感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)功功率抑制及恒壓控制方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)功功率抑制及恒壓控制方法。其主要作法是，借助高頻逆變器裝置的輸出電流和輸出電壓的瞬時(shí)值，與參考正弦信號(hào)、參考余弦信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后得到感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)功功率值，將無(wú)功功率值和采集得到的負(fù)載電壓值作為PI調(diào)節(jié)器的反饋值。該方法的硬件電路簡(jiǎn)單，算法復(fù)雜程度低，得到的反饋值更準(zhǔn)確，無(wú)功功率抑制效果好。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及感應(yīng)電能傳輸
，尤其涉及感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)功功率抑制方法。
技術(shù)介紹
感應(yīng)電能傳輸技術(shù)已應(yīng)用于軌道交通列車、電動(dòng)汽車等移動(dòng)設(shè)備供電。與傳統(tǒng)依靠導(dǎo)體直接物理接觸的電能傳輸技術(shù)相比，感應(yīng)電能傳輸技術(shù)傳輸電能的過(guò)程不存在接觸火花、漏電、受雨雪塵土影響等問(wèn)題，有效地提高了供電安全性和可靠性，具備廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程為：工頻交流電經(jīng)過(guò)整流器整流成直流電，直流電輸入到高頻逆變器裝置后變換成高頻的交流電；高頻的交流電在初級(jí)線圈上激發(fā)高頻磁場(chǎng)；不與初級(jí)線圈直接接觸的次級(jí)能量拾取線圈通過(guò)高頻磁場(chǎng)近場(chǎng)耦合感應(yīng)出同頻交變電壓，經(jīng)過(guò)次級(jí)電路的電能變換裝置變換成負(fù)載所需的電能形式給負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)能量的非接觸式傳輸。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究將感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)應(yīng)用到電動(dòng)汽車靜態(tài)充電中，由于電動(dòng)汽車的次級(jí)能量拾取線圈未能按照理想位置停放于初級(jí)線圈上，造成系統(tǒng)偏離諧振狀態(tài)，系統(tǒng)的無(wú)功功率較大，造成電網(wǎng)的功率因數(shù)偏低，電能質(zhì)量偏低，影響電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，需抑制感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)功功率，使系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)。充電過(guò)程中一般要保證對(duì)負(fù)載進(jìn)行恒壓模式供電，穩(wěn)定輸出電壓，保護(hù)電池并延長(zhǎng)電池使用壽命。由此，需要對(duì)感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)功功率抑制及恒壓控制方法展開(kāi)研究。采用調(diào)整高頻逆變器裝置工作頻率使其逼近系統(tǒng)諧振頻率的方式能夠使系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)下，通過(guò)采集高頻逆變器裝置的輸出電壓與輸出電流，經(jīng)算法處理得到無(wú)功功率，以此判斷系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)整高頻逆變器裝置工作頻率，本方法簡(jiǎn)單方便，節(jié)省成本，無(wú)需在電路中增加多余的開(kāi)關(guān)、補(bǔ)償電感電容或鎖相環(huán)等其他硬件，但本方法需借助高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集高頻逆變器裝置的輸出電壓與輸出電流，因而對(duì)處理器的數(shù)據(jù)處理能力要求較高。充電過(guò)程中一般要保證對(duì)負(fù)載進(jìn)行恒壓模式供電，穩(wěn)定輸出電壓，保護(hù)電池并延長(zhǎng)電池使用壽命。由此，需要對(duì)感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)功功率抑制及恒壓控制方法展開(kāi)研究。感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中，已有的無(wú)功功率抑制方法有兩種：方法一是固定高頻逆變器裝置工作頻率，通過(guò)切換電路中元件重新調(diào)整系統(tǒng)為諧振狀態(tài)。