研究所概况

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一.磁耦合无线电能传输技术(MC-WPT)及其应用


无线电能传输技术借助电磁场、微波、激光等软介质实现电能从电源系统到用电设备的无线接入与传输。该技术是现代电工技术领域研究与开发的热点。作为无线电能传输技术一个重要分支—基于电磁感应耦合原理的无线电能传输技术,是目前最有可能为用电装备无线供电提供解决方案的技术。应用于电气化交通工具(电动车、地铁、电气化列车等)、矿用机车、各类特殊环境移动设备等,实现大功率移动电气设备无线充电/实时无线供电;应用于家电及各类消费电子产品(如手机、平板电脑等),实现灵活、便捷的无线充电。无线电能传输系统作为一种特殊的电能柔性接入与传输方式,其广大的市场前景和科学研究价值,日益引起同行高度重视。


本方向重点开展无线电能传输系统共性理论/技术问题的系统化研究,着力攻克无线电能传输技术应用推广的重大关键技术。着重推广无线电能传输技术在电动车无线充/供电、家用电器无线供电、旋转机构(如石油钻杆机构等)无线电能传输等领域的工程化应用。




二.电场耦合无线电能传输技术(EC-WPT)及其应用


电场耦合无线电能传输技术,又称为电容式电能传输(CPT)技术和电容耦合电能传输(CCPT)技术,是一种以高频电场作为能量载体,借助谐振补偿和电能变换实现电能无线传输的技术。该技术具有电能耦合机构简易轻薄并且形状易变,重量轻,成本低;拾取电极甚至可以设计成空腔结构,副边相关的集成电路可以包围在内部;可以实现对封闭金属腔体内部用电设备的无线供电;周围环境的电磁干扰较小;尤其是当耦合机构之间或周围存在金属导体时,不会引起导体产生涡流损耗等优点。该技术在实际应用中能够与磁耦合无线电能传输技术实现优势互补,可应用于机器人、消费电子设备、植入医疗设备、旋转电机以及电动汽车的无线充/供电。


本方向重点开展具有高电通量密度的灵活电场耦合机构、高效电能变换拓扑构建及参数优化、系统整体建模及动力学行为特性分析、基于效率最优的多目标鲁棒综合控制及性能提升方法、电能与信号并行传输技术以及系统安全性等方面的研究,着力推动电场耦合无线电能传输技术基础理论体系的完善,为其应用奠定理论基础。




三.电力电子系统非线性建模、分析与控制


    作为现代工业电气装备的一个重要部分,电力电子装置广泛应用于各类电源系统、电力变换、电气驱动等领域,已经成为电气工程的一个重要技术分支。而电力电子线路则是以开关工作模式实现电能变换与能量控制。由于其自身特有的开关工作机理,使系统呈现特殊的非线性属性。这类非线性属性,使得系统表现为一类多模态、变结构开关非线性行为,给系统的设计、实现和优化运行带来了诸多问题。本研究方向,以无线电能传输系统为对象,全面展开电力电子系统的非线性行为研究,基于现代控制理论和非线性系统建模理论,就电力电子非线性模型构建、仿真算法研究、系统参数优化以及非线性控制等方面展开研究。