多逆变器并联感应电能传输系统的功率调节方法技术方案

一种多逆变器并联感应电能传输系统功率调节方法，通过使高频逆变器模块处于续流状态将匹配变压器单元原边绕组短路的方法改变匹配变压器组合成输出电压脉冲幅值；系统k台高频逆变器模块中，全部k台高频逆变器模块处于工作状态时，匹配变压器组合成输出电压脉冲幅值为UP，m台高频逆变器模块处于工作状态，(k‑m)台高频逆变器模块处于续流状态时，m＝1,2,3,...,k，匹配变压器组合成输出电压脉冲幅值为m×UP/k。同时将系统额定输出功率P分为k个功率等级，每个等级为m×P/k。检测系统输出功率Po并与额定输出功率P比较，当系统输出功率Po大于(m‑1)×P/k且小于等于m×P/k时，控制m台高频逆变器模块处于工作状态，(k‑m)台高频逆变器模块处于续流状态，使匹配变压器组合成输出电压脉冲幅值为m×UP/k。

【技术实现步骤摘要】
多逆变器并联感应电能传输系统的功率调节方法
本专利技术涉及一种多逆变器并联感应电能传输系统的高频逆变器功率调节方法。
技术介绍
感应电能无线传输技术逐渐进入工业和生活领域，应用于电动汽车充电和轨道交通车辆供电是今后的发展趋势，现有轨道交通车辆多采用受电弓或者第三轨方式供电。由于轨道交通车辆运行时，受电弓或者第三轨摩擦容易产生碳积，导致接触不良，车辆脱网断电，降低了供电系统的可靠性，也影响车辆供电系统设备使用寿命，而且受电弓或者第三轨需要高额的维护成本。应用电磁感应原理的感应电能传输实现了电能无接触传递，解决了接触供电产生火花、摩擦、碳积等问题，避免了潮湿、水下等环境用电设备存在电击的潜在危险，具有安全，可靠，方便，无污染等优点，能够取代既有电气化交通设备受电弓加接触网或者第三轨供电模式，可极大地提高供电安全性和可靠性。但是轨道交通领域牵引功率较大，单台高频逆变器模块受电力电子器件容量的限制，无法满足大功率场合的需求，因此需要多台高频逆变器模块的串联或并联来达到轨道交通领域大功率的设计要求。同时，系统还要满足交通车辆负载变化情况下输出电压的质量要求。传统的感应电能功率传输系统功率调节方式可分为幅值调节、频率调节、移相调节、脉冲密度调节、倍频调节、谐波移相调节等。在传统多逆变器并联的感应电能传输系统控制模式中，无论负载如何变化，所有高频逆变器模块都同时工作，所有开关管都处于高频开关状态，将导致系统在轻载状况下，开关损耗大，所以降低了系统效率。KimJH,LeeBS,LeeJH在文献“Developmentof1-MWinductivepowertransfersystemforahigh-speedtrain[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2015,62(10):6242-6250.”中描述了一种电路拓扑结构，可实现大功率输出，但是没有对控制方式进行研究和说明。VicenteEsteve,JoseJordan在文献“EnhancedPulse-Density-ModulatedPowerControlforHigh-FrequencyInductionHeatingInverters[J].IEEETransactiononIndustrialElectronics,2015,62(11):6905-6914.”中描述了一种新型的PDM控制方式，该方法能够有效提高轻载时系统工作效率，但该方法并没有针对多逆变器模块并联结构的控制方式进行研究。李勇,麦瑞坤,陆立文等在文献“一种采用级联型多电平技术的IPT系统谐波消除与功率调节方法[J].中国电机工程学报,2015,35(20):5278-5285.”中描述了一种级联型逆变器，采用阶梯波合成技术消除谐波，提高了系统的输出功率，但是没有考虑系统负载变化时如何进行控制。系统在轻载时，全部级联的逆变器仍然处于高频开关动作状态，导致开关损耗较大，影响系统效率。刘超,李健宇,厉呈臣,梁玉民在文献“基于FPGA的均匀PDM感应加热电源的研究[J].电力电子技术,2013,04:36-38.”中提出了一种采用脉冲密度控制策略调节输出功率，但是在轻负载时脉冲密度数较小，会导致逆变器电流不连续，造成输出电压纹波较大。
