轨道交通350kW大功率无线电能传输系统研究

无线电能传输（WPT）技术应用于轨道交通领域,可解决传统接触式供电在安全性、可靠性和经济性等方面的问题。但相比于当前主流WPT研究,该应用场景所涉及的功率大、系统复杂、实现难度较高,且在运动、机械等方面亦具有自身特征,存在诸多关键技术问题有待解决。该文从拓扑架构、磁耦合机构、系统建模与参数优化、控制策略等方面对其开展研究,取得了若干阶段性成果,并基于此研发350kW轨道交通无线充电系统样机,在功率传输能力、系统效率、输出特性等方面均取得了较好的效果。该文将从这一系统入手,对大功率轨道交通WPT的关键技术和实现方案进行阐述和探讨,力求为大功率WPT技术的发展及其在轨道交通中的应用提供助力。     

基于离散状态事件驱动的电力电子瞬态过程仿真方法

为分析计算电力电子系统的电磁瞬态过程,需采用非理想开关器件模型,并计及电路中的杂散参数和控制回路中的时间延迟等,此时描述电力电子系统的数学模型呈现出高阶非线性特性,且往往具有较强的刚性。采用常规微分方程的数值解算方法对于这种非线性的电力电子系统瞬态过程进行仿真求解,存在仿真时间超长和数值稳定性很差的问题。为解决这一问题,基于离散状态事件驱动(DSED)思想提出一类电力电子瞬态过程数值仿真方法,摒弃对时间离散的常规数值解算,而直接以状态量的变化值作为仿真计算依据。理论推证和仿真解算比较结果表明:该方法能有效缩短解算时间,同时解决了常微分方程组的刚性问题,使得解算具有很好的数值稳定性。     

离散状态事件驱动仿真方法及自适应预估校正算法

在电力电子系统分析中,需要对带间断和刚性的常微分方程组进行仿真计算。然而,采用传统的时间离散算法来求解此类方程组时会遇到诸多困难。Kofman等基于离散事件系统规范(DEVS)提出了量化状态系统(QSS)算法,它不是对时间进行离散,而是将状态量进行离散。QSS算法可以有效求解带间断和刚性的常微分方程组。基于离散事件算法思想,提出适合于电力电子仿真的离散状态事件驱动(DSED)仿真方法;同时,为提高DSED方法的精度,提出基于DSED的预估校正算法;为大幅减少计算量,通过研究计算步数与状态量幅值和频率的关系,提出自适应方法。仿真算例证明了所提算法的有效性。     

后向离散状态事件驱动电力电子仿真方法

为解决电力电子系统中的刚性状态方程数值解算困难问题,在后向量化状态系统(BQSS)算法的基础上提出一种后向离散状态事件驱动(BDSED)仿真方法。BDSED方法是隐式的,其关键在于如何选择一组合适的量化函数值组合,使得据此计算出的导数向量能够让各状态变量向其对应的量化函数值趋近。由于在每一步计算中,每一个状态变量下一时刻的量化函数都有两种取值,所以对于复杂高维系统,枚举的方式并不可行;同时各状态变量的量化函数值的确定存在互相耦合、相互制约的关系,导致问题更加困难。为解决该问题,提出一种基于有限状态机的实现方案,并在带非理想器件模型的变换器电路上进行了算例验证。仿真结果表明,基于有限状态机实现的BDSED能高效地选取量化函数值组合,在解算变换器等刚性系统时仿真效率明显优于DSED方法和传统的时间离散刚性解法。