感应电能传输系统多并联拾取模块电流和输出功率均衡方法

大功率感应电能传输系统通常采用多并联拾取模块结构。然而,多并联拾取模块参数不一致,会导致各个拾取模块的电流和输出功率不均衡,从而降低系统效率,严重时会因模块过流而造成系统故障。为解决该问题,文中提出一种基于并联拾取模块补偿电容器的多并联拾取模块电流和输出功率均衡方法。首先,介绍了传统感应电能传输系统与所提出的感应电能传输系统拓扑的特性。然后,分别分析了互感、拾取线圈自感及内阻对电流分布和系统效率的影响。最后,通过4个并联拾取模块的感应电能传输系统实验平台验证了所提方法的有效性。实验结果表明,采用所提方法时多并联拾取模块的电流和输出功率基本一致,并且相比传统感应电能传输系统,系统效率最高提升了2.21%。

基于模糊需求响应的电弧炉电耗自动核算方法研究

为实现对电弧炉电耗高效率、高精度的自动核算,基于模糊需求响应设计电弧炉电耗自动核算方法。首先,应用智能仪表对电弧炉的用电信息数据进行采集,分别采用中值滤波法和指数加权移动平均法对获得的原始数据进行去噪和平滑处理;以处理后的信息数据为基础,分析出金属冶炼企业对电弧炉的现实需求响应,应用模糊需求响应方法输出用电负荷;最后,结合对应单位电价实现电弧炉电耗计算与核算。实验结果表明:该方法核算精度高,核算用时少,可针对电弧炉电耗数据进行精准核算,以此提高能源利用效率,进而帮助企业针对性地进行成本控制和管理。

大容量直流电弧炉接入对电网谐波的影响分析

大容量直流电弧炉是高功率的非线性负荷,运行时会产生大量谐波,影响电网的电能质量。基于某钢铁集团130t直流电弧炉配电网架构及参数,建立了含治理装置的大容量直流电弧炉的动态仿真模型,分析了大容量直流电弧炉的谐波发射特性及其影响因素。通过现场实测和仿真结果,分析了大容量直流电弧炉接入电网后的谐波特性,验证了静止无功补偿器(SVC)的滤波效果,为直流电弧炉接入电网后的监督和治理提供了参考。

A Compound Cycle for Power Generation by Utilizing Residual Heat of Flue Gas in Electric Steelmaking Process

Electric furnace short process steelmaking is one of the most important steelmaking methods in the world today, and the waste heat recovery potential of electric furnace flue gas is huge.?The research on the recovery of electric furnace flue gas waste heat is of great significance. In order to make better use of this part of the heat,?in this paper, a compound cycle of nitrogen Brayton cycle as a first-order cycle and toluene transcritical Rankine cycle as a second-order cycle is proposed to recover waste heat from furnace flue gas in steelmaking process for power generation. A mathematical model was established with the net output power as the objective function and the initial expansion pressure, the final expansion pressure, the initial expansion temperature and the initial pressure of the second cycle as the independent variables. The effect of multivariate on the net output power of the waste heat power generation cycle is studied, and then, the optimal parameters of the compound cycle are determined. The results show that under the general electric furnace steelmaking process, the power generation efficiency of this new cycle can be increased by 21.02% compared with the conventional cycle.

基于S/SP补偿拓扑的强抗偏移感应式无线电能传输系统

针对感应式电能传输(inductive power transfer,IPT)系统偏移造成输出电压不稳定和效率低下的问题,提出一种强抗偏移的S/SP补偿IPT系统,该系统在变耦合变自感和变耦合不变自感两种情况下均能保证较小的输出电压波动和较高的传输效率。首先,基于Maxwell有限元仿真,分析罐型磁心松耦合变压器的磁通分布和磁场分布特性,总结不同方向偏移的参数变化规律。然后,提出一种提高系统抗偏移能力的S/SP补偿参数设计方法,得到相应的磁耦合机构设计准则,并结合磁仿真数据,通过数值计算方式求得系统输出波动和输入阻抗角的变化规律。最后,通过实验验证文中采用罐型磁心和新型S/SP补偿拓扑实现多方向偏移下高效率、低波动无线电能传输的可行性。在额定负载下,系统沿纵向和水平方向偏移的输出电压波动分别为2.7%和3.1%,传输效率维持在90.8%~94.3%。

