[發(fā)明專(zhuān)利]并聯(lián)能源系統(tǒng)負(fù)載補(bǔ)償?shù)臒o(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710325713.9
• 申請(qǐng)日: 2017-05-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107425610B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 耿宇宇;楊中平;林飛;王義
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)長(zhǎng)三角研究院
• 主分類(lèi)號(hào): H02J50/10
• 分類(lèi)號(hào): H02J50/10;H02J7/00;H02J7/34
• 代理公司: 鎮(zhèn)江京科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32107
• 代理人: 夏哲華

本發(fā)明公開(kāi)了一種并聯(lián)能源系統(tǒng)負(fù)載補(bǔ)償?shù)臒o(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)及控制方法。它包括發(fā)射側(cè)線(xiàn)圈和接收側(cè)線(xiàn)圈，發(fā)射側(cè)還具有發(fā)射側(cè)逆變器；發(fā)射側(cè)逆變器連接無(wú)線(xiàn)感應(yīng)線(xiàn)圈，發(fā)射側(cè)逆變器和無(wú)線(xiàn)感應(yīng)線(xiàn)圈之間輸入原邊補(bǔ)償拓?fù)洌唤邮諅?cè)線(xiàn)圈通過(guò)副邊補(bǔ)償拓?fù)溥B接整流器，整流器的后端有兩個(gè)并聯(lián)設(shè)置的直流變換器，整流器能夠?qū)⒏袘?yīng)到的交流電變?yōu)橹绷麟姴⑼ㄟ^(guò)兩個(gè)并聯(lián)的直流變換器分別為超級(jí)電容和電池模塊充電。采用上述結(jié)構(gòu)和方法后，利用無(wú)線(xiàn)傳輸方式為并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行供電模式，利用發(fā)射側(cè)逆變器將直流電源變換為高頻交流電，輸入LCC?S補(bǔ)償拓?fù)洌唤邮諅?cè)通過(guò)一個(gè)整流器，將感應(yīng)到的交流電變?yōu)橹绷麟姡ㄟ^(guò)兩個(gè)并聯(lián)的Buck變換器分別為超級(jí)電容和電池模塊充電。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)，具體地說(shuō)是一種并聯(lián)能源系統(tǒng)負(fù)載補(bǔ)償?shù)臒o(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

在大功率無(wú)線(xiàn)電能傳輸(Wireless?power?transfer,WPT)系統(tǒng)的應(yīng)用中，負(fù)載能源系統(tǒng)主要為單一電池或者超級(jí)電容儲(chǔ)能設(shè)備可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)電能傳輸方式對(duì)其進(jìn)行能量補(bǔ)充，其主要工作原理為：通過(guò)對(duì)牽引網(wǎng)交流電整流得到直流電壓，經(jīng)過(guò)單項(xiàng)全橋逆變器變換成高頻交流電，該交流電輸入發(fā)射側(cè)線(xiàn)圈，產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，接收側(cè)線(xiàn)圈感應(yīng)到交流電能，從而實(shí)現(xiàn)電能的非接觸傳輸。為滿(mǎn)足負(fù)載超級(jí)電容或者電池的受電要求，感應(yīng)得到的高頻交流電能經(jīng)過(guò)整流器整流得到直流電，再通過(guò)直流變換器調(diào)節(jié)，從而對(duì)儲(chǔ)能負(fù)載實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)電能傳輸供能。相比與常用的有線(xiàn)連接模式，大功率無(wú)線(xiàn)電能傳輸連接模式的效率較低，因此通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化控制提高實(shí)際WPT系統(tǒng)的效率，是該技術(shù)進(jìn)一步被應(yīng)用的關(guān)鍵。

現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)效率通常采用兩種控制方法，一種是如圖1所示，接收側(cè)為降壓Buck電路，利用兩個(gè)控制器對(duì)兩個(gè)可調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。首先，檢測(cè)負(fù)載電壓和電流，如超級(jí)電容負(fù)載，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算最優(yōu)效率工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)負(fù)載值R_eq-OPT，結(jié)合接收側(cè)Buck變換器輸入輸出與占空比關(guān)系式，可得出接收側(cè)控制器輸出的占空比：

然后將檢測(cè)到的負(fù)載電流I_SC通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊的方式傳輸?shù)桨l(fā)射側(cè)控制器，按照負(fù)載的供電要求，如超級(jí)電容需要恒流充電，對(duì)逆變器進(jìn)行移相角控制，從而實(shí)現(xiàn)供電要求。

通過(guò)上述分析可知，這種控制方法需要發(fā)射側(cè)和接收側(cè)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊，而通訊存在傳輸延遲、誤碼率等問(wèn)題，實(shí)際應(yīng)用中準(zhǔn)確性和可靠性較低。同時(shí)，該方法針對(duì)單一儲(chǔ)能負(fù)載，對(duì)于并聯(lián)能源系統(tǒng)的控制并未進(jìn)行設(shè)計(jì)。

另外一種方法如圖2所示，利用發(fā)射側(cè)逆變器和接收側(cè)buck(或者其他直流變換器)。利用發(fā)射側(cè)控制器調(diào)節(jié)，滿(mǎn)足負(fù)載供電要求。而接收側(cè)控制器不斷調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸入功率，在系統(tǒng)輸出功率短時(shí)間不變的情況下，當(dāng)系統(tǒng)輸入功率最小，則實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)最優(yōu)效率控制。其具體控制流程如圖3所示，假設(shè)在很短的時(shí)間內(nèi)，接收側(cè)接收功率為一定值，即輸入負(fù)載功率P₀固定。不斷改變發(fā)射側(cè)逆變器的移相角，增大輸入電壓或者減小輸入電壓，從而調(diào)整輸入功率，比較當(dāng)前時(shí)刻與上一時(shí)刻功率值，進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸入電壓，直至輸入功率P_in最小，即追蹤到了最大效率點(diǎn)。

上述模式避免了接收側(cè)和發(fā)射側(cè)信號(hào)的無(wú)線(xiàn)通訊。但是需要一定時(shí)間才能完成最優(yōu)點(diǎn)的追蹤，存在一定的時(shí)間誤差，從而致使效率的最優(yōu)工作點(diǎn)存在一定的偏差，難以到達(dá)最優(yōu)值。并且，由于采用動(dòng)態(tài)追蹤的方法，存在追蹤點(diǎn)錯(cuò)誤的可能性，可靠性較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳輸輸出阻抗調(diào)節(jié)，系統(tǒng)高效率運(yùn)行、可靠性高的并聯(lián)能源系統(tǒng)負(fù)載補(bǔ)償?shù)臒o(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)及控制方法。