基于模糊控制的无线电能传输系统最优效率点跟踪方法

针对无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统中等效负载变化而导致系统效率低下的问题,在保证系统恒压输出的前提下,通过最小化输入功率来实现最优效率点跟踪。首先,基于电路理论分别得到最优效率输出和最大功率输出对应的Buck-Boost调压电路的占空比,通过对比分析确定稳压输出控制策略。在此基础上,基于模糊控制理论,通过控制原边逆变器的移相角来最小化输入功率,实现最优效率点跟踪。最后,搭建仿真平台进行了相关验证,证明该方法寻优过程快速而稳定,不需要原、副边通信,既能保证恒压输出,也能实现最大效率跟踪。     

基于线性自抗扰控制的无线电能恒压无通信传输方法

针对负载动态变化易导致磁耦合无线电能传输系统传输效率低、输出电压波动大的问题，提出一种基于线性自抗扰控制的无线电能恒压无通信传输方法。该方法在系统的输入端采用锁相环跟踪谐振频率，并采用扰动观察法实现最小输入功率跟踪；同时，在输出端采用基于线性自抗扰控制的移相半控整流电路控制策略，使系统工作于恒定电压输出、高效传输的状态，且系统输入端与输出端之间无需通信。仿真结果表明，当负载和参考电压发生变化时，系统的输出电压始终恒定在参考值，系统传输效率保持在90%左右。     

降低整数阶无线电能传输谐振频率的分数阶方法

针对谐振无线电能传输谐振频率高而电力电子器件目前较难实现高频大功率开关变换器的问题,提出一种基于分数阶原理降低无线电能传输谐振频率的方法,建立SS型分数阶无线电能传输系统的电路模型,推导其输出功率和传输效率的表达式,通过Matlab数值仿真分析分数阶元件的阶数对谐振无线电能传输参数及特性的影响。研究结果表明,采用分数阶电感、电容元件,可以大幅度降低谐振无线电能传输系统的谐振频率,从而降低开关器件的开关频率,且可以输出比整数阶无线电能传输系统更大的功率。     

用于非接触电能传输的自适应谐振技术原理

分析了非接触电能传输系统中耦合谐振电路的特性,着重探讨了谐振状态对提高传输功率和传输效率所起的重要作用,进而提出了基于锁相环的自适应谐振控制策略。通过对逆变器输出电压、电流的检测和计算得到相位差,输入到PI调节器和振荡环节对逆变器的驱动频率进行调整,经过一段暂态过程后,逆变输出电压、电流的相位差为零,从而实现了电路的自适应谐振控制。系统仿真和实验结果表明:基于锁相环自适应谐振控制原理的非接触电能传输系统能够对原、副边所有元件参数的变化进行快速跟踪和调节,使整个系统工作在谐振状态,保证系统始终具有最大的传输功率和传输效率。     

具有短路限流能力的大变比DC/DC变换器

提出了一种具有短路自动限流和功率双向流动特性的大变比DC/DC变换器,该变换器适合作为接口电路用在高、低压直流线路之间。该DC/DC变换器以三电平方式工作,通过调节占空比和相移,可以改变其传输功率,并且可以实现功率的双向流动;电路以梯形波电流工作,实现了部分软开关,效率较高;在发生直流短路的情况下,流过开关管的电流峰值与正常工作时相等,实现了自动的短路保护。基于以上特点,设计了一个输入电压为12 kV、输出电压为1 kV、传输功率为100 kW的变换器,通过仿真研究验证了理论分析的正确性。     

