[发明专利]并联能源系统负载补偿的无线电能传输系统及控制方法

权利要求书

1.一种并联能源系统负载补偿的无线电能传输系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、使LCC-S补偿拓扑的接收侧补偿电容的选取满足串联谐振的条件，即ω²L_SC_S＝1，对电路进行等效；等效后满足谐振条件时，其值表示为如下所示：

B、根据诺顿等效定理，电压源与L_r、R_Lr串联的电路等效为电流源与L_r、R_Lr并联电路，电流源输出电流大小为

由于R_Lr为谐振电感内阻，满足R_LrωLr，当式(3)成立时，一次侧线圈电流即为等效电流源输出电流，近似满足I_P≈I_in′≈U_in/jωL_r；

从LCC型补偿拓扑输入端看整个电路应当呈现纯阻性，其输入阻抗表示为

结合式(4)，上式可化简为

C、根据电路理论，当L_r、C_r、C_P、L_P组成的三端网络应当满足式(6)时，输入阻抗实现零相角；

此时的输入阻抗可以表示为

根据上述谐振元件的取值规则，得出LCC-S谐振补偿拓扑的电压增益为

忽略线圈以及谐振电感Lr内阻的情况下，谐振补偿拓扑的电压增益可以简化为

由以上电压增益公式可知，在谐振频率时H_U可以近似为互感M与L_r的比值，当等效电阻R_eq变化时，输出电压U_out维持为准恒定状态；

D、将逆变器输出视作电压源，运用基波分析的电路理论，可以得到无线电能传输系统的系统损耗P_t、输出功率P_out和传输效率η，如下所示

根据电路拓扑形式，列出如下回路矩阵方程：

上式中，

当谐振角频率为ω₀且满足式(6)所示的谐振条件时，阻抗Z₁、Z₂、Z₃的模值均为零，结合上述谐振条件，解回路方程可以得到

其中，ξ＝R_Lr(ω₀M)²+(R_eq+R_S)[(ω₀L_r)²+R_LrR_P]

将上式中所得结果带入到效率表达式(11)，可以系统效率为

同样，也可以得到输出功率的表达式为

同样地，对于系统效率的最优控制，对效率表达式(14)关于负载R_eq求导，得到效率的偏导数表达式：

得到达到最大效率时的最优电阻工作点R_eq-OPT

当调节耦合线圈输出的等效负载R_eq的数值时，令其值为最优负载即保持系统效率为最优工作点，而R_eq的调节通过等效负载变换的方式；

E、在恒压输出的情况下，当系统工作最优负载工作点时，此时对应的输出功率也是系统最优功率点，即

控制系统输出功率为系统功率的最优点，即可保证系统效率最优。