一种基于变结构的双向无线电能传输系统能量流动方向控制方法技术方案

一种基于变结构的双向无线电能传输系统能量流动方向控制方法，S侧和P侧的电路拓扑结构相同，均包括电源、谐振腔以及控制电路，控制电路用于控制投切开关改变谐振腔的结构为LCL型拓扑或LC型拓扑，P侧和S侧的谐振腔的谐振频率相同。在启动系统时，控制P侧电源输出电压Up的相位超前或滞后于S侧电源输出电压Us的相位90°，并根据所需的电能传输方向，控制S侧和P侧的谐振腔均为LCL型拓扑或均为LC型拓扑。当需要改变两侧的无线电能传输部的电能传输方向时，通过控制电路同时改变S侧和P侧的谐振腔的拓扑结构。本方法实现了只需通过开关投切改变双向无线电能传输系统中两侧的谐振腔拓扑结构，即可控制电能的流向。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种双向无线电能传输系统能量流动方向控制的方法，适用于需要实现能量双向互动的无线电能传输领域，如电动汽车与电网无线互动(无线V2G)，电动汽车与家用电源无线互动(无线V2H)等应用场合。
技术介绍
在双向无线电能传输领域，如何实现能量自由的双向流动一直是研究的热点问题之一。目前，为了实现能量的双向互动，通常采用控制两侧逆变器出口电压相位差的方法控制能量流动方向；或者直接设计两套单向的无线电能传输电路来实现。如采用前者的方向控制方法，需要两侧的逆变器协同工作，在工作过程中始终保持通信畅通状态才能较快响应系统关于能量传输方向改变的要求，这样对系统的数字控制要求较高；如采用后者，不仅带来了系统成本的增加，而且系统的体积笨重，在某些场合下，失去了应用的可能。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种基于变结构的双向无线电能传输系统能量流动方向控制方法。技术方案：一种基于变结构的双向无线电能传输系统能量流动方向控制方法，所述基于变结构的双向无线电能传输系统中，将两侧的无线电能传输部分分别称为S侧和P侧；S侧和P侧的电路拓扑结构相同，均包括电源、谐振腔以及控制电路，所述控制电路用于控制投切开关改变谐振腔的结构为LCL型拓扑或LC型拓扑，P侧和S侧的谐振腔的谐振频率相同；包括如下步骤：1)，在启动系统时，控制P侧电源输出电压Up的相位超前或滞后于S侧电源输出电压Us的相位90°，并根据所需的电能传输方向，控制S侧和P侧的谐振腔均为LCL型拓扑或均为LC型拓扑；2)，当需要改变两侧的无线电能传输部的电能传输方向时，通过控制电路同时改变S侧和P侧的谐振腔的拓扑结构。进一步的，当启动系统时P侧电源输出电压Up的相位超前于S侧电源输出电压Us的相位90°时，当S侧和P侧的谐振腔为LCL型拓扑时，无线电能传输部的电能从P侧传输到S侧；当S侧和P侧的谐振腔均改变为LC型拓扑时，无线电能传输部的电能从S侧传输到P侧；当启动系统时P侧电源输出电压Up的相位滞后于S侧电源输出电压Us的相位90°时，当S侧和P侧的谐振腔为LCL型拓扑时，无线电能传输部的电能从S侧传输到P侧；当S侧和P侧的谐振腔均改变为LC型拓扑时，无线电能传输部的电能从P侧传输到S侧。进一步的，所述基于变结构的双向无线电能传输系统中，S侧谐振腔电路包括发射线圈电感Lp、发射线圈等效电阻Rp、谐振电容C1、谐振电感Lm、谐振电感等效电阻Rm，所述发射线圈电感Lp、发射线圈等效电阻Rp、谐振电容C1构成的串联支路通过第二开关SW2p连接在所述电源两端，所述谐振电感Lm、谐振电感等效电阻Rm以及第一开关SW1p串联的支路并联在所述第二开关SW2p和谐振电容C1的串联支路两端，在所述发射线圈电感Lp、发射线圈等效电阻Rp、谐振电容C1的串联支路两端并联有第三开关SW3p。有益效果：一种基于变结构的双向无线电能传输系统能量流动方向控制方法中，一方面，在能量以对等LCL型谐振拓扑从P侧无线传输至S侧或从S侧无线传输至P侧，某一时刻，同时改变P侧和S侧拓扑结构，即将LCL型拓扑变换成LC型拓扑，根据LCL型和LC型双向无线电能传输系统能量传输方向控制特征，改变能量传输方向。另一方面，在能量以对等LC型谐振拓扑从P侧无线传输至S侧或从侧无线传输至P侧，某一时刻，同时改变P侧和S侧拓扑结构，即将LC型拓扑变换成LCL型拓扑，改变能量传输方向。本方法实现了只需通过开关投切改变双向无线电能传输系统中两侧的谐振腔拓扑结构，即可控制电能的流向。