针对旋翼式无人机无线充电系统高抗偏移与低杂散磁场分布的需求，该文提出一种具有高抗偏移及杂散磁场约束特性的“I工I”型磁耦合机构，并结合串联-串联网络特性，设计具有软切换能力的多阶段恒流-恒压控制策略。具体而言，利用铁氧体磁心的低磁阻特性，完成了“工”型发射机构的设计，并通过磁路分析，确定了杂散磁场无源约束的磁路塑形方法。调节所述结构I型磁心的分布，增加“I工I”型磁耦合机构的抗偏移能力。最后，搭建了“I工I”型磁耦合机构实验样机，验证了系统在100 mm的径向偏移与360°的旋转偏移的情况下，输出电流可保持恒定，且传输效率仅有2%的波动。

无线电能传输（WPT）技术可有效解决旋转设备的稳定供电问题。然而，由于铁氧体磁心的存在，旋转侧和静止侧的相对偏移会显著影响磁耦合机构自感和互感参数，从而引起输出功率波动和效率降低。该文提出一种考虑线圈参数变化的失谐型WPT系统抗偏移方法，利用线圈自感变化构造失谐WPT系统，从而抵消互感变化带来的输出功率波动。通过推导接收端失谐程度与互感变化的恒压输出条件，结合粒子群优化算法对系统补偿参数进行优化，旋转式WPT系统具备了良好的轴向和径向抗偏移能力。该方法利用了旋转式耦合机构自身参数变化相互平衡抵消的特性，无需额外的无线通信和闭环控制以及DC-DC环节，实现更为简单可靠。实验结果表明，所提方法能够在耦合系数0.39~0.89、互感变化74%和自感变化48%的范围内，实现近似恒定输出，输出电压波动最大仅为9.5%（轴向）和2.8%（径向），系统效率最高达到93%。

针对传统扁平螺线管线圈水平横向偏移至边缘位置时，耦合系数和效率会迅速降低的问题，该文提出一种改进型扁平螺线管线圈无线电能传输系统。首先，建立耦合机构的等效磁路模型，揭示其耦合系数的影响因素。通过改进传统扁平螺线管线圈的发射端磁心形状及绕线方式，增强磁场均匀性，从而提升耦合机构的抗偏移性能。然后，以磁心形状和绕线方式为变量建立多组仿真模型进行对比，有限元仿真结果显示，改进后耦合机构在偏移时耦合系数变化率会显著降低，而磁场均匀性及抗偏移特性会明显提升。最后，搭建并测试了一台100 W系统实验样机，实验结果表明，当接收端在X、Y方向±50%范围内偏移时，系统输出电压波动维持在5%以内，传输效率达到89%，验证了所提出系统的有效性和可行性。

为了降低无线充电系统耦合线圈上高频高压直接测量的技术复杂度和经济成本，该文首先提出一种多感测线圈协同的无线充电系统发射线圈输出功率非接触测量方法。相比于传统的直接测量方式，该方法仅需若干组独立的感测线圈，无需专用的大功率高频电流、电压传感器，同时可以很好地适应于不同功率等级、汽车水平与垂直地面方向的位置偏移以及屏蔽材料等实际场景。该文首先利用电磁感应定律，通过在线圈表面设置多组感测线圈进行测量，建立了考虑水平、垂直偏移及功率变化的各感测线圈电压相量与发射线圈输出功率之间的耦合矩阵模型。然后给出了多感测线圈的参数设计依据，并进行了仿真与实验验证。接着探讨感测线圈的形状、数目与采样点数量对测量精度的影响。最后进一步探讨实际场景将多感测线圈水平放置，可以避免垂直叠放高度影响收发线圈短距离测量的问题。实验结果表明，在不同功率等级下，无线充电系统在水平与垂直地面方向同时发生偏移时，所提方法的最大计量误差在1.5%以内，具有较高的测量准确性和实用价值。

在近场无线电能传输（WPT）系统中，磁场的紧凑性可以更好地增加能量传输距离。该文以提高中心区域的磁通密度为目标，提出一种基于非中心对称激励单元（NEU）的矩阵耦合机构设计方法，该方法在几乎不削弱自身抗偏移能力的情况下，仅依托二维平面结构增强了磁聚焦性能，而且无需额外的辅助线圈或电路。此外，与传统设计方法相比，在相同尺寸和匝数下该设计方法中的初级线圈自感值更小，其互感利用率更高。该文提出一种基于耦合热度矩阵的空间有效充电面/体积计算方法，用以评估不同矩阵耦合机构的空间供电能力。最后，以LCL-LCC补偿WPT系统作为实例，验证所提出设计方法的可行性，根据提供的磁场仿真和实验结果表明，所提出设计方法相较于传统设计方法在最佳位置处可使感应电压提高24.7%。

