用于感应功率传输系统的VAR控制技术方案

本文公开了一种感应功率传输(IPT)补偿电路和方法，用于在选择的操作频率下将受控电抗反射到初级导体、通过使用中与初级导体感应耦连的一个或多个其它拾取器补偿反射到初级导体的电抗性负载。补偿电路包括：耦连到谐振电路并可操作于将容抗反射到初级导体的第一开关装置；耦连到谐振电路并可操作于将感抗反射到初级导体的第二开关装置；以及控制装置，所述控制装置适于控制第一和第二开关装置的操作，以分别地补偿初级导体中的感抗和容抗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于感应功率传输系统的VAR控制
本专利技术涉及感应功率传输(IPT)系统。更具体地，本专利技术涉及控制IPT系统中的无功功率，以补偿反射到系统的导电轨道上的不期望的无功功率(或VAR)。
技术介绍
感应功率传输(IPT)系统广泛用于工业和其它行业，以在AC电源和使用中与由AC电源供电的初级导电通路或轨道感应耦连的IPT拾取器之间无线传输功率。IPT拾取电路处理交流电(AC)以向负载提供电力。 这种系统的示例由国际专利公布N0.WO 2010/030195和N0.WO 2011/046453公开，两个专利的内容通过引用被并入本文。 例如，国际专利公布N0.WO 2010/030195公开了一种并联调谐IPT拾取器(pick-up)，包括一起形成谐振电路的并联拾取线圈和调谐电容器以及控制器，所述控制器改变拾取线圈感生的电压和调谐电容器的电压之间的相位角，从而向拾取器的输出提供受控AC电源。 国际专利公布N0.WO 2011/046453公开了一种串联调谐IPT拾取器，包括串联的拾取线圈和调谐电容器以及控制器，所述控制器适于控制拾取线圈电感器的电流，从而改变拾取线圈开路电压和拾取线圈的电感器电流之间的相位角。 本领域技术人员会认识到由N0.WO 2010/030195和N0.WO 2011/046453公开的拾取器的相位角的不同导致在轨道上反射电容性负载。 其它拾取控制器，诸如在国际专利公布N0.WO 2012/030238中描述的电路可能使电感性负载反射到轨道。 上述的拾取电路拓扑结构和其反射的负载示于图1-4中。根据期望操作，这些电路通常用来向AC或DC负载提供受控AC共振。在这种电路中，目的是向负载提供受控的有功功率，随之发生的是在操作中电压-安培无功(VAR)负载被反射回轨道，这被认为是不期望的但是却是此控制技术的必要方面。由于反射的电抗性负载不是恒定的(随输出负载上的控制动作而变化)，因此不能被轻易避免，因此，不能使用无源补偿来简单去除。 如图1(b),2(b),3(c)和4(c)所示，VAR的幅值可以象汲取的功率那样显著。因此，在高度耦合负载或者在有使用现有技术的控制器操作的许多弱耦合负载(诸如在照明设备中)的应用中，所有这些VAR的加入可能是显著的，在系统设计时不能减少。 在任何IPT系统中，不期望的VAR必须被控制或在系统设计时进行考虑。在谐振电源的输出使用LCL网络拓扑的固定频率的系统中，每个无功分量被仔细选择，并调谐成在设计的电源操作频率下共振。因此，反射到轨道上的任何容抗或感抗会不期望地使轨道中的交流电的频率失调。所加入的电感会表现为电源逆变器桥上的电容性负载，而任何电容性负载会表现为电感性的。如在Kissin M., Huang C，Covic G.A.和Boys J.T所著的 “Detect1n of the tuned point of a fixed frequency LCL resonant powersupply，，(IEEE Trans.Power Electronics Society, 24，n0.4，pp.1140-1143，2009 年 4 月)中描述的，大多数控制器对这种失调敏感，在不过度规定电源的设计的情况下最多可以处理轨道中10%左右的变化，但认为标准负载具有恒定的反射VAR，能够使系统被配置成确保桥只经历电感性负载。对于使用现有技术的控制器的照明系统，或者对于由不是完美对准的高度耦合的动态负载产生失调的电动汽车(EV)应用，例如，无源补偿可能是不够的，可能需要有源补偿。 [0011 ] 因此，在期望的VAR变化缓慢发生或存在显著长时间的应用中，例如由于电容器的恶化(例如由于老化和温度)、发射器和接收器衬垫的不期望对齐(例如在EV无线充电应用中)或者使用串联调谐拾取器而不是并联调谐拾取器以给负载供电，则缓慢的补偿机制(诸如使用开关电容器)可以用作一种补偿手段。然而，在其它应用中(诸如在运动车辆的照明控制或功率控制中)，VAR变化可能同样是显著的而且快速变化的，使得缓慢补偿手段不能在所需的时间中起作用，可能造成过早的电源停机。