通過(guò)檢測(cè)高頻逆變器裝置的輸出電壓和輸出電流的過(guò)零點(diǎn)，將經(jīng)處理器計(jì)算得到的阻抗角作為PI調(diào)節(jié)器的反饋量，通過(guò)調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容矩陣改變電容值，重新調(diào)整系統(tǒng)為諧振狀態(tài)；或是在電路拓?fù)渲屑尤胂嗫仉姼须娙莶⒙?lián)電路，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管的觸發(fā)延遲角來(lái)改變電感值，實(shí)現(xiàn)對(duì)原副邊回路的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，重新調(diào)整系統(tǒng)為諧振狀態(tài)。補(bǔ)償電容矩陣調(diào)諧方法存在的問(wèn)題是，由于系統(tǒng)電容值得變化有其步長(zhǎng)，如果想要增加系統(tǒng)的控制精度必然要求增加大量容值更小的電容元件，導(dǎo)致系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，成本增加，而實(shí)際應(yīng)用中往往受到體積和成本限制，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法工作于諧振狀態(tài)。加入相控電感電容并聯(lián)電路調(diào)諧方法存在的問(wèn)題是，由于開(kāi)關(guān)管直接連入電路拓?fù)洌瓜到y(tǒng)頻率和功率都要受到開(kāi)關(guān)管的限制，因此該調(diào)諧方法只適用于小功率感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)，另外，相控電感電容并聯(lián)電路中的電容電感若選取不當(dāng)，可能導(dǎo)致阻抗角始終不能等于零，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法工作于諧振狀態(tài)。方法二是調(diào)整高頻逆變器裝置工作頻率使其逼近系統(tǒng)諧振頻率。通過(guò)檢測(cè)高頻逆變器裝置的輸出電壓和輸出電流的過(guò)零點(diǎn)，將經(jīng)處理器計(jì)算得到的阻抗角作為PI調(diào)節(jié)器的反饋量，通過(guò)改變高頻逆變器裝置的工作頻率，重新調(diào)整系統(tǒng)為諧振狀態(tài)；或是通過(guò)比較鎖相環(huán)輸出與輸入信號(hào)的相位，改變壓控振蕩器的輸出頻率，使之跟蹤環(huán)路中的輸入電壓，輸出信號(hào)輸入PWM控制器用以控制高頻逆變器裝置的開(kāi)關(guān)管的工作頻率，以保證系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)下。基于阻抗角調(diào)頻調(diào)諧方法存在的問(wèn)題是，過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)使得控制系統(tǒng)和硬件電路更復(fù)雜，若過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)設(shè)計(jì)不當(dāng)容易造成算出的高頻逆變器裝置的輸出電壓和輸出電流的相角存在誤差，控制器得到的反饋值不準(zhǔn)確，系統(tǒng)仍存在較大的無(wú)功功率。基于鎖相環(huán)的跟蹤調(diào)諧方法存在的問(wèn)題是，由于鎖相環(huán)輸出濾波電容的限制，任何信號(hào)的鎖相環(huán)都有一定的捕捉頻帶和跟蹤頻帶，因此，該方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)全頻帶的頻率跟蹤和調(diào)節(jié)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的專利技術(shù)目的是提供一種感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)功功率抑制及恒壓控制方法，該方法的硬件電路簡(jiǎn)單，算法復(fù)雜程度低，得到的反饋值更準(zhǔn)確，無(wú)功功率抑制效果好。本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是，一種感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)功功率抑制及恒壓控制方法，包括以下步驟：A、采樣器在一個(gè)系統(tǒng)工作周期T內(nèi)，采集得到高頻逆變器裝置的輸出電流信號(hào)i(t)的離散值i(tn)和高頻逆變器裝置的輸出電壓信號(hào)u(t)的離散值u(tn)，tn＝1T/N,2T/N,...,nT/N,...,NT/N；其中：t為時(shí)間，N是一個(gè)系統(tǒng)工作周期T內(nèi)采樣器采集得到的高頻逆變器裝置的輸出電流信號(hào)i(t)的離散值i(tn)或高頻逆變器裝置的輸出電壓信號(hào)u(t)的離散值u(tn)的總數(shù)，tn是高頻逆變器裝置的輸出電流信號(hào)i(t)第n個(gè)離散值i(tn)或高頻逆