[发明专利]一种感应电能传输控制装置及其控制方法

摘要

一种LCL型感应电能传输控制装置，包括初级部分和次级部分，其特征在于所述初级部分设有两个闭环回路，分别为变频控制回路和移相控制回路，所述变频控制回路采用频率跟踪方法控制高频逆变电路门控信号的频率，所述移相控制回路采用智能分段控制算法的移相控制策略控制高频逆变电路门控信号移相角。本发明的优点是本发明只在初级进行控制，初、次级之间不需要常规的信息反馈通道。

主权项

一种LCL型感应电能传输的控制方法，其特征在于：所述控制方法使用一种LCL型感应电能传输控制装置，包括初级部分和次级部分，其特征在于：所述初级部分设有两个闭环回路，分别为变频控制回路和移相控制回路，所述变频控制回路采用频率跟踪方法控制高频逆变电路门控信号的频率，所述移相控制回路采用智能分段控制算法的移相控制策略控制高频逆变电路门控信号移相角；所述初级部分由直流电压源Udc(1)、高频逆变电路(15)和初级谐振电路(16)组成，所述高频逆变电路(15)由四个全控型开关管及其反并联二极管一(2)、反并联二极管二(3)、反并联二极管三(4)和反并联二极管四(5)组成，所述高频逆变环节将直流输入电压转换成高频方波电压输出到初级谐振网络，所述初级谐振电路(16)包括初级谐振电感Lpi(6)、初级谐振补偿电容CT(7)、初级感应耦合线圈电感LT(8)；所述变频控制回路由高频逆变电路(15)、驱动器(17)、变频控制电路(18)、移相变频调制器(20)组成，实现系统谐振频率跟踪；所述变频控制电路由限幅器一(21)、频率跟踪控制算法模块(22)、滤波器(23)、鉴相器(24)、采样模块(25)组成，所述智能分段控制算法为当控制误差很大且趋于增大时，加大控制力度，抑制误差的增加，控制器处于强控制模态；当控制误差下降，但控制误差趋于增大时，控制器进入次强控制模态，控制力度减弱；当控制误差与控制误差变化趋势相反，或控制误差很小时，控制器处于保持控制模态，即控制器输出信号不变；所述移相控制回路由高频逆变电路(15)、初级谐振电路(16)、驱动器(17)、移相控制电路(19)、移相变频调制器(20)组成；所述移相控制电路由限幅器二(26)、智能分段算法模块(27)、加法器(28)、信号处理模块(29)、电流检测模块(30)组成；所述次级部分包括补偿电容Cs(10)和次级线圈电感Lsi(9)、不可控整流桥(11)、滤波电感Lf(12)、滤波电容Cf(13)及负载RL(14),通过初、次级线圈之间的耦合，次级线圈电感Lsi(9)上产生感应电动势，并通过补偿电容Cs(10)和次级线圈电感Lsi(9)并联构成的次级谐振网路拾取发射端传输的高频振荡能量,所述不可控整流桥(11)用于高频交流信号的整流，其输出信号经过滤波电感Lf(12)、滤波电容Cf(13)组成的滤波环节滤波，可遏制高频交流电，同时减少输出电压纹波；所述LCL型感应电能传输控制装置的控制方法为：一方面，所述变频控制电路(18)根据采样得到的电压Vpi和电流ipi的相位差改变输出频率ω，ω作为输入信号之一输入移相变频调制器(20)，另一方面，移相控制电路(19)通过比较测得的系统初级导轨电流与导轨电流期望值，控制初级高频逆变电路门控信号相位角α，α作为输入信号之一输入根据输入移相变频调制器(20)，移相变频调制器根据输入频率ω和移相角α综合调制，产生两个正弦信号sinωt和sin(ωt+α)，正弦信号输入驱动器(17)产生相应的门控信号控制高频逆变电路(15)；所述变频控制回路的实现步骤：步骤一：采样模块(25)：提取谐振支路电压Vpi、电流ipi，输入给鉴相器(24)；步骤二：鉴相器(24)：比较输入电压、电流信号的相位，输出与相位差有确定正弦关系的电压信号，设输入初级谐振支路电压为：Vpi＝V sin(ωt+θ1)，输入的初级谐振支路电流为：ipi＝I cos(ωt+θ2)，则经过相位比较器(24)后得到相关的电压信号为：步骤三：低通滤波器(23)：将输入电压信号Ud中的和频分量滤掉，得到差频分量为：Uc作为输入信号输入频率跟踪控制算法模块(22)；步骤四：频率跟踪控制算法模块(22)：设定频率初始值为30kHz,根据低通滤波器(23)输入的电压信号Uc判断初级谐振支路呈容性、感性或纯阻性，当输入电压信号小于零时，电压Vpi滞后电流ipi，谐振支路呈现容性，增大输出频率ω；当输入电压信号大于零时，电压Vpi超前电流ipi，谐振支路呈现感性，减小输出频率ω；当输入电压信号等于零时，电压Vpi、电流ipi同相位，谐振支路呈现纯阻性，保持输出频率ω不变；步骤五：限幅器一(21)：限定实际输出频率ω在10kHz和50kHz之间，作为输入信号之一输入移相变频调制器(20)，控制初级高频逆变电路门控信号频率。