为了提升海水环境中共享通道式磁场耦合无线电能与信息并行传输系统的传输距离，并且实现水下环境中较大功率电能传输条件下信息的高速双向传输，该文提出一种基于共面中继线圈的水下无线电能与信息并行传输系统，给出了系统的电路拓扑；并通过建模分析，给出电能传输通道与信息传输通道的等效电路模型；在上述研究的基础上，给出系统的参数设计方法；最后搭建模拟海水环境下的实验装置，验证该文所提出的系统及方法能够较好地提升系统在水下环境中的传输距离、传输功率和信息的双向传输速度。实验结果表明，系统在模拟海水环境中实现了传输距离50 cm，输出功率5.33 kW，信息传输速度5.68 Mbit/s。

随着无线电能传输系统功率和频率的提升，为了提高系统的传输效率和抗干扰能力，相关行业对电能传输的控制性能要求不断提高，因此需要在无线电能传输的功率发射端和接收端进行实时高频的数据交互，该文提出一种兼具低成本与高鲁棒性的同步无线电能与信号传输（SWPDT）的实现方法。基于传统的磁耦合无线电能传输（WPT）系统结构，利用磁耦合线圈外侧的两块金属屏蔽极板为数据传输提供了独立的电容通道，在考虑线圈寄生电容的情况下构建六板电容耦合数学模型与物理模型，通过4个阻波网络和补偿结构，构建四阶谐振网络，用以实现信号的全双工通信；该系统能够在不额外增加信号传输通道的情况下实现电能信号同步传输，显著降低了WPT系统的整体成本和尺寸大小；最后，搭建50 W功率传输样机，通过实验验证了在线圈距离17 cm的条件下电能传输效率达到80%，在常用串行通信比特率240~800 kbit/s范围内实现电能与信号的全双工并行传输，误码率均可维持在一个较低水平，在横向漂移比达到87.72%的极板偏移情况下，系统的信号传输效率衰减比仅为22.66%，在极端工况下信号传输具有较强的鲁棒性，验证了该文设计方法的正确性与可行性。

为解决磁耦合无线电能传输（WPT）系统传输特性易受耦合系数和负载变化影响的问题，宇称-时间（PT）对称原理被引入WPT系统。基于PT对称原理的磁耦合无线电能传输（简称PT-WPT）技术可在中等距离传输范围内实现恒功率、恒高效率的电能传输，自提出后受到广泛关注。该文首先分析PT-WPT系统的工作原理及特性，对比耦合模模型和电路模型两种建模方法的异同；然后分别讨论负电阻的构造、耦合机构的类型以及充电功能的实现，为PT-WPT系统的设计提供参考；最后总结PT-WPT系统的研究成果，讨论PT-WPT技术亟待研究的问题。

磁耦合式无线电能传输系统中，线圈的补偿是系统的重要研究内容。通常会外接电容进行补偿，但这不仅增加了系统的尺寸和成本，而且增加了线圈的电压梯度。该文提出一种利用线圈匝间电容实现线圈分段补偿的方法。该方法通过将平面螺旋线圈相邻两匝部分长度的Litz线进行紧密贴合，在高频条件下紧密贴合线圈匝间表现出更明显的电容效应，最终实现对线圈分段补偿的效果。为验证该方法的可行性，搭建一台开关频率500 kHz的实验样机。实验结果表明，匝间电容可实现对线圈的分段补偿，分段补偿线圈最大接收功率比外接电容集中补偿线圈最大功率提高了54.3%，效率提高了27.6%。

为了提高光伏储能及直流微电网中多端口直流变换器的性能并降低系统成本，该文设计一种集成LCL谐振耦合无线电能传输功能的三端口直流变换拓扑。首先采用混合功率流控制方法，两个半桥逆变器提供双端输入，负载通过LCL谐振网络实现无线耦合。该拓扑允许双输入源之间共用一个LCL谐振网络自由传输功率，无需额外开关元件。然后通过脉宽调制（PWM）法控制谐振网络中的直流平均电流，实现功率潮流控制；移相调制（PSM）法则用于调节负载端输出功率。该系统允许双输入源具有不平衡电压等级。最后详细分析拓扑结构，在PSIM环境中建立了仿真模型，并进行闭环仿真以验证该控制方法的有效性。结果表明，通过搭建的实验平台验证了系统分析的合理性和有效性，系统峰值效率为93.6%，并验证了系统具有良好的动态性能。

