电源学报

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电力电子与电力系统集成专辑主编评述

刘进军,刘增

电源学报. 2020, 18(2): 1-3. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.1

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随着可再生能源、直流输电和微网等领域快速发展，电力电子与电力系统之间集成日益提升，由此引发的变流器与电网之间以及变流器之间相互作用给变流器控制、多变流器间协调控制、变流器系统建模分析以及变流器系统稳定运行等带来诸多挑战，近年来得到学术界及工业界关注。为了集中展现本领域最新研究进展，《电源学报》特别推出“电力电子与电力系统集成”专辑，以期推进电力电子与电力系统集成中难点和热点问题的探讨。

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孤岛直流微电网DC-DC变换器的非线性控制技术

李洪恩,胡健,唐志扬,邵选英,申景潮

电源学报. 2020, 18(2): 4-14. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.4

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孤岛直流微电网中的电源一般为各分布式电源和储能设备，但是它们为直流微电网系统提供能量时都会存在波动性，从而影响系统母线电压的稳定性。以含有储能变换器的直流微电网为参考对象，设计一种非线性Backstepping控制器，用于控制母线电压的稳定性。控制器采用非线性设计方法，通过在设计过程中的不同阶段选择相应的李雅普诺夫函数，保证系统的稳定性。在Matlab/Simulink中搭建直流微电网仿真模型，验证直流微电网系统输入端存在波动时，所设计的控制器对维持母线电压稳定的有效性。

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不对称负载下离网逆变器的双序控制方法

张松,陈燕东,伍文华,骆坚,欧阳红林

电源学报. 2020, 18(2): 15-23. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.15

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输出电压的对称度是衡量三相离网逆变器性能的重要指标之一，而造成离网逆变器输出电压不对称的主要原因是负载不对称。常见的单序双闭环控制方法无法对负序电压进行控制，会导致输出电压不对称。为此，首先基于对称分量法推导了逆变器带不对称负载时输出分量的负序耦合公式，给出了负序电压的双闭环解耦控制方法。在此基础上提出一种双序控制方法，通过增加负序控制支路来对负序电压进行控制，保证离网逆变器输出电压的对称性。最后通过MATLAB进行对比仿真，给出系统相关参数，验证了这种控制方式的有效性。

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基于数据驱动的多风电机组协同控制方法

焦小敏,耿华,马少康,许志伟

电源学报. 2020, 18(2): 24-31. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.24

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风机的尾流效应会严重降低风电场的发电效率，传统风电场能量管理方法未考虑尾流效应的影响，各风机均采用最大功率点跟踪MPPT（maximum power point tracking）控制方案，风电场整体输出功率并非最优。尾流耦合现象极其复杂，难以用解析模型描述，传统基于模型的控制思路难以适用。为此，提出一种基于数据驱动的多风电机组协同控制方法。基于风电场的历史运行数据，采用神经网络辨识多风电机组之间的尾流交互模型。进一步，在风电场层通过粒子群算法在线求解多风电机组协同控制功率优化指令；在机组层由各机组控制器实现指令跟踪，最终实现风电场整体发电功率的优化。仿真结果表明：基于数据驱动方法建立的尾流交互模型，其误差在1%之内；在此基础上，进行多机协同优化控制，相比传统未考虑尾流效应的单机MPPT控制，风电场平均输出功率得到提升，验证了所提控制方法的有效性。

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考虑机组运行状态的海上风电场无功协调控制

张祥文,曲春辉,孔爱良,袁晓玲,钱宸

电源学报. 2020, 18(2): 32-42. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.32

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针对由具有无功调节能力的双馈风机DFIG（doubly-fed induction generator）组成的海上风电场，结合海上风电场特点和无功补偿配置情况，在考虑风电场内机组crowbar动作情况、机端电压和因尾流效应导致的风速差异对双馈风机动态无功极限影响的基础上，提出在电网电压跌落期间通过调节转子电流，充分利用场内双馈风机的无功协调控制能力进行最大无功支撑实现低电压穿越；在电网电压恢复阶段，控制场内双馈风机快速输出感性无功抑制电网电压骤升，提高了低穿恢复阶段的过电压抑制能力。基于DIgSILENT/PowerFactory仿真平台，搭建风电场协调控制模型验证所提控制策略的效果。仿真结果表明，所提控制策略在电压低跌落状态下可以充分发挥风电机组的无功出力能力，协助电网电压快速恢复，有效提高故障电网的暂态电压水平。

