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兼顾抗旋转偏移和中心磁场抑制的三相IPT系统设计与分析

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电源学报 2022年

作者：宋毅罗颖麦瑞坤朱宸彦肖静陈绍南西南交通大学电气工程学院南方电网无线传能联合实验室(广西电网有限责任公司)

与传统的接触式充电方式相比，采用感应式电能传输(Inductive Power Transfer, IPT)系统给自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles, AUVs)充电更加方便和安全。为了解决AUV船体中心磁场强和由波浪引起的旋转偏移导致传输功率剧...

与传统的接触式充电方式相比，采用感应式电能传输(Inductive Power Transfer, IPT)系统给自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles, AUVs)充电更加方便和安全。为了解决AUV船体中心磁场强和由波浪引起的旋转偏移导致传输功率剧烈波动的问题，本文提出一种具有新型耦合结构的三相IPT系统。耦合器由三个发射线圈和四个反向交替串联的接收线圈组成，该结构有利于抑制中心磁场并提高抗旋转偏移性能。Maxwell仿真结果表明在船体旋转时，Meq波动小于2%，同时AUV中心磁场始终保持在较低水平。此外，为简化系统分析，采用了一种无源元件解耦的方法对三个发射线圈进行解耦。本文搭建了一个基于LCC-S补偿拓扑的实验样机来验证系统的可行性。实验结果表明，当AUV旋转时，传输功率在536～595W之间，最大波动率为9.91%。系统直-直最高效率为86.28%。

关键词：

变电站巡检机器人无线充电系统耦合机构优化分析

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电器与能效管理技术 2022年第11期 19-25页

作者：陈炜智肖静欧阳进陈绍南葛灿广西电网有限责任公司柳州供电局及南方电网公司无线传能联合实验室广西柳州545026

针对变电站巡检机器人无线充电系统实际需求,提出了多中继无线电能传输方案。基于其耦合机构优化问题,建立系统模型,推导系统效率表达式;结合平面螺旋线圈的内阻与互感公式,得到多中继WPT系统效率关于线圈匝数、线圈半径、线圈位置的关... 详细信息

针对变电站巡检机器人无线充电系统实际需求,提出了多中继无线电能传输方案。基于其耦合机构优化问题,建立系统模型,推导系统效率表达式;结合平面螺旋线圈的内阻与互感公式,得到多中继WPT系统效率关于线圈匝数、线圈半径、线圈位置的关系。同时选取双中继WPT系统为例,分析系统效率关于耦合机构的变化规律,并在变负载条件下得到了一般耦合机构优化方法。最后,搭建实验平台,验证了所提优化方法的正确性和有效性。

关键词：变电站巡检机器人无线电能传输多中继耦合机构效率优化

基于轻量化磁耦合机构的无人机高效无线充电系统设计

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电器与能效管理技术 2021年第12期 58-63页

作者：陈绍南陈千懿高立克陈金梁广生广西电网有限责任公司南方电网无线传能联合实验室广西南宁530023

无人机巡检具有高效、便捷等特点,已成为电力巡检领域的重要发展趋势,但其续航里程短严重制约了无人机的巡检半径。通过采用无线电能传输方式可以极大地提高无人机充电自主性和智能化水平。首先对比研究了不同形状的线圈结构的抗偏移性... 详细信息

无人机巡检具有高效、便捷等特点,已成为电力巡检领域的重要发展趋势,但其续航里程短严重制约了无人机的巡检半径。通过采用无线电能传输方式可以极大地提高无人机充电自主性和智能化水平。首先对比研究了不同形状的线圈结构的抗偏移性性能,并分析系统电压、电流约束关系给出了耦合机构互感值的取值范围。其次,基于COMSOL有限元仿真软件的参数化扫描功能,以拾取端轻量化为目标,对耦合机构进行了优化设计。最后,基于优化的耦合机构搭建适用于无人机的无线充电系统,整机传输效率达到91%,实验结果验证与理论分析良好吻合。

关键词：无人机耦合机构抗偏移参数化扫描无线电能传输

输电线路磁感应取能装置的参数特性与优化设计研究

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广西电力 2022年第3期45卷 31-35,80页

作者：陈李寿吴宁胡峰铭谢贤唐家宾广西电网有限责任公司柳州供电局广西柳州545005 南方电网公司无线传能联合实验室广西南宁530023

磁感应取能装置能够实现输电线路传感节点稳定自供电,其中,基于电流互感器(Current Transformer, CT)的感应取能方法应用最为广泛。为了提高取能CT的输出功率,减小磁芯体积,减轻输电线路压力,本文分析和研究了取能CT的感应取能原理,寻... 详细信息

