[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

说明书

本发明公开了一种并联能源系统负载补偿的无线电能传输系统及控制方法。它包括发射侧线圈和接收侧线圈，发射侧还具有发射侧逆变器；发射侧逆变器连接无线感应线圈，发射侧逆变器和无线感应线圈之间输入原边补偿拓扑；接收侧线圈通过副边补偿拓扑连接整流器，整流器的后端有两个并联设置的直流变换器，整流器能够将感应到的交流电变为直流电并通过两个并联的直流变换器分别为超级电容和电池模块充电。采用上述结构和方法后，利用无线传输方式为并联储能系统进行供电模式，利用发射侧逆变器将直流电源变换为高频交流电，输入LCC‑S补偿拓扑；接收侧通过一个整流器，将感应到的交流电变为直流电，通过两个并联的Buck变换器分别为超级电容和电池模块充电。

技术领域

本发明涉及一种无线电能传输技术，具体地说是一种并联能源系统负载补偿的无线电能传输系统及控制方法。

背景技术

在大功率无线电能传输(Wireless power transfer,WPT)系统的应用中，负载能源系统主要为单一电池或者超级电容储能设备可以通过无线电能传输方式对其进行能量补充，其主要工作原理为：通过对牵引网交流电整流得到直流电压，经过单项全桥逆变器变换成高频交流电，该交流电输入发射侧线圈，产生交变的磁场。根据电磁感应原理，接收侧线圈感应到交流电能，从而实现电能的非接触传输。为满足负载超级电容或者电池的受电要求，感应得到的高频交流电能经过整流器整流得到直流电，再通过直流变换器调节，从而对储能负载实现无线电能传输供能。相比与常用的有线连接模式，大功率无线电能传输连接模式的效率较低，因此通过系统设计和优化控制提高实际WPT系统的效率，是该技术进一步被应用的关键。

现有技术中无线电能传输系统效率通常采用两种控制方法，一种是如图1所示，接收侧为降压Buck电路，利用两个控制器对两个可调节环节进行控制。首先，检测负载电压和电流，如超级电容负载，根据系统参数计算最优效率工作点对应的最优负载值R_eq-OPT，结合接收侧Buck变换器输入输出与占空比关系式，可得出接收侧控制器输出的占空比：

然后将检测到的负载电流I_SC通过无线通讯的方式传输到发射侧控制器，按照负载的供电要求，如超级电容需要恒流充电，对逆变器进行移相角控制，从而实现供电要求。

通过上述分析可知，这种控制方法需要发射侧和接收侧进行无线通讯，而通讯存在传输延迟、误码率等问题，实际应用中准确性和可靠性较低。同时，该方法针对单一储能负载，对于并联能源系统的控制并未进行设计。

另外一种方法如图2所示，利用发射侧逆变器和接收侧buck(或者其他直流变换器)。利用发射侧控制器调节，满足负载供电要求。而接收侧控制器不断调节系统输入功率，在系统输出功率短时间不变的情况下，当系统输入功率最小，则实现了系统最优效率控制。其具体控制流程如图3所示，假设在很短的时间内，接收侧接收功率为一定值，即输入负载功率P₀固定。不断改变发射侧逆变器的移相角，增大输入电压或者减小输入电压，从而调整输入功率，比较当前时刻与上一时刻功率值，进一步调节输入电压，直至输入功率P_in最小，即追踪到了最大效率点。

上述模式避免了接收侧和发射侧信号的无线通讯。但是需要一定时间才能完成最优点的追踪，存在一定的时间误差，从而致使效率的最优工作点存在一定的偏差，难以到达最优值。并且，由于采用动态追踪的方法，存在追踪点错误的可能性，可靠性较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够实现无线传输输出阻抗调节，系统高效率运行、可靠性高的并联能源系统负载补偿的无线电能传输系统及控制方法。