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微电网含非线性与不平衡负荷时的混合储能系统功率分配策略研究

郁家麟,肖龙海,胡舟,赵玉勇,谢晔源,段军

电源学报. 2020, 18(2): 43-54. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.43

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混合储能系统HESS（hybrid energy storage system）在微电网中有着广泛的应用，其研究主要集中在能量管理、功率分配和拓扑设计等方面。对于功率分配的研究，大多只涉及到基本的功率分配，而无功功率、负序功率和谐波功率的分配问题却很少被提及。为此，提出了适用于不平衡负载和非线性负载环境的混合储能系统及其协调控制策略。在系统内部，电池功率转换系统工作在下垂模式，提供能量，只输出基本的有功功率；超电容器系统工作在补偿模式，分析总输出功率构成，输出无功、负序和谐波功率。该策略可以在不平衡和非线性负载条件下提供更好的系统性能；此外，该混合储能系统采用双逆变结构，有利于现有设备的升级改造；最后，仿真和实验结果验证了该策略的有效性。

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控制电容参数对DCVM Cuk PFC稳定性的影响

余铁钞,周群,吕寻斋,刘雪山,刘天成

电源学报. 2020, 18(2): 55-62. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.55

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对控制电容参数的改变导致不连续电容电压模式Cuk功率因数校正变换器存在的慢尺度分岔现象进行了研究。基于谐波平衡法和Floquet理论对系统进行分析，研究结果表明：减小控制电容，系统由稳定发生倍周期分岔继而进入混沌，在分岔过程中系统模态没有改变，这与主电路电容引起混沌时电路存在多种模态无规律切换显著不同。并给出了输入电压和负载分别变化时，控制电容的临界稳定值。最后，通过电路实验验证了理论分析的正确性。

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基于阻抗的数字延时对单电流环控制型并网逆变器稳定性影响的分析

屠一鸣,刘进军,刘增,薛丹红

电源学报. 2020, 18(2): 63-72. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.63

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发现并解释了一种在逆变器输出阻抗高频处因数字控制延时而产生的 “阻抗谷”的现象。在此阻抗谷处，逆变器输出阻抗的幅值急剧下降，而相位明显上升。通过波特图和复频域表征这两种方式，详细分析了电流环动态及数字控制延时对单电流环控制型逆变器的dq坐标系输出阻抗的影响，通过研究逆变器的输出阻抗模型，获得了阻抗谷的来源及其与电流环动态和延时大小之间的关系。同时，通过d-d通道阻抗匹配和广义奈奎斯特判据GNC（generalized Nyquist criterion），研究了阻抗谷对并网逆变器稳定性的影响。通过分析发现，电流环的动态和延时大小的改变均会导致d-d通道输出阻抗的幅度和相位发生剧烈变化，从而导致并网系统发生振荡。最后，实验结果验证了分析的正确性。

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VSG-DFIG风力发电系统小信号建模及稳定性分析

李蕴红,刘芳,刘威,汪浩东

电源学报. 2020, 18(2): 73-82. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.73

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基于虚拟同步发电机技术的双馈型风力发电系统具有可以提供惯量支撑和自同步电压源特性等优点，因此受到广泛关注。为更好地研究及优化其控制性能，需对其小信号稳定及性能进行分析。为此，建立了基于虚拟同步发电机技术的系统总体模型，并针对电网与双馈电机定子、网侧变流器公共连接处的代数方程计算中存在计算过程复杂、数学模型不匹配和物理意义不清晰等问题，提出了基于戴维南-诺顿等效的双馈电机模型，最后进行了算例仿真分析。分析结果表明：系统存在3种振荡模式，且弱网下锁相环与VSG控制相关的振荡模式之间存在“借阻尼”现象，并引起系统不稳定。该建模方法为包含虚拟同步发电机技术的双馈型风力发电系统的小干扰稳定分析提供了理论依据和实用工具。

