一种双向无线电能传输系统的双侧不对称电压控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双向无线电能传输系统的双侧不对称电压控制方法，包括：获取第一全桥变换器的交流侧端口电流的相位、第一全桥变换器的直流侧电压和直流侧电流；根据稳压或恒流要求确定第一全桥变换器交流侧电压总脉冲宽度角；确定第一全桥变换器的开关管的导通和关断的时刻，并据此对开关管进行驱动；将所需参数发送至原边控制器；确定为实现零电压开通，第二全桥变换器的交流侧电压总脉冲宽度角的取值范围，并在该取值范围内选取最优的原边激励电压总脉冲宽度角的取值；确定第二全桥变换器开关管的导通和关断的时刻。本发明专利技术可以实现原边全桥变换器和副边全桥变换器的开关管的零电压开通，并且实现电能传输效率的优化。

A bilateral asymmetric voltage control method for bidirectional radio energy transmission system

【技术实现步骤摘要】
一种双向无线电能传输系统的双侧不对称电压控制方法
本专利技术属于DC/DC变换器领域，更具体地，涉及一种双向无线电能传输系统的双侧不对称电压控制方法。
技术介绍
随着能源互联网概念的提出以及智能配电网相关技术的发展，电动汽车双向无线电能传输系统逐渐开始展现出其独特的优势。对于电网而言，双向无线电能传输系统允许了电网电能与车载电池电能之间双向流动，因此若经过智能调控，可实现电动汽车有序充电、电网削峰填谷等优化运行功能。而对于用户而言，无线电能传输的方式省去了连接或断开充电线缆的步骤，不存在接口磨损、接触不良或漏电等问题，其操作极为便捷，因此用户更乐于参与将电动汽车挂载于电网上。由此，双向无线电能传输的技术发展，对提升未来能源互联网的稳定性和智能性起到重要作用。在双向无线电能传输系统中，实现传输功率的调节，并且在宽传输功率(负载)范围内实现较高的效率是很有必要的。在双向无线电能传输系统中，原边变换器与副边变换器是相对的概念。目前，在双向无线电能传输系统中，实现功率的调节主要有以下几种方法：1、单级单侧控制方法。在双向无线电能传输电路部分，除了双全桥变换器这一级DC/DC变换器外，不增加其它的变换器。通过改变原边或副边侧全桥变换器的内移相角实现功率的调节。该方法虽然较为简单，容易实现，但是存在的问题是：未实现原副边激励电压的匹配，因此未能实现中间环节的传输效率优化，同时部分开关管处于硬开关状态，导致系统传输效率低下。2、多级单侧控制方法：在双向无线电能传输电路部分，除了双全桥变换器这一级DC/DC变换器外，在某一侧另加入一级DC/DC变换器，通过DC/DC变换器改变该侧的全桥变换器的直流侧电压，从而调节该侧的激励电压，实现传输功率的调节。该方法可以使双向无线电能传输电路部分的所有开关管均实现软开关，但是存在的问题是：未实现原副边激励电压的匹配，因此未能实现中间环节的传输效率优化，导致系统传输效率低下。新增的一级DC/DC变换器使得整个系统的控制较为复杂，且也会增加一定的损耗。3、多级双侧控制方法：在双向无线电能传输电路部分，除了双全桥变换器这一级DC/DC变换器外，在原副边两侧各加入一级DC/DC变换器，通过DC/DC变换器改变双侧的全桥变换器的直流侧电压，实现传输功率的调节，同时能实现激励电压的匹配，从而实现中间环节的传输效率优化，达到较高的效率。但是，该方法存在的问题是：加入的额外的DC/DC变换器使得整个系统的控制较为复杂，也会增加一定的损耗。4、单级双侧对称激励电压双移相控制方法：在双向无线电能传输电路部分，除了双全桥变换器这一级DC/DC变换器外，不增加其它的变换器。通过改变原边和副边侧全桥变换器的内移相角实现功率的调节，同时使得激励电压比接近最优激励电压比，从而实现中间环节的传输效率优化，提高系统效率。但是，该方法存在的问题是：开关管工作在硬开关状态，损耗较高。