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种产生反射回初级导体上的受控VAR以补偿在操作中可能快速变化的不期望的VAR的设备和/或方法，或者替代性地，至少给公众提供已知的设备或方法的有用替代。 通过下面的描述，本专利技术进一步的目的将变得显然。 在第一方面，本专利技术可以宽泛上认为包括一种使用感应耦连到IPT系统的初级导电通路的补偿装置的感应功率传输(IPT)中的VAR补偿的方法，其中，所述方法包括:控制所述补偿装置以补偿由初级电源经历的电抗，所述初级电源使所述初级导电通路通电，同时从所述初级电源汲取最小功率。 优选地，所述方法包括步骤:对于从所述初级电源汲取的功率的范围，确定反射电抗的范围。 优选地，所述方法进一步包括:重新调谐所述初级导电通路，以使所述补偿装置进入反射阻抗的范围内。 优选地，重新调谐所述初级导电通路的步骤包括:使与初级导体串联的电容器耦连或去耦连，或者递增所述初级电源的频率。 优选地，所述方法进一步包括:感测由所述初级电源经历的电抗，以及根据所感测的电抗控制所述补偿装置。 优选地，所述方法进一步包括步骤:在改变由所述补偿装置提供的电抗的幅值之前,检测感测的电抗何时达到第一阈值。 在第二方面，本专利技术可以宽泛上认为包括一种用于控制感应功率传输(IPT)系统的初级导体的电抗的方法，所述方法包括: 感测所述初级导体中的可变电抗；以及 根据所感测的电抗，控制与所述初级导体感应耦连的谐振电路关联的第一电抗性元件，以反射改善所述初级导体的电抗的受控补偿电抗。 优选地，所述方法进一步包括步骤:在操作所述IPT系统之前选择性激活无源补偿装置，以改善初级导体中的基本上恒定分量的电抗，从而最小化所述受控补偿电抗。 优选地，选择性激活无源补偿装置的步骤包括:将电容器与所述初级导体串联提供，或者递增给所述初级导体供电的电源的频率。 优选地，所述第一电抗性元件操作于反射容抗，以改善所述初级导体中的感抗。 替代性地，所述第一电抗性元件可以操作于反射感抗，以改善所述初级导体中的容抗。 优选地，所述第一电抗性元件包括选择为在所述IPT系统的操作频率下与串联电感器谐振的电容器，从而使与所述初级导体感应耦连的谐振电路的感应拾取器短路。 替代性地，所述第一电抗性元件可以包括电容器，所述电容器选择为是可控的，以具有大约在所述IPT系统的操作频率的频率范围内与串联电感器谐振的有效电容。更具体地，所述电容器可以选择为是可控的，以具有范围从零到在所述操作频率下与所述串联电感器谐振的至少两倍电容的有效电容。 优选地，所述第二方面的方法进一步包括步骤:根据所感测的电抗，控制与所述谐振电路关联的第二电抗性元件，其中，所述第一电抗性元件操作于反射容抗，以改善所述初级导体的感抗，以及所述第二电抗性元件操作于反射感抗以改善所述初级导体的容抗。 优选地，使所述初级导体向容抗偏置的步骤，从而使所述第二电抗性元件优先于所述第一电抗性元件是主导性或者排他性地操作，以最小化谐波。 在第三方面，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在感应功率传输(IPT)系统中使用感应耦连到IPT系统初级导电通路的补偿装置的VAR补偿方法，其中，所述方法包括：控制所述补偿装置以补偿由给所述初级导电通路提供电力的初级电源经历的电抗，同时从所述初级电源汲取最小功率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.02 NZ 5979871.一种在感应功率传输(IPT)系统中使用感应耦连到IPT系统初级导电通路的补偿装置的VAR补偿方法，其中，所述方法包括:控制所述补偿装置以补偿由给所述初级导电通路提供电力的初级电源经历的电抗，同时从所述初级电源汲取最小功率。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤:对于从所述初级电源汲取的功率范围，确定反射电抗的范围。3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括:重新调谐所述初级导电通路，以使所述补偿装置进入反射阻抗的范围内。4.根据权利要求3所述的方法，其中，重新调谐所述初级导电通路的步骤包括:使与初级导体串联的电容器耦连或去耦连，或者递增所述初级电源的频率。5.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，进一步包括:感测由所述初级电源经历的电抗，以及根据所感测的电抗控制所述补偿装置。