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基于端口特性的并联下垂逆变器系统的小信号建模与稳定性分析

王施珂,刘增,刘进军

电源学报. 2020, 18(2): 83-94. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.83

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孤岛交流微电网中，并联下垂逆变器系统被广泛应用。基于有功功率-基波频率的下垂控制原理，逆变器之间的动态相互作用不仅体现在母线电压和输出电流之间，也体现在变化的系统基波频率上，从而引发小信号稳定性问题。建立了下垂逆变器的端口特性小信号模型，除传统的输出阻抗和输入导纳之外，提出一种新型端口特性以表征基波频率动态；进一步基于单个模块的端口特性，建立了多台逆变器并联系统的小信号模型；基于广义奈奎斯特稳定性判据，计算由阻抗导纳乘积与基波频率端口特性乘积之和组成的回率矩阵的特征轨迹，对并联系统的稳定性做出判断。最后，实验结果证明了所提小信号模型和稳定性判据的有效性。

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基于并网变流器的脉冲注入型电网阻抗测量方法的参数设计

刘自鹏,刘增,刘进军

电源学报. 2020, 18(2): 95-103. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.95

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电网阻抗在并网变流器的稳定运行中占据着重要作用。因此，精确快速的电网阻抗测量方法也变得尤为重要。基于并网变流器的脉冲注入型电网阻抗测量方法，通常用于对线性或弱非线性的电网阻抗进行快速或实时测量，其在测量成本、测量速度及设计灵活性上都有着较为突出的优势。但是，此方法中的脉冲参数设计却往往依赖于经验法则，缺乏理论指导，使得脉冲注入时线路的电压电流很容易超过系统的额定范围。为了解决这一问题，选取不对称度ρ=1/2的不对称双极型锯齿波进行电网阻抗的宽频测量，并根据所选脉冲，考虑其最佳注入位置与注入角度，提出了相应的参数设计方法，以减轻测量时的系统负担，并消除因脉冲注入所发生的过调制现象。实验证明了理论分析的有效性。

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基于精确反馈线性化的直流微电网恒功率负载系统NTSMC稳定性研究

吴当当,滕青芳,佐俊

电源学报. 2020, 18(2): 104-112. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.104

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针对带有恒功率负荷CPL（constant power load）的直流微电网系统易引起系统振荡的问题，提出一种基于精确反馈线性化的非奇异终端滑模控制NTSMC（non-singular terminal sliding-mode control）策略。首先，采用状态反馈精确线性化技术，建立变换器系统线性化模型；然后，设计基于复合滑模面的NTSMC，以实现系统快速收敛并有效削弱传统滑模的抖振问题，确保负载恒定功率供应；最后，建立Matlab/Simulink仿真模型。仿真结果表明，对于带CPL的直流微电网系统，所设计的基于精确反馈线性化的复合滑模面NTSMC系统具有较高的鲁棒性，可保证系统在输入电压摄动及负载出现扰动时有理想的稳态特性和动态响应。

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光伏发电系统抑制电网机电振荡的机理与策略

唐震,郝捷,刘新元,王金浩,李明贤

电源学报. 2020, 18(2): 113-121. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.113

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提出了利用光伏发电系统的快速响应特性来抑制电网的机电振荡过程，研究了光伏发电装置抑制电网机电振荡过程的物理机制和控制策略。首先建立光伏发电系统接入同步机电网的数学模型；分析了光伏输出功率与电网机电振荡过程间的交互作用规律。研究表明，发生机电振荡时，若光伏逆变器提供合适的功率支撑，使其直接或间接地作用于同步发电机的电磁功率，即可使机电振荡过程减弱或消失。据此提出通过耦合电网的机电振荡信号，使光伏发电系统输出的有功、无功功率单独或协同地作用于发生机电振荡过程的同步机系统，以明显削弱其机电振荡过程，促进电力系统迅速恢复至稳定工作点。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

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风力场中并网点电压稳定控制技术研究

贺瑜飞

电源学报. 2020, 18(2): 122-130. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.122