技术实现思路
本专利技术目的是为了克服现有大功率的多逆变器并联感应电能传输系统在轻载、半载时系统效率低以及输出直流电压纹波较大的问题，提出一种基于多逆变器并联的感应电能传输系统功率调节方法。本专利技术在不同负载情况下，通过将匹配变压器单元原边绕组短路，改变处于工作状态的高频逆变器模块的数量，从而改变匹配变压器组合成输出电压脉冲幅值；然后在处于工作状态的高频逆变器模块中采用脉冲密度调节系统输出电压和输出功率，所有处于工作状态的高频逆变器模块驱动保持一致。本专利技术采用模块化的高频逆变器实现大功率、高电压的输出。在轻载时，多逆变器并联感应电能传输系统中只有m台高频逆变器模块处于工作状态，与传统的无论负载如何变化，全部高频逆变器模块都处于工作状态的控制方式相比，该方法使处于工作状态的高频逆变器模块的脉冲密度数提高到k/m倍(k为高频逆变器模块数量)，高频逆变器模块输出电压脉冲更加密集，高频逆变器模块输出电流更加连续，从而降低输出电压纹波；轻载时，通过减少处于工作状态的高频逆变器模块的数量，可以减少处于高频开关状态的开关管数量，从而减少开关损耗，提高系统效率。本专利技术解决技术问题采用的技术方案如下：所述多逆变器并联感应电能传输系统包括：直流电源，多台高频逆变器模块组成的高频逆变器组，多个匹配变压器单元组成的匹配变压器组，分离式变压器，原边补偿电容，副边补偿电容，高频整流器，以及负载。直流电源的输出端分别与多台高频逆变器模块的输入端相连接，多台高频逆变器模块的输出端分别与多个匹配变压器单元原边绕组相连接，匹配变压器单元的副边绕组依次串联连接；匹配变压器组输出端的一端与分离式变压器原边线圈的一端连接，匹配变压器组输出端的另一端与原边补偿电容的一端相连接；分离式变压器原边线圈的另一端与原边补偿电容的另一端相连接；分离式变压器副边线圈的一端与副边补偿电容一端相连接，分离式变压器副边线圈的另一端与高频整流器的输入端的一端相连接；副边补偿电容的另一端与高频整流器的输入端的另一端相连接；高频整流器的输出端与负载的输入端相连接。所述直流电源1可由工频交流电经过整流获得，或者由蓄电池，超级电容获得直流电压源。所述高频逆变器组由k台高频逆变器模块组成，开关管S1_1、S1_2、S1_3、S1_4构成第一高频逆变器模块，开关管S2_1、S2_2、S2_3、S2_4构成第二高频逆变器模块，开关管Sk_1、Sk_2、Sk_3、Sk_4构成第k高频逆变器模块，k为正整数。各高频逆变器模块的输入端可与同一个直流电源的两个输出端相连接，同时各高频逆变器模块的输入端也可与不同的直流电源的输出端分别连接。所述匹配变压器组由n个匹配变压器单元组成，每个匹配变压器单元原边绕组分别与每台高频逆变器模块的输出端相连，n个匹配变压器单元与k台高频逆变器模块连接,n﹦k；各匹配变压器单元的副边绕组依次串联相接。所述分离式变压器由分离式变压器原边线圈和分离式变压器副边线圈组成。分离式变压器原边线圈沿地面轨道铺设，分离式变压器原边线圈与原边补偿电容串联相接，组成谐振电路，然后与匹配变压器组的输出端相连。分离式变压器副边线圈位于分离式变压器原边线圈上方的运动的车体上，副边补偿电容与分离式变压器副边线圈串联组成与原边谐振频率一致的谐振电路，分离式变压器副边线圈与副边补偿电容组成的谐振电路的两端与高频整流器输入端相连接。所述的高频整流器可以由不控整流桥和滤波电容组成，也可以由可控整流桥或者其他将交流转变为直流的拓扑和滤波电容组成。所述高频整流器的输出端与负载输入端相连接，得到直流输出电压。所述的负载的输入端与高频整流器的输出端相连接。本专利技术多逆变器并联感应电能传输系统的输出功率调节方法如下：1)首先，通过使高频逆变器模块的处于续流状态将匹配变压器单元原边绕组短路的方法改变匹配变压器组合成输出电压脉冲幅值。