6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括步骤:在改变由所述补偿装置提供的电抗的幅值之前，检测感测的电抗何时达到第一阈值。7.一种用于控制感应功率传输(IPT)系统的初级导体中的电抗的方法，所述方法包括: 感测所述初级导体中的可变电抗；以及 根据所感测的电抗，控制与所述初级导体感应耦连的谐振电路关联的第一电抗性元件，以反射改善所述初级导体中的电抗的受控补偿电抗。8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括步骤:在操作所述IPT系统之前选择性激活无源补偿装置，以改善所述初级导体中的基本上恒定的电抗分量，从而最小化所述受控补偿电抗。9.根据权利要求8所述的方法，其中，选择性激活无源补偿装置的步骤包括:将电容器与所述初级导体串联耦连，或者调节给所述初级导体供电的电源的频率。10.根据权利要求7至9中任何一项所述的方法，其中，所述第一电抗性元件可操作于反射容抗，以改善所述初级导体中的感抗。11.根据权利要求7至9中任何一项所述的方法，其中，所述第一电抗性元件可操作于反射感抗，以改善所述初级导体中的容抗。12.根据权利要求7或权利要求9所述的方法，其中，所述第一电抗性元件包括电容器，所述电容器选择为在所述IPT系统的操作频率下与串联电感器谐振，从而使得与所述初级导体感应耦连的谐振电路的感应拾取器短路。13.根据权利要求7至9中任何一项所述的方法，其中，所述第一电抗性元件包括电容器，所述电容器选择为可控制用于具有在所述IPT系统的操作频率附近的频率范围内与串联电感器谐振的有效电容。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述电容器选择为可控制用于具有范围从零到在所述操作频率下与所述串联电感器谐振的至少两倍电容的有效电容。15.根据权利要求7至9中任何一项所述的方法，进一步包括步骤:根据所感测的电抗，控制与所述谐振电路关联的第二电抗性元件，其中，所述第一电抗性元件可操作于反射容抗，以改善所述初级导体中的感抗，以及所述第二电抗性元件可操作于反射感抗，以改善所述初级导体中的容抗。16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括步骤:使所述初级导体向容抗偏置，从而使所述第二电抗性元件优先于所述第一电抗性元件是主导性或者排他性地操作，以最小化谐波。17.一种用于在选择的操作频率下将受控电抗反射到初级导体的感应功率传输(IPT)补偿电路，所述电路包括: 谐振电路，所述谐振电路包括拾取线圈和调谐电容器，用于在使用中与所述初级导体感应耦连； 可控电抗性元件，所述可控电抗性元件耦连到所述谐振电路，并可操作于将补偿电抗反射到所述初级导体；以及 控制装置，所述控制装置可操作于控制所述可控电抗性元件，以补偿所述初级导体中的感测电抗，从而改善所述初级导体中的电抗。18.根据权利要求17所述的IPT补偿电路，其中，所述可控电抗性元件包括与电感器串联的可控电容器，以及所述可控电容器和串联电感器被选择为使得所述可控电容器可以被控制以选择性反射感抗和容抗。19.根据权利要求17所述的IPT补偿电路，其中，所述可控电抗性元件可操作于反射基本上为感抗和容抗之一，以及所述补偿电路进一步包括第二可控电抗性元件，所述第二可控电抗性元件可操作于反射基本上为感抗和容抗中的另一个。20.一种用于在选择的操作频率下将受控电抗反射到初级导体的感应功率传输(IPT)补偿电路，所述电路包括: 谐振电路，所述谐振电路包括拾取线圈和调谐电容器，用于在使用中与所述初级导体感应耦连； 第一开关装置，所述第一开关装置耦连到所述谐振电路，并可操作于将容抗反射到所述初级导体； 第二开关装置，所述第二开关装置耦连到所述谐振电路，并可操作于将感抗反射到所述初级导体；以及 控制装置，所述控制装置适于控制所述第一和第二开关装置的操作，以分别补偿所述初级导体中的感抗和容抗。21.根据权利要求20所述的IPT补偿电路，其中，所述控制装置包括用于感测所述初级导体中的电抗的感测装置。22.根据权利要求20或权利要求21所述的IPT补偿电路，其中，所述第一开关装置被配置成选择性改变所述拾取器线圈的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·E·I·詹姆斯，G·A·考维克，J·T·博伊斯，
申请(专利权)人：奥克兰联合服务有限公司，
类型：发明
国别省市：新西兰;NZ