附图说明图1为双向无线电能传输系统可变双谐振拓扑结构图；图2为谐振腔为LCL型拓的双向无线电能传输系统结构图；图3为谐振腔为LC型拓的双向无线电能传输系统结构图；图4为系统初始以LCL型拓扑实现能量从P侧传输至S侧的两侧逆变器出口电压波形图；图5为系统初始以LC型拓扑实现能量从P侧传输至S侧的两侧逆变器出口电压波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。一种基于变结构的双向无线电能传输系统能量流动方向控制方法，基于变结构的双向无线电能传输系统中，将两侧的无线电能传输部分分别称为S侧和P侧。S侧和P侧的电路拓扑结构相同，均包括直流电源电源、逆变电路、谐振腔以及控制电路。如图1所示，S侧中的直流电源Vp连接在逆变电路的输入端；谐振腔电路包括发射线圈电感Lp、发射线圈等效电阻Rp、谐振电容C1、谐振电感Lm、谐振电感等效电阻Rm；发射线圈电感Lp、发射线圈等效电阻Rp、谐振电容C1构成的串联支路通过第二开关SW2p连接在逆变电路的输出端；谐振电感Lm、谐振电感等效电阻Rm以及第一开关SW1p串联的支路并联在第二开关SW2p和谐振电容C1的串联支路两端；在发射线圈电感Lp、发射线圈等效电阻Rp、谐振电容C1的串联支路两端并联有第三开关SW3p。类似的，P侧中的直流电源Vs连接在逆变电路的输入端；谐振腔电路包括发射线圈电感Ls、发射线圈等效电阻Rs、谐振电容C2、谐振电感Ln、谐振电感等效电阻Rn；发射线圈电感Ls、发射线圈等效电阻Rs、谐振电容C2构成的串联支路通过第二开关SW2s连接在逆变电路的输出端；谐振电感Ln、谐振电感等效电阻Rn以及第一开关SW1s串联的支路并联在第二开关SW2s和谐振电容C2的串联支路两端；在发射线圈电感Ls、发射线圈等效电阻Rs、谐振电容C2的串联支路两端并联有第三开关SW3p。将双向无线电能传输系统P侧和S侧谐振腔参数配置成Lm＝Lp＝L1，Rm＝Rp＝R1，Ln＝Ls＝L2，Rn＝Rs＝R2，同时设置两侧逆变器的出口电压频率为f，并满足f与谐振腔的谐振频率一致，即如图2所示，以两侧谐振腔均为LCL型拓扑为例，P侧的有功功率和无功功率的表达式分别为： P p = 1 2 Re [ U p I 1 * ] = 1 2 λ 1 U p 2 - λ 2 U p U s s i n θ λ ]]> Q p = 1 2 Im [ U p I 1 * 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于变结构的双向无线电能传输系统能量流动方向控制方法，其特征在于：所述基于变结构的双向无线电能传输系统中，将两侧的无线电能传输部分分别称为S侧和P侧；S侧和P侧的电路拓扑结构相同，均包括电源、谐振腔以及控制电路，所述控制电路用于控制投切开关改变谐振腔的结构为LCL型拓扑或LC型拓扑，P侧和S侧的谐振腔的谐振频率相同；包括如下步骤：1)，在启动系统时，控制P侧电源输出电压Up的相位超前或滞后于S侧电源输出电压Us的相位90°，并根据所需的电能传输方向，控制S侧和P侧的谐振腔均为LCL型拓扑或均为LC型拓扑；2)，当需要改变两侧的无线电能传输部的电能传输方向时，通过控制电路同时改变S侧和P侧的谐振腔的拓扑结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于变结构的双向无线电能传输系统能量流动方向控制方法，其特征在于：所述基于变结构的双向无线电能传输系统中，将两侧的无线电能传输部分分别称为S侧和P侧；S侧和P侧的电路拓扑结构相同，均包括电源、谐振腔以及控制电路，所述控制电路用于控制投切开关改变谐振腔的结构为LCL型拓扑或LC型拓扑，P侧和S侧的谐振腔的谐振频率相同；包括如下步骤：1)，在启动系统时，控制P侧电源输出电压Up的相位超前或滞后于S侧电源输出电压Us的相位90°，并根据所需的电能传输方向，控制S侧和P侧的谐振腔均为LCL型拓扑或均为LC型拓扑；2)，当需要改变两侧的无线电能传输部的电能传输方向时，通过控制电路同时改变S侧和P侧的谐振腔的拓扑结构。2.根据权利要求1所述的一种基于变结构的双向无线电能传输系统能量流动方向控制方法，其特征在于：当启动系统时P侧电源输出电压Up的相位超前于S侧电源输出电压Us的相位90°时，当S侧和P侧的谐振腔为LCL型拓扑时，无线电能传输部的电能从P侧传输到S侧；当S侧和P...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭林林，颜长鑫，黄学良，潘书磊，郭金鹏，刘瀚，王维，李佳承，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32