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为解决传统单一的风力系统电压控制方法无法解决多时间尺度波动以及电力系统多种类扰动问题，提出风力场中并网点电压稳定控制研究。釆用剩余的加速面积减去剩余的减速面积，得到能够使系统维持功角稳定的减速面积缺额，作为计算控制切机量的依据，通过暂态稳定预测及分析判定该电力系统是否处于稳定状态，实现电力系统暂态稳定应急控制；通过风力场群无功电压控制和风力场集群层控制策略，实现电力系统中风电场群电压的协调控制；通过紧急控制与协调控制相结合，完成风力场中并网点电压稳定控制。仿真结果表明，电压表现平稳且逐渐增加，电压趋近于电压指标，电压变化只有0.3%，迭代次数平均值为24.6次，恒功率因数控制技术计算过程中使用的时间平均值为157.46 ms，清除电网故障耗费的总功率平均值为772.05 MW。

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全桥LLC谐振变换器的导通损耗分析及优化设计

杨玉岗,张立飞

电源学报. 2020, 18(2): 131-137. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.131

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LLC谐振变换器的工作频率通常低于谐振频率，以实现副边整流管的零电流关断ZCS（zero current switc-hing），负载变化时，通过调节工作频率来保持输出电压的稳定；尤其在轻载运行状态下，工作频率远小于谐振频率，考虑死区时间的影响，在谐振频率点处导出的谐振网孔电流公式与实际运行状态相差较大。针对这一问题，提出一种改进型谐振网孔电流公式；并系统地分析了谐振网孔参数与开关管的ZVS、直流电压增益及导通损耗的关联性，提出一种谐振参数的设计方法；最后搭建了1台48 V输入、1 kW/400 V输出的实验样机，通过仿真和实验验证理论分析的正确性。

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宽工作范围LLC谐振变换器模糊PID控制策略

梁光耀,杜贵平,刘源俊

电源学报. 2020, 18(2): 138-144. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.138

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LLC谐振变换器低频段幅频特性受多种因素影响，在宽电压输入及负载变动较大的工况中低频增益变化剧烈。一方面，低频增益降低可能使动态响应减慢，输出纹波增大；而另一方面低频增益增大，则可能造成相位裕度减小甚至系统不稳定。针对该问题，提出了一种新型模糊PID控制方法。在传统PID控制的基础上，针对LLC谐振变换器控制性能受开关频率及负载变化影响较大的特点，以开关频率及负载电流作为模糊PID控制的输入，设计模糊推理规则，稳定LLC谐振变换器低频增益，从而在工况发生变化时维持系统具有良好的稳态性能，提升动态响应速度，减少了低频纹波尤其是工频纹波，进而拓宽了LLC谐振变换器工作范围。由于运行时只需通过离线查表的方式进行控制，设计简单，运算量小。搭建了全桥LLC谐振变换器样机，实验结果证明了本控制方法的优越性。

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基于离散域采样数据模型的DC/DC变换器等效电路

童安平,杭丽君,李国杰,马肖男

电源学报. 2020, 18(2): 145-151. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.145

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提出了一种针对数字控制变换器的大信号模型精确建模方法。通过深入分析在不同调制方式下变换器的采样数据模型，提出了基于离散域采样数据模型的等效电路推导方法；同时，给出了等效性判别准则，该准则可用于判别所建立模型的精确性。以采用不同调制方式的同步Boost变换器作为研究算例，通过分析所得采样等效电路模型，成功解释了不同调制方式下变换器稳定性不同的根源，所得理论分析结果和仿真结果保持一致。

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具有快速瞬态响应和宽稳定范围的交错并联Buck变换器恒流控制技术

胡文伟,周国华,冷敏瑞,曹太强,阎铁生

电源学报. 2020, 18(2): 152-161. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.152

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将电荷控制与4相交错并联Buck变换器相结合，应用于恒流输出场合，拓宽了变换器的稳定范围，提高了变换器的瞬态响应速度；将其与峰值电流控制的4相交错并联Buck变换器进行对比，建立并统一了两者的小信号模型。在统一模型的基础上，分析了2种控制方法下变换器的稳定性和瞬态性能，从理论上证明了在没有添加斜坡补偿的条件下，电荷控制比峰值电流控制具有更宽的稳定范围和更优的瞬态性能。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

