power output are obtained for the irreversible heat engines working between constant temperature reservoirs. For the irreversible heat engine operating between variable temperature reservoirs,a numerical example for the lumped-parameter model is provided by numerical calculation. The effects of changes of reservoir's temperature on the maximum power of the heat engine are analyzed. The obtained results are,in addition,compared with those obtained with Newtonian heat transfer law [q ∝Δ(T)].

深海无人航行器双向无线充电系统的涡流损耗分析与效率优化

无线电能传输(WPT)技术在深海无人航行器(AUUS)领域中应用逐渐广泛,相比于空气介质的无线充电而言,海水介质中无线充电产生的涡流损耗严重降低了能量传输效率。该文提出一种采用一次侧和二次侧移相策略的双边LCC水下WPT系统,降低海水介质中的涡流损耗,提高系统效率。通过研究两线圈电流相位差对海水介质的涡流损耗的影响,建立合成感生电场模型,计算合成感生电场的分布和涡流损耗。在其他条件不变时,增大两线圈电流的相位差,会使线圈间各点处的合成感生电场幅值下降,使涡流损耗在总损耗的占比中下降,提高能量传输效率。通过对比在空气介质和海水介质中的损耗与线圈间电流相位差之间的关系,可以得到海水介质中无线充电时的最大效率点的电流相位差。相比于空气介质而言,在海水介质中无线充电的最大效率点处,线圈间的电流相位差增大。在深海双向双边LCC无线充电系统中,仅需增大两侧逆变电压相位差,即可增大线圈间电流相位差,进而提高系统效率。实验中搭建了200 V/3.5 kW级水下无线充电样机,通过增大两侧逆变器之间相位差,实现了91.5%的最大效率传输,比不采用移相策略时的效率提升了0.8%,证实了理论分析结果的正确性与可行性。

基于拓扑运行状态辨识的负荷转供技术

针对变电站发生全停后开关状态无法识别而引发的问题,提出一种考虑配网实时运行方式的负荷转供技术。采用贝叶斯网络描述开关状态与节点电压的关系,识别配网的拓扑运行状态进而作为转供方案的基础。最后通过对某个实际配电系统的故障仿真分析,结果表明该方案可以有效提高停电负荷的转供能力。

WPT系统双边协同抗饱和控制策略研究

基于脉冲密度调制PDM(pulse density modulation)的双边协同控制使得无线电能传输WPT(wireless power transfer)系统在耦合系数和负载阻抗变化的情况下能够保持最大效率传输,但是在系统启动及电池恒流恒压充电切换时会产生远高于额定值的电流/电压超调。为了解决超调问题,保证电池充电稳定性,提出了一种抗饱和控制策略。首先,基于WPT系统的等效电路模型分析最大效率点跟踪的工作原理;然后,结合WPT系统两侧控制量的协同工作过程,解析系统启动及电池恒流恒压充电切换时的超调现象,给出恒流恒压控制器设计方法,将反计算抗饱和算法与控制器设计相结合,提出抗饱和控制策略;最后,搭建了仿真模型,验证所提出的抗饱和策略能够有效抑制控制器饱和导致的超调,减少系统到达稳态的时间,降低电流/电压的超调带来的元器件应力。

光伏并网逆变器最大功率传输控制研究

建立了光伏并网逆变器的EL功率模型。基于EL功率模型和无源控制理论,通过光伏阵列MPPT的最大功率计算光伏并网逆变器期望最大输出功率,利用阻尼注入方法设计了光伏并网逆变器无源功率控制器。该无源功率控制器可使光伏并网逆变器输出功率有效跟踪光伏阵列最大功率点的功率,进而实现最大功率传输;同时可实现网侧单位功率因数、电流低谐波。仿真及实验结果表明基于EL功率模型的无源功率控制器可实现光伏并网逆变器最大功率传输。

射频电路设计实验教学研究

射频电路实验是高校电子信息专业的专业设计实验。通过理论教学中射频电路设计的理论分析,阐述了射频电路设计原理,并利用Multism10软件中的网络分析仪进行虚拟的设计与仿真。虚拟实验的方法验证了理论分析的结果,实现射频教学理论及其仿真实验结果的方便、准确、快捷的统一。

长距离输电线路并联电抗器布置对功率传输的影响

为了研究长距离交流输电线路上并联电抗器布置对功率传输的影响,基于长距离超、特高压输电线路分布参数等效电路及二端口模型,分析了传输线路的最大传输功率及最大传输效率,推导了串补条件下两种并联电抗器布置方案的级联传输矩阵。采用500 k V、1 100 k V线路典型参数,针对并联电抗器布置对最大传输功率与最大传输效率的影响进行数值模拟分析。研究结果表明并联电抗器位置在发送端与中点串补电容之间或者接收端与中点串补电容之间变化时,最大传输功率与最大传输效率均随其位置变化而发生变化。同时,并联电抗器补偿度也会影响功率传输,随着并联电抗器补偿度的增加最大传输功率及最大传输效率均会降低。

