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 kHz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.      

基于阻抗变换的稳频高效非接触电能传输系统

为提高非接触电能传输系统在变负载工作模式下的频率稳定性和效率,提出了基于阻抗变换的稳频高效非接触电能传输系统设计方法.根据开关变换器可实现阻抗变换,在非接触电能传输系统副边结构中加入开关变换器,通过控制开关变换器中开关管占空比进行负载电阻的等效变换,并优化设计系统谐振补偿参数;通过对系统谐振网络以及阻抗变换电路的分析,推导出了系统关键参数设计的计算公式及阻抗变换电路占空比与负载电阻之间的函数关系.研究结果表明:当负载电阻在1~10 Ω范围内变化时,通过实时调节开关管占空比,能够始终保证系统效率达到67.0%.      

CPT系统效率分析与参数优化

为了解决谐振耦合拓扑结构不同的非接触电能传输(CPT)系统效率计算方法不统一的问题,通过对4种基本谐振耦合拓扑结构的CPT系统的分析,给出了CPT系统效率计算的一般方法.在此基础上,为提高CPT系统的效率,通过对一种电流型CPT系统的建模,对系统谐振耦合拓扑结构的参数进行了优化设计,实现了该CPT系统高效率的能量输出.最后,以该电流型CPT系统为试验模型,对提出的效率计算方法和优化设计进行了试验验证.结果表明:该电流型CPT系统谐振耦合拓扑结构最大效率的试验结果为92%,而其优化理论值为93%.     

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50 Ω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.      

非接触移动供电系统不同补偿拓扑下的鲁棒性分析

为揭示非接触移动供电系统参数扰动的产生、传播及影响机理,首先采用广义状态空间平均建模方法,建立了4种基本双边谐振补偿拓扑的系统不确定模型;其次,研究了电磁耦合机构相对距离和工况变化导致的互感及负载扰动特性,并依此推导出软开关调制模式下的系统频率扰动规律;第三,基于参数扰动模型分析了互感、负载及频率变化对系统输出的影响,并通过计算系统结构奇异值分析了不同补偿拓扑系统的鲁棒稳定性;最后,针对一套双边串联谐振补偿系统,对互感及负载偏离标称值条件下的系统鲁棒性进行了验证实验.实验波形表明:当互感和负载分别在标称值（12.15 H、5.00 ）与摄动值（9.51 H、12.55 ）之间变化时,系统仍然是鲁棒稳定的,采用PI控制能较好地抑制其对负载输出电压的影响.      

基于2FSK的ICPT系统高速信号传输方法

针对感应耦合电能传输(ICPT)系统信号传输存在信号幅值衰减和较强电磁干扰的问题,基于2FSK调制解调方式,提出了一种新型的高速信号传输方法.该方法在不增加系统主电路能量耦合线圈以及不影响主电路正常工作的前提下,实现了高速信号传输.分析了不同结构下主电路信道的阻抗和频域响应特性,确定了调制解调方法及其实现方案,并搭建了系统实验平台,在2.5和1.7 MHz的载波频率下,有效实现了100 kHz脉冲信号的传输.仿真与实验结果验证了所提出的高速信号传输方法的可行性.      

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.      

基于滑模双环控制的感应耦合电能传输系统设计

为解决轨道交通供电负载频繁波动使得系统输出恒压困难的问题,提出了基于滑模控制和PI控制的双环控制策略.首先对原边建立离散时间动态模型、副边采用大信号模型分别进行建模;其次,基于系统建模设计双环控制策略,采用滑模控制控制电流内环、PI控制控制电压外环;最后,对设计的双环控制进行了实验验证.验证结果表明:恒压下进行70 Ω和50 Ω电阻切换时,电压变化约5%,并在15 ms左右恢复到稳定值,因此,在负载波动的条件下该控制策略能保证输出电压恒定和快的响应.      

磁谐振无线电能传输串并式模型频率分裂研究

等效负载与线圈间距的改变,会导致磁谐振无线电能传输(WPT)系统出现谐振频率分裂,严重影响其传输效率.针对两线圈磁谐振WPT系统的串并(SP)式模型,基于等效电路理论,推导出了电流有效值表达式,采用Matlab仿真分析了等效负载、线圈间距改变时的谐振频率分裂现象.结果表明:磁谐振WPT系统的谐振频率与等效负载及线圈间距密切相关,等效负载大于某阈值或者线圈间距小于某阈值时均会导致谐振频率漂移并出现频率分裂;并且相对于等效负载,系统谐振频率的漂移对线圈间距变化更为敏感.     

CLC型非接触电能传输系统输出控制

为实现对CLC型非接触电能传输系统输出功率的控制,基于离散映射方法,完成了系统模型的构建,对 周期不动点进行了解析描述,得出软开关频率点的求解方法和不同频率点上输出功率的计算方法,在此基础上, 提出了基于平均功率平衡的控制方法,通过实验对该方法进行了验证.结果表明:通过不同频率点的组合控制, 能够使系统在最大41ms内完成在20~50V之间的双向跳变,以满足不同的系统输出要求,开关器件工作在软 开关状态.      

变脉宽脉冲序列控制DCM Buck变换器

为解决脉冲序列（pulse train,PT）控制开关DC-DC变换器稳态输出电压纹波较大的问题,通过研究较大输出电压纹波的产生机理,提出了一种变脉冲宽度脉冲序列（variable width pulse train,VWPT）控制方法.该方法基于电感电流断续导电模式（discontinuous conduction mode,DCM）Buck变换器,根据负载功率的变化,采用数字控制方式动态调节高、低功率脉冲占空比,得到两个能量差异较小的驱动脉冲,实现对变换器的控制,以获得明显优于PT控制的输出电压纹波特性.实验结果表明,相比于PT控制,VWPT控制可以有效降低变换器的稳态输出电压纹波50%左右.      