在电动汽车无线充电系统中，由于车辆停靠不准导致的位置偏移是不可避免的，这将造成系统参数变化，从而引起输出电压波动，甚至损坏系统。因此，该文提出一种基于四矩形正交（QRQP）线圈的新型混合式补偿拓扑结构，并给出其参数设计准则与优化策略，以有效提升系统的多方向抗偏移特性。优化后的系统可在一定范围内的任意角度偏移及负载变化工况下，维持系统输出电压的恒定，且当接收线圈移除时，还可有效地限制原边电流，从而保障系统安全。所提混合式补偿拓扑结构及其优化方法经过了1 kW的实验室原型样机验证，实验结果表明，当负载电阻在20~100 Ω 变化范围内，系统在X轴偏移-140~140 mm、Y轴偏移-105~105 mm以及XY轴对角偏移-200~200 mm时的输出电压波动均小于5%。同时，当线圈间垂直间距在-35~70 mm变化时，输出电压波动可限制在8%以内。

全阶观测器因具有控制带宽要求低且观测转速范围宽等优点成为低开关频率电机系统转速估计的优选方案，但与舰船多相开绕组感应电机配套的H桥型大容量变频器开关频率低，不可避免地增加了全阶观测器数字离散化误差。为解决该问题，该文首先结合舰船推进用十二相开绕组感应电机，建立并给出了等效三相全阶观测器模型及其转速估算方法；其次，提出了一种基于四阶Adams方法的全阶观测器离散算法，并利用F范数和极点图对比了全阶观测器不同离散方法的精度及稳定性；最后，搭建十二相/25 kW开绕组感应电机系统仿真模型及试验平台，对全阶观测器转速观测性能予以仿真和试验验证。相比其他离散方法，基于四阶Adams离散方法的全阶观测器电流及转速观测精度明显提高。该文研究结论可为基于全阶观测器的无速度传感器控制技术推广应用于低开关频率多相开绕组感应电机系统提供技术支撑。

异步起动永磁同步电机（LSPMSM）区别于其他永磁电机，由于定转子均开槽，其齿槽转矩分析难度增加。该文以异步起动永磁同步电机为研究对象，首先从谐波的角度，建立齿槽转矩与谐波之间的关系；其次在永磁体最大磁能积不变的前提下，确定电机饱和程度与永磁体参数的关系；然后考虑定子是否斜槽和电机的饱和程度将电机分为六种设计情况，将齿槽转矩、效率及转矩脉动作为优化目标，通过响应面法分别建立不同设计情况下优化目标与优化参数的关系；最后采用多目标粒子群算法，对不同的设计情况进行寻优选取出六组最佳优化参数。并通过仿真分析验证齿槽转矩与谐波在不同饱和状态下的关系。搭建实验平台，验证了理论分析与仿真分析的准确性。

准确的负载转矩辨识有助于提升复杂非线性负载永磁驱动系统的抗负载扰动能力。滑模观测器具有对噪声高鲁棒性、响应速度快和结构简单等优点，已经成为负载转矩辨识的常用算法。然而，该算法存在高频抖振的缺点，限制了其在电力传动系统中的应用。针对上述问题，该文提出一种新型自适应滑模观测器，在传统滑模观测器模型的基础上，将符号函数替换为饱和函数，设计了一种自适应趋近率，并在反馈回路中引入了一个额外的分量来表示负载转矩的平均估计值，解决了传统滑模观测器趋近时间和系统抖振之间的矛盾。仿真和实验结果表明，所提出的算法相比于传统滑模观测器具有更高的观测精度、更快的响应速度；采用负载转矩观测值作为前馈补偿后提升了驱动系统的响应速度及抗负载扰动能力。

针对参数失配会严重恶化电机模型预测控制系统性能的问题，该文提出永磁同步电机（PMSM）新型无模型定子磁链滑模控制（MF-FSMC）方法，有效提升参数失配下永磁电机预测控制系统的定子磁链/转矩控制性能。首先，建立参数失配下永磁同步电机数学模型，构建旋转坐标系下考虑参数失配的永磁同步电机超局部定子磁链模型。然后，提出了新型无模型定子磁链滑模控制方法，设计基于新型趋近律的无模型磁链滑模控制器，构造一拍转速预测控制器。最后，提出复合积分型滑模扰动观测器在线估计策略，可有效观测参数失配下永磁同步电机超局部模型中的未知扰动部分。仿真和实验结果表明，所提方法能有效改善电机发生参数失配后的稳态性能，大幅降低定子磁链和转矩脉动，增强了参数失配下永磁电机系统鲁棒性和抗干扰性能。