變器裝置的輸出電壓信號(hào)u(t)第n個(gè)離散值u(tn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；B、控制器同步給出參考正弦信號(hào)S(t)的離散值S(tn)，S(tn)＝sin(ωtn)和參考余弦信號(hào)C(t)的離散值C(tn)，C(tn)＝cos(ωtn)；其中，ω為高頻逆變器當(dāng)前的工作頻率，ω＝2π/T；C、控制器將A步的高頻逆變器裝置的輸出電流信號(hào)i(t)的離散值i(tn)與B步的參考正弦信號(hào)S(t)的離散值S(tn)相乘得到高頻逆變器裝置的輸出電流的參考正弦積離散值is(tn)；將A步的高頻逆變器裝置的輸出電流信號(hào)i(t)的離散值i(tn)與B步的參考余弦信號(hào)C(t)的離散值C(tn)相乘得到高頻逆變器裝置的輸出電流的參考余弦積離散值ic(tn)；控制器將A步的高頻逆變器裝置的輸出電壓信號(hào)u(t)的離散值u(tn)與B步的參考正弦信號(hào)S(t)的離散值S(tn)相乘得到高頻逆變器裝置的輸出電壓的參考正弦積離散值us(tn)；將A步的高頻逆變器裝置的輸出電壓信號(hào)u(t)的離散值u(tn)與B步的參考余弦信號(hào)C(t)的離散值C(tn)相乘得到高頻逆變器裝置的輸出電壓的參考余弦積離散值uc(tn)；D、控制器將C步得到的高頻逆變器裝置的輸出電流所有的參考正弦積離散值is(tn)和高頻逆變器裝置的輸出電流所有的參考余弦積離散值ic(tn)分別經(jīng)過(guò)截止頻率為ω/10的數(shù)字低通濾波器濾除交流分量，相應(yīng)得到高頻逆變器裝置的輸出電流的參考正弦積直流分量is與高頻逆變器裝置的輸本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)功功率抑制及恒壓控制方法，包括以下步驟：A、采樣器在一個(gè)系統(tǒng)工作周期T內(nèi)，采集得到高頻逆變器裝置的輸出電流信號(hào)i(t)的離散值i(tn)和高頻逆變器裝置的輸出電壓信號(hào)u(t)的離散值u(tn)，tn＝1T/N,2T/N,...,nT/N,...,NT/N；其中：t為時(shí)間，N是一個(gè)系統(tǒng)工作周期T內(nèi)采樣器采集得到的高頻逆變器裝置的輸出電流信號(hào)i(t)的離散值i(tn)或高頻逆變器裝置的輸出電壓信號(hào)u(t)的離散值u(tn)的總數(shù)，tn是高頻逆變器裝置的輸出電流信號(hào)i(t)第n個(gè)離散值i(tn)或高頻逆變器裝置的輸出電壓信號(hào)u(t)第n個(gè)離散值u(tn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；B、控制器同步給出參考正弦信號(hào)S(t)的離散值S(tn)，S(tn)＝sin(ωtn)和參考余弦信號(hào)C(t)的離散值C(tn)，C(tn)＝cos(ωtn)；其中，ω為高頻逆變器當(dāng)前的工作頻率，ω＝2π/T；C、控制器將A步的高頻逆變器裝置的輸出電流信號(hào)i(t)的離散值i(tn)與B步的參考正弦信號(hào)S(t)的離散值S(tn)相乘得到高頻逆變器裝置的輸出電流的參考正弦積離散值is(tn)；將A步的高頻逆變器裝置的輸出電流信號(hào)i(t)的離散值i(tn)與B步的參考余弦信號(hào)C(t)的離散值C(tn)相乘得到高頻逆變器裝置的輸出電流的參考余弦積離散值ic(tn)；控制器將A步的高頻逆變器裝置的輸出電壓信號(hào)u(t)的離散值u(tn)與B步的參考正弦信號(hào)S(t)的離散值S(tn)相乘得到高頻逆變器裝置的輸出電壓的參考正弦積離散值us(tn)；將A步的高頻逆變器裝置的輸出電壓信號(hào)u(t)的離散值u(tn)與B步的參考余弦信號(hào)C(t)的離散值C(tn)相乘得到高頻逆變器裝置的輸出電壓的參考余弦積離散值uc(tn)；D、控制器將C步得到的高頻逆變器裝置的輸出電流所有的參考正弦積離散值is(tn)和高頻逆變器裝置的輸出電流所有的參考余弦積離散值ic(tn)分別經(jīng)過(guò)截止頻率為ω/10的數(shù)字低通濾波器濾除交流分量，相應(yīng)得到高頻逆變器裝置的輸出電流的參考正弦積直流分量is與高頻逆變器裝置的輸出電流的參考余弦積直流分量ic；控制器將C步得到的一個(gè)系統(tǒng)工作周期T內(nèi)的高頻逆變器裝置的輸出電壓所有的參考正弦積離散值us(tn)和高頻逆變器裝置的輸出電壓所有的參考余弦積離散值uc(tn)分別經(jīng)過(guò)截止頻率為ω/10的數(shù)字低通濾波器濾除交流分量，相應(yīng)得到高頻逆變器裝置的輸出電壓的參考正弦積直流分量us與高頻逆變器裝置的輸出電壓的參考余弦積直流分量uc；E、控制器根據(jù)D步得到的高頻逆變器裝置的輸出電壓的參考正弦積直流分量us、高頻逆變器裝置的輸出電壓的參考余弦積直流分量uc、高頻逆變器裝置的輸出電流的參考正弦積直流分量is和高頻逆變器裝置的輸出電流的參考余弦積直流分量ic，分別算出高頻逆變器裝置的輸出有功功率值P，P＝2(isus+icuc)和高頻逆變器裝置的輸出無(wú)功功率值Q，Q＝2(icus?isuc)；F、控制器將E步驟的高頻逆變器裝置的輸出無(wú)功功率值Q作為PI調(diào)節(jié)器一的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