基于线圈定位与电容阵列的感应式无线电能传输系统调谐控制

在实际应用中,感应式无线电能传输系统通常存在耦合线圈错位的复杂工况,影响系统的传输功率和效率。基于线圈定位与电容阵列提出一种适于S/SP补偿网络的调谐控制策略,在错位失谐工况下,主动利用原、副边线圈的位置信息,优化系统特性。为了量化系统的输出电压波动,建立了S/SP补偿网络在全工况下电压增益曲线的计算模型。进而为确保错位工况下系统的恒压输出特性,在给定的耦合系数变化范围和输出电压波动指标内,给出了电容阵列切换级数和容值调节步长的最优设计,并与传统定电容补偿进行对比。最后,通过一台800 W输出的原理样机对所提策略的有效性进行验证。验证结果表明,采用所提调谐控制策略,可以显著提高系统的输出功率与效率,并大幅降低其输出电压波动。

基于SVG无功补偿的电炉电能质量增强算法设计

针对电炉加热过程中负载增加会引起电机电力系统电压波动与闪变等问题,提出基于SVG无功补偿的电炉电能质量增强算法设计,首先对SVG无功补偿原理加以分析,然后引入RBF神经网络预测无功补偿容量及电纳参考值,最后将SVG和SVC相结合构建混合无功补偿系统,通过分析电力系统和电炉电能负载的不同状态,规划对应的无功补偿策略,实现电炉电能质量增强。实验结果表明,所提方法的薄弱节点补偿效果更好、补偿后电炉节点电压稳定裕度更理想、收敛时间更短。

感应耦合电能传输系统不同补偿拓扑的研究

比较了感应耦合电能传输(ICPT)系统的拓扑。讨论了ICPT系统中几种不同的补偿形式,包括单谐振补偿和多谐振补偿拓扑,并推导出匝比为1时每种拓扑的电压电流增益。为了最小化器件的电压电流应力和优化参数设计,介绍了谐振电路功率因数的概念。由分析结果及得到的曲线图可知,在单谐振补偿拓扑中,一次侧串联补偿与其余几种相比更能抵消漏感的影响。而几种多谐振补偿拓扑的效果则明显优于单谐振补偿拓扑。分析和比较了不同参数变化时的特性曲线,以便于进行电路设计。最后以一次、二次侧都进行并联补偿的一种电流型ICPT电路为例进行实验验证,以说明实际系统的性能。

电力系统数字仿真负荷模型中配电网络及无功补偿与感应电动机的模拟

提出了电力系统负荷模型中统一模拟配电网网络、无功补偿和感应电动机的模型,该模型可以简化电力系统仿真中配电网络的模拟,提高了配电网络中感应电动机模型的精度;同时提出了一种确定配电网络无功补偿容量的简便算法。所提出的模型和算法已在PSD电力系统分析软件工具(PSD Power Tools)中的中国版BPA暂态稳定程序和电力系统全过程动态仿真程序中实现,该程序可根据配电网络的综合阻抗和指定的电动机机端电压与系统母线电压的比值系数,自动求得无功补偿量和无功补偿电抗值。模型和算法可以提高电力系统仿真中计及配电网络和无功补偿的感应电动机模型的精度。并得到了验证。