5、单级双侧对称激励电压三移相控制方法：在单级双侧对称激励电压双移相控制方法的基础上，对原副边激励电压的基波相位差(称之为外移相角)进行控制，从而实现所有开关管的零电压开通(ZeroVoltageSwitch，ZVS)，进一步减小开关损耗，从而使得效率有进一步的提升。但是，该方法存在的问题是：当传输功率处于中载功率或轻载功率等级时，为实现ZVS，外移相角将接近零度，使得传输效率严重下降。因此，有必要研究一种新的控制方法，既能实现激励电压比接近最优激励电压比，同时在较高的外移相角下实现ZVS，从而实现较高的效率。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种双向无线电能传输系统的双侧不对称电压控制方法，旨在解决现有的双向无线电能传输系统的无法在宽传输功率范围内实现较高效率的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种双向无线电能传输系统的双侧不对称电压控制方法，包括：(1)获取第一全桥变换器的交流侧端口电流i2的相位，以及第一全桥变换器的直流侧电压Vdc2和直流侧电流Idc2；其中，所述第一全桥变换器为副边全桥变换器且所述第二全桥变换器为原边全桥变换器，或者所述第一全桥变换器为原边全桥变换器且所述第二全桥变换器为副边全桥变换器；(2)根据对Vdc2或Idc2的控制要求，计算第一全桥变换器交流侧电压的总脉冲宽度角的指令值β2t，确定电能传输方向；(3)结合(1)中获取到的第一全桥变换器的交流侧端口电流i2的相位，以及(2)中得到的第一全桥变换器的交流侧电压的总脉冲宽度角的指令值β2t，计算出第一全桥变换器的各个开关管的导通和关断时刻，根据各个开关管的导通和关断时刻，产生对第一全桥变换器的开关管的驱动信号；(4)将第一全桥变换器的直流侧电压值Vdc2、第一全桥变换器交流侧电压的总脉冲宽度角β2t和所需的电能传输方向通过通信通道发送至第二全桥变换器所对应的控制器，同时获取第二全桥变换器的直流侧电压Vdc1，根据给定的裕量角α，计算可使第二全桥变换器所有开关管实现ZVS的第二全桥变换器的交流侧电压的总脉冲宽度角β1t；(5)根据第二全桥变换器的交流侧电压的总脉冲宽度角β1t，计算第二全桥变换器的各个开关管的导通和关断时刻，根据各个开关管的导通和关断时刻，产生对第二全桥变换器的开关管的驱动信号。进一步地，步骤(2)中，可以使用常规的比例-积分(PI)控制算法，得到第一全桥变换器交流侧电压的总脉冲宽度角的指令值β2t。进一步地，步骤(3)中，可以采用以下步骤确定第一全桥变换器的各个开关管的导通和关断时刻：(31)根据如下方法确定正脉冲宽度角β2+和负脉冲宽度角β2-：(32)根据β2t值所处的范围确定第一全桥变换器应工作于半桥模式或是全桥模式：若0≤β2t≤180°，则第一全桥变换器应工作于半桥模式；若180°＜β2t≤360°，则第一全桥变换器应工作于全桥模式；(33)根据所需的电能传输方向确定第一全桥变换器应工作于整流模式或是逆变模式：若所需的电能传输方向为从第二全桥变换器传输至第一全桥变换器，则第一全桥变换器工作于整流模式；若所需的电能传输方向为从第一全桥变换器传输至第二全桥变换器，则第一全桥变换器工作于逆变模式；(34)根据(32)-(33)中所确定的第一全桥变换器的工作模式，确定各个开关管的导通和关断时刻：若第一全桥变换器工作于整流全桥模式，则：若第一全桥变换器工作于整流半桥模式，则：同时保持第二桥臂的靠近直流侧正极的开关管始终处于关断状态，而第二桥臂的靠近直流侧负极的开关管始终处于导通状态；若第一全桥变换器工作于逆变全桥模式，则：若第一全桥变换器工作于逆变半桥模式，则：同时保持第二桥臂的靠近直流侧正极的开关管始终处于关断状态，而第二桥臂的靠近直流侧负极的开关管始终处于导通状态；其中，αon5和αoff5分别为第一全桥变换器的第一桥臂的靠近直流侧正极的开关管的开通和关断时刻相对于i2的基波分量由负到正过零时刻之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向无线电能传输系统的双侧不对称电压控制方法，其特征在于，包括：/n(1)获取第一全桥变换器的交流侧端口电流i