应对移动阴影的车载光伏步进扫描快速功率追踪

移动阴影给车载光伏最大功率跟踪（maximum power point tracking，MPPT）带来巨大挑战. 为提高移动阴影遮挡下的功率追踪速度，提出一种新的车载光伏全局最大功率跟踪（global maximum power point tracking，GMPPT）自适应步进扫描方法. 首先，分析温度及辐照强度对光伏单体输出特性的影响规律，基于温度及短路电流预测光伏单体开路电压；其次，基于串联光伏阵列的最大功率点电压与光伏单体输出特性的关系，以及局部阴影条件下多峰曲线峰值点电压和功率的变化特性，提出功率追踪步进扫描的自适应步长求取方法；最后，通过仿真及样车试验对所提算法进行可行性测试和评估. 结果表明:与常规扫描法相比，本算法的追踪速率最高可提升74%，且可避免严重遮挡时无法追踪全局最大功率点的问题.      

MIMO双向中继网络的预编码设计与功控策略

为加强MIMO双向中继系统的空间复用增益,研究一种低复杂度的发送和接收预编码矩阵.利用子空间对齐方法,将双向MIMO信道分解为多路单入单出（SISO）的子信道形式,使得两个源用户能够使用网络编码获取更好的空间复用增益.同时通过矩阵计算和转化,给出了一种优化的功率分配方案.在确定优化矩阵后,该方案能够为每个子信道独立地进行优化功率分配,并且能够得到各节点间优化功率分配的闭合表达式,从而将算法复杂度从O（n3）降低为O（n）.仿真结果表明,在典型场景下,所提方案在具有更低复杂度的优势下,系统性能接近优化的梯度下降迭代方案,优于传统单纯前向放大转发方式（AF） ,有2.99 bit/（sHz）的性能增益.      

电-氢孤岛直流微电网的分层能量管理

为了实现电-氢混合储能微电网的控制与运行，提出一种该类孤岛直流微电网的全天候能量管理方法，在满足负载需求功率、控制母线电压的基础上，将微网多余电能向化学能及氢能转化，且将储存的能量通过燃料电池及蓄电池适时运用于微网功率缺额的情况；通过对各电源、负载设备DC/DC变换器控制以及管理层的协调控制，实现了该系统的能量管理；基于MATLAB/Simulink软件平台，验证了该文能量管理方法的有效性. 研究结果表明:电-氢微电网在运行过程中母线电压波动幅度小于0.33%，远小于5.00%的运行要求；锂电池等效荷电状态及储氢罐等效荷电状态初末值变化幅度分别为4.0%和0.2%，储能系统运行稳定；该能量管理方法能够在保持电-氢系统稳定运行的前提下，无需外界提供额外能量即可确保该系统的全天候正常运行.      

基于改进双闭环控制的光伏并网系统研究

光伏并网系统在光照太强的情况下往往出现输入功率与输出功率不匹配,导致直流母线电容上电压过高的危害.针对这一现象提出一种新型的控制策略,对Boost电路采用三环控制的方案,即传统的电压外环和电流内环再加上直流母线电压保护环,使电路在直流母线电容电压上升时,能自动调节输入功率以匹配输出功率,保证系统额定功率输出,避免系统因直流母线过电压故障导致的系统功率丢失,以提高光伏并网系统工作的可靠性.文中采用两级式结构的单相光伏并网系统,对其控制系统进行了详细地分析设计,并通过PSIM软件进行仿真,验证了该控制策略的有效性.     

一种单级的高功率因数开关变换器

提出一种新的高功率因数的开关变换器,该变换器采用单级结构,单一占空比ＰＷＭ控制模式,完成功率因校正和输出电压调节双重功能;并对该变换器的工作过程进行了详细分析;最后给出该变换器在电子镇流器电路中的应用。     

有轨电车燃料电池混合动力多目标匹配优化

有轨电车燃料电池混合动力系统配置对整车动力性能、系统效率及经济效益具有重要影响，但是目前缺乏有效的优化匹配方法. 基于有轨电车沿线动态工况下的牵引功率计算，提出了面向服役周期成本最低的燃料电池有轨电车混合动力系统匹配优化方法. 以混合动力系统整车服役周期成本最低、体积/重量最小为目标函数，以动力性能、直流母线电压、电源输出功率、功率/能量实时平衡、储能系统充放电倍率及其充放电深度和SOC （state of charge） 为约束条件，建立了多目标多约束配置优化模型. 采用多目标优化方法获取Pareto前沿，同时给出了体积/重量可接受、经济性最优的推荐方案确定方法. 仿真结果表明，多目标匹配优化方法配置的有轨电车燃料电池混合动力系统满足了所有设计指标，混合动力系统全寿命周期成本从7 000万元降为1 500万元.      

电流模式控制全桥移相ZVS变换器补偿网络设计研究

对电流模式控制ＰＳＦＢ－ＺＶＳ变换器补偿网络的设计进行了研究。在电路的小信号模型基础上,得到电路的电流模式控制的小信号模型,进而得到了电路的电流贩小信号传函模型,使补偿网络的设计可在频率域进行。仿真和实验验证了方法的有效性。