配电系统大功率交流电弧炉电能质量问题及方案治理研究

根据典型参数搭建电弧炉供配电系统,采用电弧炉现场录波数据作为负荷模型,以此为平台对电弧炉运行时给系统带来的电能质量问题进行详细分析,包括负荷谐波、不平衡以及母线电压波动等。以电能质量治理为目标,综合设计补偿方案:无源电力滤波器用于滤除负荷谐波电流,降低连接母线电压的总谐波畸变(total harmonic distortion,THD),而变压器隔离的链式DSTATCOM配合瞬时电流分相控制方法,能够分相快速对负荷相电流进行控制,补偿负荷不平PSCAD/EMTDC中构建仿真系统,对基于现场数据模型的衡、抑制母线电压波动和闪变现象的产生。在电弧炉系统和补偿方案进行研究,最后给出了仿真结果用以表明所提治理方案的有效性。

串-并补偿结构大功率感应充电系统谐振变换器

通过互感模型建立了一、二次侧分别采用串联与并联补偿结构的一次端口等效电路[9,10],依据谐振特性表达式提出了一次侧品质因数的设计准则。控制策略上采用变频控制方式,应用状态机结构控制一次侧谐振电流极值,确保谐振变换器工作在谐振频率附近,从而使得在无需获得二次侧信息的情况下即可保证系统最大功率传输。最后,设计了一台功率25kW、气隙12mm的感应充电系统,并通过实验验证了所提出控制方法的可行性。

考虑阻感性负载IPT系统的动态补偿技术

针对整流性负载呈现出阻感特性引起感应电能传输(IPT)系统失谐,为了保持谐振频率,提出一种基于实测负载阻抗的动态补偿技术.该技术利用短时傅立叶变换得到负载的电流电压相量并计算出负载的感抗,通过动态调整电容阵列静态开关的方法改变其容值,达到补偿负载感抗目的.在阻感负载情况下,分别对浮频调谐控制方法以及动态电容阵列补偿方法进行实验比较,结果表明:相对浮频调谐控制方法,当负载为100和50Ω时,本动态调谐方法传输的有功功率提高了12.1%和7.3%,且能保持初级谐振电路频率稳定,开关器件工作在软开关状态.

大型电弧炉无功补偿与谐波抑制的综合补偿系统

针对大型电弧炉引起的电压闪变、谐波污染和功率因数低等电能质量问题,提出了一种由静止无功补偿装置与有源滤波器构成的新型综合补偿系统。用静止无功补偿装置快速补偿无功,并通过对其三相不对称控制来改善电网三相不对称和消除负序电流,有源滤波器滤除电弧炉和静止无功补偿装置产生的谐波。通过构造合理的拓扑结构,可使静止无功补偿装置与有源滤波器互不影响,从而实现对其分散控制。将该系统投入实际运行,对比分析了系统投入前后的波形和数据,证明了该综合补偿系统对改善电网电能质量的有效性和可行性。

基于LCL补偿的多负载移动式感应非接触电能传输系统

针对多负载移动式非接触感应电能传输(inductive contactless power transfer,ICPT)系统的设计与控制进行研究,分析LCL电路的输出特性和阻抗特性,当其电感之比等于1时,其谐振频率与负载无关,满足多负载ICPT的要求;介绍多负载移动式ICPT系统的结构,并建立其等效电路模型,通过对等效模型的分析,提出原副边独立控制的控制策略和补偿电路设计原则,补偿电路要能够实现谐振频率与负载无关,以实现负载可变;分析LCL补偿电路的设计方法,分析副边LCL补偿和串联补偿的区别,当副边品质因数小于1时,LCL补偿输出功率更大;建立多负载移动式ICPT系统的仿真和实验平台,对理论分析和设计方法进行验证。

混合动态无功补偿装置及其应用研究

为解决交流电弧炉给电网中其他用户所带来的电能质量问题,尤其是电压波动和闪变,提出了由一套大容量SVC、小容量STATCOM和串联电抗组成的混合无功补偿装置,其中SVC负责跟踪补偿负载无功功率变化以提高功率因数、改善三相不平衡,STATCOM利用其快的响应速度去补偿SVC由于响应慢而导致的补偿误差,从而提高了整个补偿系统的响应时间。两者通过专家规则进行解耦控制,串联电抗用于缓解电压闪变蔓延。将该系统投入实际运行,对比分析了系统投入前后的电能质量指标,证明其补偿效果可以等效于单独使用等容量的STATCOM,具有工程实用性。

