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《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》2019年度優(yōu)秀論文獲獎(jiǎng)?wù)撐暮唸?bào)

《光伏發(fā)電出力預(yù)測技術(shù)研究綜述》等15篇優(yōu)秀論文入選《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》2019年度優(yōu)秀論文，榮獲中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)表彰。現(xiàn)將部分獲獎(jiǎng)?wù)撐牡奈恼潞唸?bào)分享給各位讀者，以期促進(jìn)本領(lǐng)域的技術(shù)交流。

團(tuán)隊(duì)介紹

清華大學(xué)大容量電力電子與新型電力傳輸團(tuán)隊(duì)由趙爭鳴教授于1997年創(chuàng)立，是清華大學(xué)電機(jī)系骨干科研團(tuán)隊(duì)之一。一直致力于大容量電力電子技術(shù)、光伏發(fā)電、電機(jī)控制以及新型電力傳輸理論與技術(shù)的研究。目前聚焦于大容量電力電子基礎(chǔ)理論與應(yīng)用以及新型電力傳輸技術(shù)，在科研攻關(guān)和人才培養(yǎng)方面取得顯著成果，先后被評(píng)為校、系優(yōu)秀科研團(tuán)隊(duì)。

團(tuán)隊(duì)的理念是融合電力電子基礎(chǔ)理論和新型電力傳輸關(guān)鍵技術(shù)，面向能源互聯(lián)網(wǎng)中的電能變換和傳輸技術(shù)前沿方向，打造國際一流的電力電子與新型電力傳輸研究團(tuán)隊(duì)；堅(jiān)持基礎(chǔ)理論研究和實(shí)際應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究“兩條腿”走路，堅(jiān)持國際化與交叉化的道路，堅(jiān)持面向能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究方向和人才培養(yǎng)。

劉方

1990年出生，博士研究生。研究方向?yàn)闊o線電能傳輸、大容量電力電子技術(shù)等。已發(fā)表論文12篇，獲國內(nèi)外優(yōu)秀論文獎(jiǎng)4項(xiàng)。

陳凱楠

1988年出生，助理研究員，碩士生導(dǎo)師。研究方向?yàn)闊o線電能傳輸、大容量電力電子技術(shù)等。清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)研究院無線電能傳輸研究室主任，中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)無線電能傳輸技術(shù)專委會(huì)委員，中國能源研究會(huì)電能技術(shù)專委會(huì)委員，北京電力電子學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)委員。作為技術(shù)負(fù)責(zé)人承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題以及多項(xiàng)企業(yè)合作項(xiàng)目；作為技術(shù)骨干深度參與了所在團(tuán)隊(duì)主持的國家自然科學(xué)基金重大、重點(diǎn)等項(xiàng)目。

相關(guān)成果已發(fā)表論文55篇，其中一二通訊作者21篇（SCI收錄10篇），WOS核心合集他引637次，H因子13；授權(quán)發(fā)明專利14項(xiàng)（國際發(fā)明專利1項(xiàng)）。曾獲省部級(jí)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，日內(nèi)瓦國際發(fā)明特別金獎(jiǎng)2項(xiàng)、金獎(jiǎng)1項(xiàng)，國內(nèi)外優(yōu)秀論文獎(jiǎng)4項(xiàng)。

趙爭鳴

1959年出生，教授，博士生導(dǎo)師，IEEE Fellow。研究方向?yàn)榇笕萘侩娏﹄娮蛹夹g(shù)、電能路由器、無線電能傳輸?shù)取Ｇ迦A大學(xué)電機(jī)系大容量電力電子與新型電力傳輸團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，能源互聯(lián)網(wǎng)研究院大容量電力電子技術(shù)中心主任，清華大學(xué)電磁實(shí)驗(yàn)中心主任。先后負(fù)責(zé)完成多項(xiàng)國家重點(diǎn)專項(xiàng)、國家“863”課題、國家自然科學(xué)基金重大、重點(diǎn)和面上課題以及多項(xiàng)重大橫向科研課題和國際合作項(xiàng)目。