基于钳位电路的LCC-S补偿型感应电能传输系统抗偏移方法

在感应电能传输（IPT）系统中,线圈错位难以避免,造成的耦合变化会导致系统的传输功率不稳定。为了保证IPT系统的供电灵活性,系统需具有容忍线圈宽范围偏移的能力。为此,该文借鉴模态切换的思想,提出一种基于钳位电路的LCC-S补偿型IPT系统,用于增强系统抗偏移性。与传统多模态切换的IPT系统相比,该系统中的钳位电路可根据耦合变化自适应地导通或关断,以调节工作模态,从而实现近乎恒定的功率输出,该方法无需耦合识别、输出检测及反馈通信等辅助手段。该文对系统不同工作模态的功率传输特性进行了推导和分析,并结合系统设计相关约束条件,提供一套参数化设计方法。最后设计并搭建一套500 W的实验装置,验证了理论分析的正确性与可行性。实验结果表明,该方法在耦合度为0.205～0.42的情况下,输出功率稳定在470～505 W之间,效率为83.29%～90.21%。     

三相DC/DC非接触供电电路设计

用于电动汽车的非接触充电桩,其传输功率峰值高,如何提高充电效率和优化电路的结构是研究热点。此处提出非接触供电系统,采用三相六桥臂全桥斩波电路将直流电转换成三相高频交流电,其传输功率的能力强,且输出电流脉动比单相四桥臂斩波电路小,可有效减小滤波电容的体积。该电路的三相斩波占空比可在38%～50%之间调节。在不改变拓扑结构的前提下,该电路可以切换为单相四桥臂斩波电路传输功率。实验结果验证了电路的可行性,当输出功率为1.08 kW时效率达到94.6%。     

基于电压增益动态切换的无线充电控制方法

针对电动汽车应用的无线电能传输技术具有安全可靠、充电便捷等优点.对于宽输出电压范围的电路拓扑,针对其采用传统控制方法在低电压增益下效率通常较低的问题,提出了一种基于电压增益动态切换的感应式无线电能传输(IPT)系统控制方法.该方法通过动态调整一个控制周期内不同电压增益模态的占空比来控制高频逆变器输出到谐振腔的有功功率,从而实现系统在宽电压增益范围内的稳定控制,拓展负载的调节范围.由于该方法在谐振频率下工作,因此可以实现低电压增益下初级逆变器的软开关.在此首先针对变压器初级串联型补偿、次级LCL型补偿的电路拓扑进行系统建模,在此基础上对电路不同的电压增益模态进行分析,详细介绍了电压增益动态切换的控制方法,并对系统的软开关条件进行理论计算.最后搭建了1 kW无线电能传输实验平台,通过实验结果验证了在不同负载条件下的输出稳压及软开关的特性.     

基于双边LCL与LCC混合补偿的电动汽车恒流恒压无线充电系统的研究

为延长无线充电汽车中蓄电池的使用寿命,提高充电效率和速度,满足电池充电的过程先恒流充电到一定电压后再恒压充电的要求,本文从电路的本质属性出发,分析了双边LCC恒流输出和双边LCL恒压输出特性,研究了对电池恒流恒压充电的方法,并且设计了在切换状态后,可以保持输出电流和电压处在同一个谐振频率位置的充电电路.在Simulink中仿真,观察输出电流电压特性,给出了一套可以实现双边LCC恒流输出和双边LCL恒压输出功能的参数,同时研究了本方案的传输功率和传输效率.     

一种双拾取动态无线电能传输系统控制方法研究

为提高动态无线电能传输系统的控制速度并保证移动供电时的电压稳定性和高效率,提出了一种基于双拾取耦合结构的互感估计控制方法。通过建立系统电压和输出功率的数学模型,分析了最优控制占空比与互感以及每个拾取电路等效串联电阻的关系,给出了一种通过直接计算占空比的闭环控制方法。在与发射端无通信连接的情况下,该控制方法能够提高拾取端电路的控制速度,且可以同时实现恒压输出与效率优化。实验结果表明,采用该控制方法的动态无线电能传输系统,在移动时负载侧输出电压能够保持恒定,输出电压的波动率为?0.988%,系统最高效率达93.18%,实验证明了所给出控制方法的有效性。     