系统的k台高频逆变器模块中，m台高频逆变器模块处于工作状态，(k-m)台高频逆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多逆变器并联感应电能传输系统功率调节方法，所述的多逆变器并联感应电能系统包括直流电源，多台高频逆变器模块组成的高频逆变器组、多个匹配变压器单元组成的匹配变压器组、分离式变压器、原边补偿电容、副边补偿电容、高频整流器和负载；直流电源的输出端分别与多台高频逆变器模块的输入端相连接，多台高频逆变器模块的输出端分别与多个匹配变压器单元原边绕组相连接，匹配变压器单元的副边绕组依次串联连接；匹配变压器组输出端的一端与分离式变压器原边线圈的一端连接，匹配变压器组输出端的另一端与原边补偿电容的一端相连接；分离式变压器原边线圈的另一端与原边补偿电容的另一端相连接；分离式变压器副边线圈的一端与副边补偿电容一端相连接，分离式变压器副边线圈的另一端与高频整流器的输入端的一端相连接；副边补偿电容的另一端与高频整流器的输入端的另一端相连接；高频整流器的输出端与负载的输入端相连接；开关管S1_1、S1_2、S1_3、S1_4构成第一高频逆变器模块，开关管S2_1、S2_2、S2_3、S2_4构成第二高频逆变器模块，开关管Sk_1、Sk_2、Sk_3、Sk_4构成第k高频逆变器模块，k为正整数；n个匹配变压器单元组成匹配变压器组，n为正整数，且k＝n，各高频逆变器模块的输入端与直流电源的输出端相连接，其特征在于，所述的多逆变器并联感应电能传输系统功率调节方法步骤如下：1)首先，通过使高频逆变器模块处于续流状态将匹配变压器单元原边绕组短路的方法改变匹配变压器组合成输出电压脉冲幅值；系统的k台高频逆变器模块中，全部k台高频逆变器模块处于工作状态时，匹配变压器组合成输出电压脉冲幅值为UP；m台高频逆变器模块处于工作状态，(k‑m)台高频逆变器模块处于续流状态，m＝1,2,3,…,k；匹配变压器组合成输出电压脉冲幅值为m×UP/k；2)其次，检测多逆变器并联感应电能传输系统的输出功率Po并与系统额定输出功率P比较，当多逆变器并联感应电能传输系统的输出功率Po大于(m‑1)×P/k且小于等于m×P/k时，控制m台高频逆变器模块处于工作状态，(k－m)台高频逆变器模块处于续流状态，使匹配变压器组合成输出电压脉冲幅值为m×UP/k；3)所有处于工作状态的高频逆变器模块驱动逻辑保持一致，采用脉冲密度调节(PDM)控制多逆变器并联感应电能传输系统输出电压和输出功率。...

【技术特征摘要】
1.一种多逆变器并联感应电能传输系统功率调节方法，所述的多逆变器并联感应电能系统包括直流电源，多台高频逆变器模块组成的高频逆变器组、多个匹配变压器单元组成的匹配变压器组、分离式变压器、原边补偿电容、副边补偿电容、高频整流器和负载；直流电源的输出端分别与多台高频逆变器模块的输入端相连接，多台高频逆变器模块的输出端分别与多个匹配变压器单元原边绕组相连接，匹配变压器单元的副边绕组依次串联连接；匹配变压器组输出端的一端与分离式变压器原边线圈的一端连接，匹配变压器组输出端的另一端与原边补偿电容的一端相连接；分离式变压器原边线圈的另一端与原边补偿电容的另一端相连接；分离式变压器副边线圈的一端与副边补偿电容一端相连接，分离式变压器副边线圈的另一端与高频整流器的输入端的一端相连接；副边补偿电容的另一端与高频整流器的输入端的另一端相连接；高频整流器的输出端与负载的输入端相连接；开关管S1_1、S1_2、S1_3、S1_4构成第一高频逆变器模块，开关管S2_1、S2_2、S2_3、S2_4构成第二高频逆变器模块，开关管Sk_1、Sk_2、Sk_3、Sk_4构成第k高频逆变器模块，k为正整数；n个匹配变压器单元组成匹配变压器组，n为正整数，且k＝n，各高频逆变器模块的输入端与直流电源的输出端相连接，其特征在于，所述的多逆变器并联感应电...

【专利技术属性】
技术研发人员：史黎明，范满义，李耀华，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11