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三相隔离式全桥升压PFC的启动方案设计

范次猛,徐安成

电源学报. 2020, 18(2): 162-171. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.162

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针对具有反激辅助电路的三相隔离式全桥升压功率因数校正PFC（power factor correction）变换器的启动问题，设计了一种新颖的启动方案。将PFC交流侧升压电感用耦合反激电感取代，在启动状态下，PFC转换器以反激模式工作，输出滤波电容器的充电借助反激电感来实现。分析了PFC在稳态和启动状态下的工作原理，并在此基础上设计了关键参数。利用1.7 kW带反激辅助电路的三相隔离式全桥升压PFC变换器实验平台对所设计的启动方案进行了测试，实验结果表明，启动方案能快速地实现PFC启动并达到稳态运行，同时也不影响PFC稳态工作。

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自动导引车无线充电系统中发射线圈优化设计

付振勇,王春芳,李聃

电源学报. 2020, 18(2): 172-179. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.172

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为解决无线充电系统中线圈间耦合系数小、充电效率低的问题，提出一种在不同传输距离下发射线圈和接收线圈半径匹配的优化设计方法。首先建立了该无线充电系统的等效电路，推导出传输效率与互感和线圈内阻的关系；其次对平面环形线圈进行等效建模，得到了两共轴平行圆线圈间的互感公式；然后在特定接收线圈下，利用线圈间互感公式和有限元仿真得到了平均半径比与传输距离的关系，并在自动导引车的充电距离下，优化设计了发射线圈的内外半径；最后对优化前后发射线圈进行了对比实验。实验结果表明，优化后发射线圈可以明显提升系统的传输效率，从而验证了所提设计方法的正确性。

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电动汽车无线充电用方形线圈仿真优化研究

刘言伟,卢闻州,董一帆,陈海英

电源学报. 2020, 18(2): 180-190. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.180

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电动汽车由于其节能、环保和低碳等优点受到越来越多的关注。为提高电动汽车无线充电系统传输效率，优化线圈设计，分析了电流源供能的2线圈串串拓扑结构的等效电路模型，并从线圈互感、线圈等效串联电阻以及负载的角度对平面螺旋方形线圈提出了提高充电效率的4个方面，即：最优的线圈匝数、最优的线圈边长、更短的传输距离以及最佳负载，并利用COMSOL软件进行了仿真验证。仿真优化结果表明：线圈边长d与传输距离D存在近似优化关系：d=2D；电动汽车无线充电系统存在一组最优参数：传输距离D=45 cm、线圈边长d=90 cm、线圈匝数N=30和负载R_L=80 Ω时，系统传输效率达到88.36%，从而实现了电动汽车高效率无线充电。

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电场耦合式无线电能传输系统的功率源设计

余江华,孙岩洲,韦延方

电源学报. 2020, 18(2): 191-198. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.191

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高频功率源作为电场耦合式无线电能传输系统的重要组成部分，其工作效率关系着整个系统的效率。针对传统高频逆变拓扑电路体积过大、设计复杂和逆变损耗高等问题，根据无线电能传输系统对所需电能的要求，设计了高频高效的E类功率放大器作为其前端的高频功率源。运用电路理论和ADS射频仿真软件对E类功放电路进行理论和仿真设计，并在此基础上制作实验样机。实验测试表明，所设计的E类功率放大器具有较高的电能转换效率，且电路体积小，工作稳定。

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磁谐振式能量与信息双向传输技术研究

王巧凤,范锦彪,王燕

电源学报. 2020, 18(2): 199-204. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2020.2.199

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针对双通道能量与信息无线传输的电磁环境复杂、相互干扰严重等问题，提出了一种单通道能量与信息传输技术。在磁耦合谐振能量无线传输技术的基础上增加信息无线传输回路，实现了单通道能量与信息双向传输。利用阻波网络将能量传输回路和信息回路隔离，便于配置双谐振点以提高系统性能。通过理论计算，配置了传输系统参数，并借助PSpice进行了仿真，仿真结果验证了能量与信息传输的有效性。在能量传输频率200 kHz，信息载波频率4.3 MHz的情况下实现了100 kHz数字信号的传输。

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2020年, 第18卷, 第2期　刊出日期：2020-03-30

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