为解决无位置控制永磁电机在开环I-f起动阶段转速振荡明显、抗扰动能力差等问题，该文提出了一种改进型I-f控制策略，使用开环d轴电压微分补偿开环频率给定，增大了系统阻尼，抑制了电机转速振荡，并基于电流动态与角度动态解耦的切换策略，在切换过程中保持电流幅值不变且无任何机械动态，提高了I-f控制向转速闭环控制切换的平滑性和抗负载扰动能力，并与文献[22]中的方法进行了对比。实验结果表明，所提出的改进型I-f控制策略对转速振荡的抑制效果更好，且可以实现从开环到闭环的快速平滑切换，抗负载扰动能力更强。

为了降低模型对数据的依赖，实现电机滚动轴承故障从恒转速工况到变转速工况的单源域迁移诊断，提出一种基于角域重采样和特征强化的故障诊断方法。首先，对不同转速工况下的时域振动信号进行角域重采样，降低由转速变化引起的时频分布差异；然后，以协方差损失作为样本特征间的相似性度量，并借助领域对抗网络的思想，扩大不同类别特征间的距离，达到特征强化的目的；最后，利用源域振动数据（恒转速）训练后的卷积神经网络对变转速工况下的故障进行辨识，实现滚动轴承故障的跨转速迁移诊断。实验结果表明，所提方法在完全不涉及目标域数据的情况下，仍能准确地进行故障分类，且其正确率高达97.29%，降低了模型对数据的依赖。

传统反激式光伏微型逆变器由于变压器单向励磁、电流源输出特性、配线方式兼容性较差等问题，难以满足对微型逆变器日益增加的功率等级及多场景应用的需求。为了解决这些问题，该文提出一种新型单相电压源型光伏微型逆变器。该逆变器基于高频链结构，其变压器为双向励磁，能够满足更高功率等级需求，以实现高功率密度；输出接LC滤波器，呈现电压源型特性，从而能实现构网型控制；具有分相结构，兼容单相两线制和单相三线制低压配电网。在此基础上，该逆变器在变压器一次侧将Boost电路的开关管与全桥电路开关管进行整合复用，拓宽了输入电压范围，并具备二倍频功率解耦能力，降低了电路对大容量电容的需求。针对该拓扑，该文提出相应的软开关调制策略、关键参数的设计方法以及跟网/构网双模式控制策略。最后，通过600 W实验样机验证了该拓扑及调制和控制策略的有效性。

非隔离型逆变器具有成本低、体积小和高效率等优点，在光伏发电系统中得到了广泛关注。该文提出一种无漏电流非隔离五电平升压逆变器及其双模式调制策略，该电路结构将双输出Boost变换器结构与五电平逆变器进行融合，得到五电平升压逆变器拓扑，同时，所提拓扑直流侧的负极性端与交流侧电压的中性点直接相连，理论上可以消除漏电流，适用于输入侧直流电压较低的光伏发电场合。进一步地，针对所提逆变器研究了双模式调制策略，提高了变换器的能量传输效率。该文给出了该逆变电路的工作原理和具体调制策略的实现方法，进行了关键参数设计，搭建了实验样机，最后实验结果验证了所提拓扑与调制策略的有效性和正确性。

基于串联谐振腔谐振频率点阻抗为零的特点，该文提出基于定频脉冲宽度调制的单级隔离式AC-DC变换器及其优化设计方法。通过调节谐振腔两端高频激励电压脉冲宽度，使得谐振腔两端基波电压相等，实现变换器等效电压增益宽范围连续可调，满足AC-DC变换器交直流侧电压和电流调控需求。该文以AC-DC变换器全功率周期效率优化为目标，建立综合考虑开关损耗和导通损耗的分析模型，并据此给出变换器参数优化设计方法。详细分析AC-DC变换器的工作原理和特性，并制作设计开关频率为300 kHz的实验样机，最后通过实验验证了该文解决方案的有效性。