改进Boost ZVT-PWM电路在光伏系统中的应用

介绍了一种改进型Boost ZVT-PWM电路,详细分析了电路的基本原理及实现软开关的条件;研究了其在不同占空比、开关频率和负载条件下的传输效率;并根据光伏电池的特性将该电路应用于光伏发电的最大功率追踪系统。实验结果证明,该电路主开关管和辅助开关管均可工作在软开关状态,变换器具有较高的效率,并可将其应用于光伏发电最大功率追踪系统。     

磁耦合谐振式无线能量传输的阻抗匹配特性

针对无线电能传输过程中传输效率随匹配阻抗大小变化的特点,提出两种阻抗匹配的方法:一种是基于步进电动机通过检测网络反馈信号,控制网络通过GA神经网络算法控制步进电动机,改变电容实现阻抗匹配;另一种是基于直直变换器中Cuk电路的占空比大小来匹配阻抗的方法.在负载和线圈之间嵌入单相桥式整流电路和Cuk升降压变压器实现匹配.根据最大传输功率理论,定量分析了改变电路的阻抗值大小,使系统的传输功率及效率最大.在MATLAB/Simulink平台验证了两种阻抗匹配设计方案的有效性.结果 表明,利用基于步进电动机和Cuk电路的阻抗匹配方法可以实现最佳阻抗值匹配,使无线电能传输效率最大化.     

输入串联输出等效并联多逆变器驱动的高压大功率无线电能传输系统研究

提升逆变器输入侧直流电压源的电压等级,是实现更大功率无线电能传输的可行方案之一。但单个开关器件的额定电压有限,满足不了更高输入电压的需求。为此,文章设计了一种输入串联输出等效并联多逆变器驱动的高压大功率无线电能传输系统。该系统采用多个逆变器串联以承担较高的输入直流电压,同时每个逆变器驱动一个独立的发送线圈向同一个接收线圈发送功率。文章在考虑多个发送线圈之间互感的情况下对该系统的谐振电路参数进行了设计,分析在零相差(Zero Phase Angle,ZPA)及非零相差两个条件下系统的电流和功率输出能力,发现了运行角频率及互感的乘积对系统输出能力具有重要影响。开发出由三个逆变器串联驱动的无线电能传输样机,在750 V直流输入条件下获得最大38. 4 kW的无线电能传输功率,效率达88. 7%。     

新型Boost ZVT-PWM变换器在光伏系统中的应用

典型的Boost ZVT-PWM电路的主开关管实现了软开关,但辅助管仍工作在硬关断。提出了一种新型Boost ZVT-PWM电路,分析了电路的基本原理,研究了其在不同占空比、开关频率和负载条件下的传输效率,并根据光伏电池的特性将该电路应用于光伏发电的最大功率追踪系统。实验结果证明新型Boost ZVT-PWM电路的主开关管和辅助开关管均实现了软开关,提高了电路的传输效率并体现了其在光伏系统应用中的优势。     

基于PZT的超声波无接触能量传输系统的研究

给出一种基于PZT的超声波无接触能量传输系统。通过机电等效和类比的方法建立了系统的数学模型。结合声波能量传输理论和电路理论对系统模型进行了分析,推导出控制系数的表达式及输出电压与输入电压之间的关系和负载功率表达式,通过实验研究了负载阻抗与负载功率及传输距离与负载功率之间的关系。当换能器间发生共振时,系统能量的传输达到最大值;当系统参数和传输距离一定时,负载功率的大小随负载的变化而变化,并存在一个最大值;负载功率和系统效率随传输距离的变大而减小。理论分析和实验证明,将超声波作为媒介可以摆脱隔板电能传输的局限性,在一定有效距离范围内进行无接触电能传输。     