基于逆变器的分布式发电系统反孤岛控制的小信号建模与分析

分布式发电系统要求具有孤岛检测的功能,通常采用带有正反馈扰动的孤岛检测算法。分布式发电系统的孤岛检测性能与系统稳定性之间存在矛盾。文章通过分布式发电系统的小信号模型,分析了带正反馈反孤岛控制时系统的稳定性。通过分析正反馈反孤岛增益与系统功率传输能力以及系统最大功率传输限与孤岛检测时间之间的关系,说明了主动相位偏移反孤岛算法有关参数对系统稳定性及系统功率传输能力的影响,为设计反孤岛算法的参数及确定系统最大功率传输能力提供了依据。

风力发电系统中的最优控制策略综述

综述了近年来最优控制在风能转换系统稳定、最大风能捕获及调速系统控制等方面应用研究的主要成果与方法,并提出若干需要解决的问题。

磁耦合谐振式无线电能传输系统最大功率效率点分析与实验验证

针对在磁耦合谐振式无线电能传输系统中频率偏移是否会对负载接收电能的最大功率和效率点产生影响的问题,综合考虑线圈谐振频率、耦合因数、电源和线圈内阻,利用互感耦合理论对电能传输系统进行建模分析,给出系统传输功率和效率的计算方法,得出了过耦合范围内随着频率分裂最大功率点和最大效率点的不一致性的结果。最后设计了基于磁耦合谐振技术的无线电能传输装置,实验结果与理论分析具有较好的一致性,证明了理论分析的正确性,也为进一步研究频率跟踪及其优化控制提供了有益的参考。

风力发电机组的非线性控制——变结构控制与鲁棒控制

风速、风向及负载的随机性、湍流、尾流效应、塔影效应等的影响,使风力发电系统不但要解决最大风能捕获、电能品质控制两类关键问题,还要解决传动链的疲劳负载、叶片的振颤与翦切、塔身的弯曲与抖振等问题,这些问题实际上都可归结为非线性控制的范畴。该文综述了近年来滑模变结构控制、H∞鲁棒控制在风力发电系统稳定,最大风能捕获及调速系统控制等方面应用研究的主要成果与方法,并提出若干需要解决的问题。

Multisim 10在射频电路实验教学中的应用研究

Multisim 10是实现计算机现代化仿真软件,是实现电子设计自动化的有机载体,是实现教学理论和动手能力相协调的有效手段。通过理论教学中RF电路设计的理论分析,阐述了RF电路设计原理,并利用Multism10软件中的网络分析仪进行虚拟的设计与仿真。通过虚拟实验的方法验证了理论分析的结果表明Multism10仿真在辅助理论教学和实践教学中,可以实现理论及其实验结果的方便准确快捷的统一。

基于动态阻抗适配的光伏系统最大功率点跟踪算法

针对光伏发电系统最大功率点跟踪控制中结构复杂度与控制效果难以兼得的问题,文章从阻抗适配角度论证了最大功率传输理论应用于光伏系统控制的正确性,并提出一种具备快速自寻优能力的光伏系统最大功率点跟踪控制方法。通过Matlab仿真并与常见最大功率点跟踪控制方法相比较,文章所提出的算法具有更好的跟踪效果。

基于混合逻辑动态模型的变速风力机全工况运行的控制研究

从风力机运行特性出发,结合风力机在不同工况点的非线性模型,引入混合逻辑动态模型的建模方法,建立风力机全工况运行下的混杂系统模型,并在此模型的基础上,引入经过扩展的广义预测控制算法,实现风力机全工况运行的最优控制。仿真结果表明:在风速变化的情况下,该控制策略依然可以保证风力机稳定运行,并获得最大功率输出。

也谈多频率激励下稳态电路的最大功率传输问题

正弦稳态电路最大功率传输问题是电路理论课程的重要教学内容。该文以包含2个正弦激励的非正弦周期稳态电路为例,讨论多频率激励下稳态电路最大功率传输问题。非正弦周期稳态电路平均功率等于直流分量和各次谐波分量分别产生的平均功率之和,因此,非正弦周期稳态电路的负载所获得的功率至多等于电源各谐波分量单独作用时负载所获得的最大功率之和。

水下磁谐振式无线电能传输系统的分析与设计

针对水下供电技术中传统接触式密封插头容易在使用中发生磨损导致漏电的问题,基于磁谐振式无线电能传输原理建立了磁谐振式三线圈互感耦合模型。该模型由发射线圈、接收线圈和负载线圈3部分组成,独立的接收线圈具有较高的品质因数,负载线圈单匝绕制有效降低内阻损耗,克服了传统两线圈模型传输性能差和四线圈模型耦合次数多的缺点,提高了传输功率和效率。对海水中高频电磁波的传播特性进行了分析,进一步探究了海水中模型传输功率和效率与三线圈之间传输距离的关系。设计了一个三线圈磁谐振式无线电能传输样机,实验结果表明,在海水中传输距离为12cm时,传输效率可达60%,验证了所提方法的有效性。研究可为今后水下谐振式能量传输技术的应用和优化提供理论支持。