磁感应取能装置能够实现输电线路传感节点稳定自供电,其中,基于电流互感器(Current Transformer, CT)的感应取能方法应用最为广泛。为了提高取能CT的输出功率,减小磁芯体积,减轻输电线路压力,本文分析和研究了取能CT的感应取能原理,寻找其中的电磁等效关系,分析取能CT的功率输出,并研究取能参数和取能时间对最大输出功率的影响。在满足输出功率要求的前提下,合理设计磁感应取能装置的参数,使其工作在最大功率点,使其体积最小。通过仿真研究,验证了理论推导的正确性,在设计的参数下能够满足功率需求,与理论设计值相比,磁芯截面积和二次绕组匝数的误差小于10%,验证了设计方法的可行性。

关键词：磁感应取能电流互感器输出功率参数设计

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毫瓦级电磁式振动能量收集中低功耗变换技术

电力电子技术 2024年第4期58卷 109-114页

作者：陈绍南肖静吴晓锐龚文兰南方电网公司无线传能联合实验室广西南宁530023 广西电网有限责任公司电力科学研究院广西西南宁530023

能量收集是保障分布式传感器持续供电的关键。电磁式能量收集为交流输出,且幅值低,输出阻抗高。为了实现能量高效传输和变换,需要高升压比的低功耗AC/DC变换器,并通过阻抗匹配提高传输效率。然而,现有微能量变换的电路效率仅为60%;且无... 详细信息

能量收集是保障分布式传感器持续供电的关键。电磁式能量收集为交流输出,且幅值低,输出阻抗高。为了实现能量高效传输和变换,需要高升压比的低功耗AC/DC变换器,并通过阻抗匹配提高传输效率。然而,现有微能量变换的电路效率仅为60%;且无法实现与输出和输入电压解耦的阻抗匹配,功率传输效率低。为了解决以上问题,这里提出采用临界导通模式(BCM)使变换器输入阻抗仅受导通时间控制,利用固定开通时间的控制方法实现阻抗匹配,并给出了在低压、毫瓦级变换下高效功率器件选型标准。构建了基于氮化镓(GaN)HEMT的双Boost单级AC/DC功率变换器,峰值开环变换效率达74.5%,峰值闭环效率达72.3%。

关键词：变换器能量收集临界导通模式阻抗匹配

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多中继无线电能传输系统环路失谐特性分析

电器与能效管理技术 2023年第2期 44-52页

作者：胡峰铭唐家宾肖静陈炜智陈冠霖广西电网有限责任公司柳州供电局广西柳州545005 南方电网公司无线传能联合实验室(广西电网有限责任公司) 广西南宁530023

环路失谐是多中继无线电能传输(MR-WPT)系统亟待解决的一个难题。为了找出环路失谐对MR-WPT系统的影响规律,对比MR-WPT系统在完全谐振、单个线圈环路失谐和两个线圈环路失谐条件下各个线圈环路电流幅值和相位的变化,分析系统失谐特性。... 详细信息

环路失谐是多中继无线电能传输(MR-WPT)系统亟待解决的一个难题。为了找出环路失谐对MR-WPT系统的影响规律,对比MR-WPT系统在完全谐振、单个线圈环路失谐和两个线圈环路失谐条件下各个线圈环路电流幅值和相位的变化,分析系统失谐特性。最后,提出了一种基于频率调节的方法来保持系统整体谐振,并通过仿真验证其可行性,为改善环路失谐后的系统性能提供了解决思路。

关键词：多中继无线电能传输系统环路失谐失谐特性频率调节

基于最优传输效率匹配的多中继线圈IPT系统输入电压优化设计方法研究

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广西电力 2022年第3期45卷 16-22页

作者：莫宇鸿吴晓锐龚文兰吴宁南方电网公司无线传能联合实验室广西南宁530023 广西电网有限责任公司电力科学研究院广西南宁530023

将多中继的感应电能传输(inductive power transfer, IPT)线圈融合于绝缘子,为输电线路在线监测装置的能量供应提供了新方法。然而,在不同杆塔上的监测装置供电功率需求可能不同,导致不同传输功率下的IPT系统效率降低。为了在不同监测... 详细信息