电动汽车无线供电系统电能发射线圈设计与切换控制

针对采用级联式发射线圈的电动汽车无线供电系统中线圈切换时存在的互感急剧下降及汽车位置检测困难的问题,提出了一种对嵌式电能发射线圈,并根据互感稳恒原则及其计算方法,给出了对嵌式电能发射线圈主要参数的设计方法,提出了一种双线圈式车体位置检测传感器,给出了传感器的尺寸参数设计方法及电能传输系统对传感器的干扰抑制方法,阐述了级联式发射线圈的切换控制策略.基于Ansoft Maxwell平台、Matlab/Simulink平台和电动汽车ICPT无线供电系统实验平台分别对研究成果进行了仿真分析和实验验证,结果表明:实验实测互感值波动率约为±8%,车载拾取电压波动率约为±10%,对嵌式能量发射线圈能够有效地缓解ICPT无线供电电动车在切换过程中的互感下降问题;双线圈式车体位置检测系统能够有效地在40 k Hz能量通道电磁场的干扰中拾取位置信号,表明该位置检测方案及切换控制策略的可行性.

非接触感应电能传输系统松耦合变压器参数设计

松耦合变压器是非接触感应电能传输系统中的关键部分。在简要介绍松耦合变压器的基本结构和工作原理的基础上,提出了松耦合变压器的互感等效电路模型。根据松耦合变压器的特点,分析了铁芯材料、绕组位置、气隙大小对变压器耦合系数的影响。同时,针对原、副边漏感的特性,进一步讨论了变压器原、副边电路补偿问题。最后给出了非接触感应电能传输系统中松耦合变压器的耦合系数、网络补偿等几个重要参数的设计方案。

电动车在线供电系统高效配电方案

针对电动车在线供电系统存在严重的传输损耗问题,设计了一种高压传输-低压激励的高效配电方案.该配电方案采用高压导轨传送电能,以减小输送过程中的能量损耗;采用低压激励方式,以增强导轨的功率发射能力.给出了配电方案的基本框架,阐述了其工作原理;分析了传输损耗的机理,导出了传输损耗的计算表达式,并探讨了分段连续切换供电方法.最后,通过仿真分析和实验对该配电方案和分段连续切换供电方法的可行性和有效性进行了验证.分析结果表明,当传输距离约大于70 m时,该配电方案的传输效率具有明显优势,可以提高系统的远距离能量传输效率.

一种采用最小电压与最大电流跟踪的IPT系统动态调谐方法

为解决感应电能传输(IPT)系统谐振频率漂移问题,在系统固定工作频率下,分别在发送端与接收端回路加入相控电感电容并联电路;实时检测DC-DC变换器输出直流电压传送给发送端控制器,控制器根据最小电压原则调节发送端回路的等效输出补偿电容值;同时,实时检测接收端线圈电流传送给接收端控制器,控制器根据最大电流原则调节接收端回路的等效输出补偿电容值,最终使得整个IPT系统处于谐振状态。实验结果表明,所提方法有效实现了动态调谐,降低了电源所需容量,提高了系统的传输效率和功率。

多负载无线电能传输系统的稳定性分析

多负载感应式无线电能传输系统由于加入了谐振补偿拓扑,可能存在多谐振点,从而导致系统频率控制中的不稳定现象。为此,本文重点研究了多负载无线电能传输系统的稳定工作条件。本文利用互感耦合模型获得了多负载系统次级侧到初级侧的等效反映阻抗;为了保证最大功率传输能力,获得了初、次级系统谐振频率一致时的初级谐振电容值;最后,根据多负载系统初级侧存在唯一零相角谐振点的条件,得到了多负载系统的稳定条件:当所有初、次级绕组之间的耦合系数的平方和与次级系统品质因数满足稳定条件时,系统工作在稳定区域,仿真分析验证了理论的正确性。