【技术特征摘要】
1.一种双向无线电能传输系统的双侧不对称电压控制方法，其特征在于，包括：
(1)获取第一全桥变换器的交流侧端口电流i2的相位，第一全桥变换器的直流侧电压Vdc2和直流侧电流Idc2；
(2)根据对Vdc2或Idc2的控制要求，计算第一全桥变换器交流侧电压的总脉冲宽度角的指令值β2t，确定电能传输方向；
(3)结合(1)中获取到的第一全桥变换器的交流侧端口电流i2的相位，以及(2)中得到的第一全桥变换器的交流侧电压的总脉冲宽度角的指令值β2t，计算第一全桥变换器的各个开关管的导通和关断时刻，产生对第一全桥变换器的开关管的驱动信号；
(4)将第一全桥变换器的直流侧电压值Vdc2、第一全桥变换器交流侧电压的总脉冲宽度角β2t和所需的电能传输方向通过通信通道发送至第二全桥变换器所对应的控制器，同时获取第二全桥变换器的直流侧电压Vdc1，根据预设的裕量角α，计算可使第二全桥变换器所有开关管实现零电压开通的第二全桥变换器的交流侧电压的总脉冲宽度角β1t；
(5)根据第二全桥变换器的交流侧电压的总脉冲宽度角β1t，计算第二全桥变换器的各个开关管的导通和关断时刻，产生对第二全桥变换器的开关管的驱动信号。


2.如权利要求1所述的双向无线电能传输系统的双侧不对称电压控制方法，其特征在于，所述第一全桥变换器为副边全桥变换器且所述第二全桥变换器为原边全桥变换器，或者所述第一全桥变换器为原边全桥变换器且所述第二全桥变换器为副边全桥变换器。


3.如权利要求1所述的双向无线电能传输系统的双侧不对称电压控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，通过PI控制算法，得到第一全桥变换器交流侧电压的总脉冲宽度角的指令值β2t。


4.如权利要求1所述的双向无线电能传输系统的双侧不对称电压控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，计算第一全桥变换器的各个开关管的导通和关断时刻具体包括以下步骤：
(31)确定正脉冲宽度角β2+和负脉冲宽度角β2-：






(32)根据β2t值所处的范围确定第一全桥变换器应工作于半桥模式或是全桥模式：若0≤β2t≤180°，则第一全桥变换器应工作于半桥模式；若180°＜β2t≤360°，则第一全桥变换器应工作于全桥模式；
(33)根据所需的电能传输方向确定第一全桥变换器应工作于整流模式或是逆变模式：若所需的电能传输方向为从第二全桥变换器传输至第一全桥变换器，则第一全桥变换器工作于整流模式；若所需的电能传输方向为从第一全桥变换器传输至第二全桥变换器，则第一全桥变换器工作于逆变模式；
(34)若第一全桥变换器工作于整流全桥模式，则：



若第一全桥变换器工作于整流半桥模式，则：



同时，保持第二桥臂的靠近直流侧正极的开关管始终处于关断状态，而第二桥臂的靠近直流侧负极的开关管始终处于导通状态；
若第一全桥变换器工作于逆变全桥模式，则：



若第一全桥变换器工作于逆变半桥模式，则：



同时，保持第二桥臂的靠近直流侧正极的开关管始终处于关断状态，而第二桥臂的靠近直流侧负极的开关管始终处于导通状态；
其中，αon5和αoff5分别为第一全桥变换器的第一桥臂的靠近直流侧正极的开关管的开通和关断时刻相对于i2的基波分量由负到正过零时刻之间的相位角，以前者超前后者为正，前者滞后后者为负；αon7和αoff7分别为第一全桥变换器的第二桥臂的靠近直流侧正极的开关管的开通和关断时刻相对于i2的基波分量由负到正过零时刻之间的相位角，以前者超前后者为正，前者滞后后者为负；α为裕量角；max为最大值函数。


5.如权利要求1所述的双向无线电能传输系统的双侧不对称电压控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，采用以下步骤确定第二全桥变换器的激励电压总脉冲宽度角β1t的取值范围：
(41)根据如下方法确定正脉冲宽度角β1+和负脉冲宽度角β1-：






(42)根据所需的电能传输方向确定第二全桥变换器应工作于逆变模式或是整流模式：若所需的电能传输方向为从第二全桥变换器传输至第一全桥变换器，则第一全桥变换器工作于逆变模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昌松，贾舒然，朝泽云，刘朋，段善旭，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42