)功功率抑制的無(wú)功功率反饋信號(hào)，將PI調(diào)節(jié)器一的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)功功率抑制的無(wú)功功率的給定值設(shè)為0，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器一的調(diào)節(jié)得到高頻逆變器裝置下一階段的工作頻率ωPI；再將高頻逆變器裝置下一階段的的工作頻率ωPI輸入信號(hào)調(diào)制器，通過(guò)信號(hào)調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻逆變器裝置的工作頻率調(diào)節(jié)，進(jìn)而對(duì)感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)功功率進(jìn)行抑制；當(dāng)感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)功功率小于總功率的5％時(shí)，判定感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)工作于準(zhǔn)諧振狀態(tài)，控制器將負(fù)載電壓值uL作為PI調(diào)節(jié)器二的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的負(fù)載電壓值反饋信號(hào)，將Uref作為PI調(diào)節(jié)器二的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的負(fù)載電壓值的給定值，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器二的調(diào)節(jié)得到下一階段的高頻逆變器裝置的輸出電壓輸入信號(hào)調(diào)制器，通過(guò)信號(hào)調(diào)制器的脈寬調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻逆變器裝置的輸出電壓的基波幅值調(diào)節(jié)，進(jìn)而對(duì)感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的負(fù)載電壓值進(jìn)行恒壓控制。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的無(wú)功功率抑制及恒壓控制方法，包括以下步
驟：
A、采樣器在一個(gè)系統(tǒng)工作周期T內(nèi)，采集得到高頻逆變器裝置的輸出電
流信號(hào)i(t)的離散值i(tn)和高頻逆變器裝置的輸出電壓信號(hào)u(t)的離散值u(tn)，
tn＝1T/N,2T/N,...,nT/N,...,NT/N；
其中：t為時(shí)間，N是一個(gè)系統(tǒng)工作周期T內(nèi)采樣器采集得到的高頻逆變
器裝置的輸出電流信號(hào)i(t)的離散值i(tn)或高頻逆變器裝置的輸出電壓信號(hào)u(t)
的離散值u(tn)的總數(shù)，tn是高頻逆變器裝置的輸出電流信號(hào)i(t)第n個(gè)離散值
i(tn)或高頻逆變器裝置的輸出電壓信號(hào)u(t)第n個(gè)離散值u(tn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；
B、控制器同步給出參考正弦信號(hào)S(t)的離散值S(tn)，S(tn)＝sin(ωtn)和參考
余弦信號(hào)C(t)的離散值C(tn)，C(tn)＝cos(ωtn)；其中，ω為高頻逆變器當(dāng)前的工作
頻率，ω＝2π/T；
C、控制器將A步的高頻逆變器裝置的輸出電流信號(hào)i(t)的離散值i(tn)與B
步的參考正弦信號(hào)S(t)的離散值S(tn)相乘得到高頻逆變器裝置的輸出電流的參
考正弦積離散值is(tn)；將A步的高頻逆變器裝置的輸出電流信號(hào)i(t)的離散值
i(tn)與B步的參考余弦信號(hào)C(t)的離散值C(tn)相乘得到高頻逆變器裝置的輸出
電流的參考余弦積離散值ic(tn)；
控制器將A步的高頻逆變器裝置的輸出電壓信號(hào)u(t)的離散值u(tn)與B步
的參考正弦信號(hào)S(t)的離散值S(tn)相乘得到高頻逆變器裝置的輸出電壓的參考
正弦積離散值us(tn)；將A步的高頻逆變器裝置的輸出電壓信號(hào)u(t)的離散值
u(tn)與B步的參考余弦信號(hào)C(t)的離散值C(tn)相乘得到高頻逆變器裝置的輸出
電壓的參考余弦積離散值uc(tn)；
D、控制器將C步得到的高頻逆變器裝置的輸出電流所有的參考正弦積離
散值is(tn)和高頻逆變器裝置的輸出電流所有的參考余弦積離散值ic(tn)分別經(jīng)
過(guò)截止頻率為ω/10...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：麥瑞坤，林天仁，李勇，何正友，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西南交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：四川;51