课题基金 / 基金详情

针对海洋环境的水下复合式无线供电关键技术的研究

批准号:
52077038
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
曲小慧
依托单位:
学科分类:
电力电子学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
曲小慧

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
采用无线电能传输技术(Wireless Power Transfer, WPT)对水下设备进行能量补给可有效提升其续航力和任务执行力,对实现海洋强国具有重要意义。由于海水具有电导性,温度、压力、盐度、海流波动等对WPT磁场和电场的传输性能均造成影响。本项目结合磁场耦合WPT传输效率高和电场耦合WPT抗位置扰动强等优势,提出针对复杂海洋环境的水下复合式无线供电技术。通过系统研究海水温度、压力、盐度等多个环境变量对电场和磁场分布的影响,建立含环境变量的全参数模型和损耗模型,提出面积小、效率高、抗位置扰动强的高性能复合型耦合器;提出满足软开关、无功全补偿、负载无关性、极板电压可控,且具有一定的抗环境变量扰动能力的多目标补偿网络;提出功率调节和全负载范围下的效率最优协调控制方法,实现高效稳定的功率输出。通过以上方面的深入研究,解耦水下环境变量对传输性能的影响,实现高效、安全、可靠的水下无线供电。
英文摘要
The wireless power transfer (WPT) technique is very suitable to charge underwater devices due to its convenience and long duration. Because seawater is conductive, temperature, pressure, salinity, and sea flow will affect the power transfer characteristics of both magnetic field and electric field. Taking full advantage of high transfer efficiency in inductive power transfer (IPT) systems and high position tolerance in capacitive power transfer (CPT) systems, this project will propose a hybrid WPT charging system focusing on seawater operation. Firstly, with the systematical analysis of the effect of seawater temperature, pressure, salinity to both energy field distribution, the precise parameter and loss models will be built and a hybrid coupler can be proposed with the properties of small size, high efficiency and high position tolerance. After that, the multi-objective compensation theory and principle will be proposed to realize soft switching, zero reactive power, load independence and plate voltage stress optimization simultaneously, which can be not sensitive to seawater conditions. Finally, a coordinated control scheme will be proposed to achieve power control and efficiency enhancement throughout the whole charging process. All above technologies will make the hybrid WPT charging system more efficient, safe and reliable to operate in seawater.
采用无线电能传输技术(Wireless Power Transfer, WPT)对水下设备进行能量补给可有效提升其续航力和任务执行力,对实现海洋强国具有重要意义。由于海水具有电导性,温度、压力、盐度、海流波动等均会影响磁场和电场的传输性能,从而影响两种WPT技术的输出特性。本项目结合磁场耦合WPT传输效率高和电场耦合WPT抗位置扰动强等优势,提出针对复杂海洋环境的水下无线供电技术。首先,通过系统研究多种水下环境变量对电场和磁场分布的影响,建立含环境变量的全参数模型和损耗模型,揭示温度、应力、盐度等海下环境变量对磁耦合场和电耦合场的分布影响,提出含环境变量的全参数模型和损耗模型,对影响磁场和电场耦合传输效率的关键因素进行量化;由模型发现,由于海水的导电性,电容极板不受传输距离和偏移影响,因此只需考虑其绝缘层对其等效电容的影响,但磁耦合器存在涡流效应,提出通用型抗偏移磁耦合器方法;为进一步提升系统抗偏移能力,系统研究了基于时间宇称(Parity-time, PT)原理的恒效率的系统控制方式,并提出拓展精确PT对称区域的方法,实现在宽范围负载和偏移下的恒定效率输出;其次,针对磁场和电场两种耦合方式分别提出满足软开关、无功全补偿、负载无关性、极板电压可控等多目标优化的补偿网络,并针对电池恒流恒压充电场景,分别提出不同类型的切换拓扑,简单可靠;最后,提出功率调节和全负载范围下的效率最优协调控制方法,实现高效稳定的功率输出。通过以上方面的深入研究,本项目将有助于解耦水下环境变量对传输性能的影响,实现高效、安全、可靠的水下无线供电。
LED照明系统高可靠运行关键技术的研究
  • 批准号:
    51677027
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    曲小慧
  • 依托单位:
LED照明系统优化驱动关键技术的研究
  • 批准号:
    51107009
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    曲小慧
  • 依托单位:
国内基金
海外基金