无线能量传输系统移相控制ZVS设计研究

由于滞后管的非零电压开关,采用全桥逆变器的无线能量传输系统在移相控制时会存在超前管误触发的问题。针对此情况,提出了一种基于LCC补偿电路的优化方法。首先,建立了无线能量传输系统模型;然后,根据该模型对系统在移相时实现零电压开关(ZVS)的补偿电路参数条件进行了推导;最后,利用仿真以及无线能量传输系统实验平台对优化前后系统的输出功率、传输效率等参数进行了分析,并对提出的优化方法进行验证。实验结果证明该方法能够实现无线能量传输系统滞后管的ZVS,有效提高了系统在移相时的整体效率,并且不影响其输出和传输性能。     

双向全桥直流变换器的全功率范围软开关控制技术的研究

双向全桥直流变换器不依靠额外的电路就能实现软开关,具有较高的效率。采用传统的纯移相调制方法,传输功率大,但无法在轻载时实现软开关;采用移相加占空比调制方法,可以在全功率范围内实现软开关,但最大传输功率会随着占空比的减小而减小,小占空比情况下功率输出受到限制。本文研究了双向全桥直流变换器的软开关特性,结合纯移相调制和移相加占空比调制的特点,提出一种新的优化控制方法,该控制方法可实现两种调制方法的平滑切换,在实现全功率范围内的软开关的同时又保证了传输功率的最大化。最后,本文在一台12k W的样机上对提出的控制方法进行了验证,实验结果表明了所提控制方法的正确性。     

感应耦合电能传输系统动态解谐传输功率控制

提出一种感应耦合电能传输(ICPT)系统的动态解谐传输功率控制方法.对相控电抗器进行动态切换,通过改变其导通延迟角来改变导通电流大小,使得ICPT系统的电能拾取侧谐振或解谐,在负载端获得稳定的输出电压,同时实现对传输功率的控制.导出了动态切换的相控电抗器的等效电感,分析了等效电感对输出电压及传输功率的控制作用.根据负载稳定时输出电压与导通延迟角之间的变化曲线获得了保持输出电压恒定的控制方法.相控可变电抗器实现了软开关动态切换,有效地降低了系统的功率损耗.利用该动态谐振/解谐控制方法,系统的最大功率传输性能得到了保证.计算机仿真结果验证了该方法的优良传输功率控制性能.     

空间电场耦合单线电力传输:仿真、理解与构建

为探索新型便利的电力传输技术,该文结合之前提出的空间电场耦合单线电力传输(single-wire power transmission,SWPT)系统及其集总参数电路模型,开展了多种基于电路结构和参数的仿真研究。包括输入输出阻抗、输出电压、输出功率,以及传输效率的频率特性;特斯拉变压器高压线圈上端导体对地电容、传输距离、负载阻抗等参数对SWPT系统性能的影响。在仿真过程中,对SWPT系统的电磁现象和规律进行了解释,讨论了两个不同谐振频率的特点,分析了影响传输功率和传输效率的关键因素。最后构建了单线电力传输示范系统,并在室内和室外环境下进行试验,传输距离分别为10和30m,最大传输功率达到80W。单线电力传输的研究可视为实现长无线电力传输的关键步骤之一。     

基于DDQ线圈的双耦合LCL拓扑IPT系统及其抗偏移方法研究

基于传统LCL补偿拓扑IPT电路,该文将LCL拓扑中用于补偿的电感替换为一对耦合线圈,既可保证电路谐振,线圈间互感又为系统提供了一个新的能量传输通道,即一种双耦合LCL拓扑IPT系统。首先介绍了DDQ线圈结构与双耦合LCL拓扑电路的特点;理论结果表明,与传统单耦合LCL拓扑IPT系统的传输效率相比,所提出的双耦合LCL系统效率提升了0.8%。此外,该文还提出了一种将LCL拓扑切换为SS补偿拓扑的方法,有效提高系统在偏移时的功率输出能力。最后,通过实验验证了该系统的有效性与抗偏移能力:正对时两对耦合线圈传输功率分别为233W和392W,效率达95.5%;在偏移0～17cm范围内,输出功率始终高于500W,传输效率始终高于88.7%。