将多中继的感应电能传输(inductive power transfer, IPT)线圈融合于绝缘子,为输电线路在线监测装置的能量供应提供了新方法。然而,在不同杆塔上的监测装置供电功率需求可能不同,导致不同传输功率下的IPT系统效率降低。为了在不同监测装置负载下保证最优的传输效率,提出了一种根据最优传输效率点优化多中继IPT系统输入电压的设计方法。在绝缘子型号固定而负载变化的情况下,可实现最优传输效率。首先,详细分析并推导了五线圈S-S拓扑结构IPT系统输出功率、效率与系统输入电压、等效负载的关系,得到了最大系统效率所对应的最优交流负载电阻。之后根据功率匹配要求,计算系统输入电压的值。最后通过系统仿真验证了所提设计方法的可行性,仿真结果表明,当系统工作频率为500 kHZ,系统输入电压为49.13 V、整流桥等效电阻为10.52Ω时,能达到所要求的目标输出功率,且系统效率高达93.3%。

关键词：感应电能传输多中继功率匹配设计方法输入电压

金属突出物电极结构下SF6气体临界击穿场强计算研究

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高压电器 2023年第10期59卷 206-214页

作者：赵崇智罗颜宋浩永王邸博王炜卓然黄慧红广东电网有限责任公司广州供电局广州510000 南方电网科学研究院有限责任公司广州510663 南方电网先进电工材料与装备基础联合实验室广州510663

SF6气体在电力绝缘设备中的应用已经非常广泛,研究SF6气体放电击穿特性对于计算金属突出物电极结构下SF6气体临界击穿场强具有重要意义。文中针对SF6气体在金属突出物电极结构下的放电击穿过程开展了详细的理论研究与计算分析。首先,基... 详细信息

SF6气体在电力绝缘设备中的应用已经非常广泛,研究SF6气体放电击穿特性对于计算金属突出物电极结构下SF6气体临界击穿场强具有重要意义。文中针对SF6气体在金属突出物电极结构下的放电击穿过程开展了详细的理论研究与计算分析。首先,基于已有的SF6气体击穿过程进行理论总结并加以完善;然后,引入阶段先导发展模型,针对稍不均匀电场条件下SF6气体放电击穿过程进行建模。将放电击穿分为3个主要过程,首电子产生阶段、流注初始阶段及先导发展至击穿阶段;最后,结合气体物性参数建立金属突出物电极结构下SF6气体折合临界击穿场强计算综合模型,计算得到SF6气体在金属突出物电极结构下临界击穿场强。研究表明:相同压强情况下,交流电压下的临界击穿场强要比雷电冲击电压下的折合临界击穿场强低。雷电冲击电压下临界击穿场强极性随电极结构和压强条件的变化而改变。并且,由于在曲率较大处的电极处局部放电产生空间电荷的影响,随着压强的增大和突出物尖端的加长,正极性雷电冲击电压下的临界击穿场强趋向施加交流电压下的临界击穿场强。

关键词： SF6 气体绝缘开关临界击穿场强流注先导

多断面多通道互联电网广域失步解列控制系统设计及实施

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南方电网技术 2023年

作者：邱建徐光虎张建新黄河朱泽翔常东旭杨欢欢高琴直流输电技术全国重点实验室(南方电网科学研究院) 中国南方电网有限责任公司

总结分析了多断面多通道区域互联电网失步振荡时可能存在的多断面失步存在选择性、同一断面不同通道失步不同时以及同一断面上部分通道失步特性不明显等特性，针对现有就地失步解列方案不适应上述特性的问题，采用基于就地装置动作允许... 详细信息

总结分析了多断面多通道区域互联电网失步振荡时可能存在的多断面失步存在选择性、同一断面不同通道失步不同时以及同一断面上部分通道失步特性不明显等特性，针对现有就地失步解列方案不适应上述特性的问题，采用基于就地装置动作允许命令，利用远方通信构建的广域失步解列系统方法，根据考虑解决现有就地失步解列方案问题、与现有就地失步解列功能的配合、系统防误设计以及异常情况下控制策略处理逻辑等主要设计原则，设计并实施了南方电网广域失步解列控制系统。RTDS仿真试验表明，该系统能够正确响应，有选择地、快速、可靠地采取既定措施同时解列相关断面，有效解决现有就地失步解列方案的局限性，满足实际系统运行需要。

关键词：多断面多通道失步振荡广域信息失步解列控制系统