發(fā)表500余篇學(xué)術(shù)論文，其中SCI論文120余篇，SCI他引3100余次，出版8部科技書籍；獲得發(fā)明專利60余項(xiàng)、軟件著作權(quán)20余項(xiàng)。作為第一完成人，帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)，先后獲得國家教育部技術(shù)發(fā)明和科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)各1次，中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)3次，日內(nèi)瓦國際發(fā)明展“特別嘉許金獎(jiǎng)”2次和金獎(jiǎng)1次，清華大學(xué)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)1次，及其他省部級(jí)科技成果獎(jiǎng)6次。個(gè)人先后獲得清華大學(xué)“學(xué)術(shù)新人獎(jiǎng)”，“全國優(yōu)秀科技工作者”稱號(hào)，“北京市教育創(chuàng)新標(biāo)兵”，2次獲得“電工行業(yè)—正泰科技成就獎(jiǎng)”。

研究背景

電動(dòng)汽車雙向無線電能傳輸系統(tǒng)以其便利性和互動(dòng)性，可適用于未來車聯(lián)網(wǎng)，對(duì)提升未來能源互聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性和智能性起到重要作用。相比單向系統(tǒng)，雙向系統(tǒng)控制自由度多，不同自由度的選取和組合會(huì)影響系統(tǒng)中變換器和傳輸線圈損耗的分布及其大小，進(jìn)而影響系統(tǒng)的整體效率。因此，如何通過多個(gè)控制自由度間的協(xié)調(diào)組合提升系統(tǒng)整體效率，是雙向系統(tǒng)控制的關(guān)鍵性問題。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

1 BWPT系統(tǒng)變換器運(yùn)行狀態(tài)分析

圖1 BWPT系統(tǒng)控制信號(hào)和狀態(tài)量工作波形

表1 變換器開關(guān)動(dòng)作及電流過零點(diǎn)坐標(biāo)表示

2 BWPT系統(tǒng)效率優(yōu)化控制策略

圖2 BWPT系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制策略

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證上述分析的正確性，搭建了如圖3所示的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

圖3 BWPT系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

圖4展示了充電模式下控制信號(hào)和狀態(tài)量的相位關(guān)系。可以看到，原邊線圈電流滯后原邊變換器輸出電壓，副邊線圈電流同樣滯后副邊變換器輸入電壓。對(duì)比圖4和圖1，可以發(fā)現(xiàn)兩者控制信號(hào)和狀態(tài)量間的相位關(guān)系一致，即說明該工況下系統(tǒng)中所有開關(guān)管工作在零電壓開通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了變換器優(yōu)化運(yùn)行。

圖4 變換器控制信號(hào)及狀態(tài)量工作波形（充電模式）

使用功率分析儀WT1800對(duì)不同輸出功率下，采用文章所提策略和現(xiàn)有策略時(shí)，系統(tǒng)整體效率進(jìn)行測試，結(jié)果如圖5。

圖5 兩種控制方案下系統(tǒng)整體運(yùn)行效率對(duì)比

采用文章所提控制策略后，在充、放電模式下，系統(tǒng)整體效率較現(xiàn)有策略均有所提升，且輸出功率較小時(shí)，這種提升效果更加明顯。結(jié)合文章中的分析可知，當(dāng)輸出功率較小時(shí)，變換器損耗占系統(tǒng)總損耗的比重較大，而實(shí)現(xiàn)變換器優(yōu)化運(yùn)行有利于減小其開關(guān)損耗。隨輸出功率增加，線圈銅耗增加，同時(shí)，變換器損耗比重下降，所提策略和現(xiàn)有策略的系統(tǒng)整體效率呈逐漸接近的趨勢。因此，對(duì)于寬負(fù)載范圍運(yùn)行，所提策略更有利于提高系統(tǒng)整體效率。

結(jié)論

文章研究了如何通過雙向無線電能傳輸系統(tǒng)中三個(gè)控制自由度的協(xié)調(diào)組合，對(duì)BWPT 系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和整體效率進(jìn)行優(yōu)化的控制策略。文章首先分析了 BWPT 系統(tǒng)中三個(gè)控制自由度對(duì)變換器運(yùn)行狀態(tài)和線圈間傳輸效率的影響，得到了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的約束條件，在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了一套系統(tǒng)整體效率的估算方法，并提出了一種實(shí)現(xiàn) BWPT 系統(tǒng)效率優(yōu)化的多自由度組合控制策略。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了理論分析的正確性和所提方法的有效性。

引用本文

劉方,陳凱楠,蔣燁,趙爭鳴. 雙向無線電能傳輸系統(tǒng)效率優(yōu)化控制策略研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2019, 34(5): 891-901. Liu Fang, Chen Kainan, Jiang Ye, Zhao Zhengming. Research on the Overall Efficiency Optimization of the Bidirectional Wireless Power Transfer System. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(5): 891-901.