双极性直流微电网系统因其高效和可靠的优势，常作为连接各种可再生能源和新兴负载的解决方案。该文提出一种非隔离型双极性输出DC-DC变换器合成方法，并在传统变换器的基础上推演出一系列双极性输出DC-DC变换器拓扑。通过在Boost双极性输出DC-DC变换器上引入耦合电感和开关电容升压技术，提出一种双极性输出高增益DC-DC变换器。所提变换器具有低输入电流纹波、高电压增益、开关管电压应力低的优势，可以通过占空比和耦合电感匝比灵活调节双极性输出电压。该文给出了变换器结构的详细推演过程，并进行了模态分析、电压电流应力推导和稳态性能对比。最后，为了验证所提变换器的可行性，搭建一台200 W的实验样机，输出电压分别为190、-190和380 V，变换器在满载效率为95.5%。

为进一步提高非隔离DC-DC变换器的高增益性，降低开关管的电压应力，提出一种双耦合电感磁集成开关电容二次型高增益变换器，采用单个开关管降低了拓扑结构的复杂度，引入两对耦合电感可以较大程度地提升变换器的高增益性、降低开关管两端的电压应力，使用钳位结构可以吸收漏感能量再利用，可以有效缓解电压尖峰。该变换器引入磁集成技术将两对耦合电感进行解耦集成可进一步减小变换器磁件的体积和数量。该文分析变换器的主要工作波形与原理，在此基础上推导变换器的各项参数，对解耦集成磁件进行结构与参数设计并进行仿真验证，最后通过一台输入12 V、输出185 V、额定功率200 W的实验样机，验证了理论分析的正确性。

为了在功率传输或电压波动下实现双有源桥变换器连续且实时的应力优化控制，对其模式间规律以及模式内的优化控制变量间规律进行研究至关重要。现阶段的研究仍还存在应力优化控制变量函数表达式推导复杂等问题。针对此问题，该文运用遗传算法进行应力优化，解析出各个模式的优化变量间规律。基于此，采用三角函数极坐标法推导出相应优化控制变量函数表达式。首先，利用图形分析法从十二种工作模式中筛选出四种局部最优模式，这四种模式在不同功率区间内具备应力或有效值较低的特征；其次，对四种模式进行应力优化并对比分析优化结果，解析出这四种模式在不同功率段下优化变量间的规律；再次，基于此规律运用三角函数极坐标法推导出电流应力函数表达式及其优化控制变量函数表达式；最后，通过对比这四种模式在全功率区间的电流应力，选择各功率段上的最优模式和最优控制变量，从而实现全局应力优化控制。仿真和实验证明了理论分析的正确性以及优化控制策略有效性。

针对高压断路器机械故障诊断准确率偏低的问题，该文提出一种基于改进蜣螂优化算法（IDBO）优化深度混合核极限学习机（DHKELM）的故障诊断方法。首先，采用逐次变分模态分解（SVMD）对高压断路器合闸振动信号进行分解，得到若干个含本征频率的固有模态分量（IMF）；其次，提取各IMF分量的功率谱熵构建特征向量矩阵，并利用t分布-随机邻域嵌入算法（t-SNE）对特征向量进行数据降维；然后，引入融合Tent混沌映射、黄金正弦策略、自适应t分布扰动策略对传统蜣螂优化算法（DBO）进行改进，并使用IDBO对DHKELM进行参数优化，完成IDBO-DHKELM高压断路器故障诊断模型的构建；最后，通过搭建模拟故障的实物断路器实验平台进行验证，结果表明，该文提出的方法在故障诊断上的准确率达到了98.33%，相较于其他故障诊断模型在多项分类评价指标上均有显著提升，为准确、可靠地诊断高压断路器机械故障提供了新方案。

针对电力设备状态动态实时变化的物理实体，构建高效数学模型，是实现电力系统系统级仿真和大型电磁设备一体化分析设计的重要环节。该文以磁饱和式可控电抗器（MSCR）为分析对象，提出一种兼顾计算准确度和计算速度的电磁参数计算新方法——非线性动态电磁网络模型。首先，基于网络图论和区域离散化思想，考虑铁心非线性与磁阀漏磁，建立MSCR二维磁网络模型。其次，根据MSCR的电磁耦合关系，采用受控源的方式建立其电磁耦合等效电路，并生成MSCR非线性动态电磁网络模型。基于此，对MSCR不同磁饱和度下的绕组电流与铁心磁通进行计算。最后，将计算结果与三维有限元模型和实验测量结果比较，验证该模型的有效性。结果显示，与三维有限元模型相比，MSCR的非线性动态电磁网络模型的计算速度为其50~240倍，存储空间仅为其1/10 000~1/7 000，在满足计算精度的要求下有效地提高了计算效率，在可控电抗器的初期设计以及电力系统的系统级仿真方面具有独特的优势。