轨道交通非接触式供电系统技术方案

本发明专利技术提供一种轨道交通非接触式供电系统，其特征在于：包括沿着车辆行驶方向设置的多段能量发射线圈和沿着车厢长度方向设置的多个能量接收线圈，所述能量发射线圈连接有能量发射电路，且所述能量发射电路由地面分段控制器控制；所述能量接收线圈连接有能量接收电路，且所述能量接收电路分别将接收的能量通过直流母线传递到储能单元，每一段能量接收线圈的两侧均设置有X方向无源为屏蔽线圈，相邻两段能量接收线圈之间还设置有Y方向无源屏蔽线圈，其中X方向为车厢长度方向，Y方向为车厢宽度方向。其效果是：利用多个线圈、多个功率变换器的组合，实现了系统传输功率的提升；利用屏蔽线圈、阻抗调节器等，实现了系统效率的提升。实现了系统效率的提升。实现了系统效率的提升。

【技术实现步骤摘要】
轨道交通非接触式供电系统


[0001]本专利技术涉及非接触式供电技术，具体涉及一种轨道交通非接触式供电系统。

技术介绍

[0002]目前的轨道交通供电系统大多采用接触式供电，主要包括接触网供电和第三轨供电。而轨道交通在近年来的不断发展，带来更高标准的运行要求和更复杂的应用场合。然而目前采取接触式供电存在诸多问题，受电弓或集电靴在使用过程中的磨损带来不可忽视的维护成本；大风、沙尘等恶劣天气导致弓网接触出现振动、离线，甚至引发电弧；在高寒覆冰等极端天气下出现刮弓、脱弓等现象的可能性也急剧增加。因此，接触式的供电方式难以满足轨道交通不断提升的发展需求，限制了轨道交通的进一步发展。
[0003]无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术通常利用电磁感应原理将电能以非接触的方式传递到负载侧，从根本上克服传统有线电能传输方式的固有缺陷，提升了电能应用的灵活性，为解决所述供电问题提供了一种有效的解决思路。
[0004]现有针对轨道交通非接触式供电展开的研究，主要研究目标包括：车辆高速移动下，由于分段发射线圈切换频繁，如何保持系统输出的平稳性；随着轨道交通不断提升的发展需要，如何传输更高等级的功率；高速移动过程中，如何维持系统较高效率；作为重要基础设施，如何保障车辆安全行驶。然而现有研究在输出平稳性、输出功率等级、系统效率、行驶安全等方面仍然存在较多不足。

技术实现思路

[0005]基于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种轨道交通非接触式供电系统，在提高线圈功率、减小输出波动、提高系统效率以及保障系统安全可靠运行等方面取得一定进步，促进了轨道交通非接触式供电的进一步发展。
[0006]为了实现所述目的，本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0007]一种轨道交通非接触式供电系统，其特征在于：包括沿着车辆行驶方向设置的多段能量发射线圈和沿着车厢长度方向设置的多个能量接收线圈，所述能量发射线圈连接有能量发射电路，且所述能量发射电路由地面分段控制器控制；所述能量接收线圈连接有能量接收电路，且所述能量接收电路分别将接收的能量通过直流母线传递到储能单元，每一段能量接收线圈的两侧均设置有X方向无源为屏蔽线圈，相邻两段能量接收线圈之间还设置有Y方向无源屏蔽线圈，其中X方向为车厢长度方向，Y方向为车厢宽度方向。无源屏蔽线圈在X向和Y向能够有效地减少线圈磁场在车体、钢轨等金属环境中的泄露，同时对接收线圈的电磁干扰起到明显地抑制作用，可减少接收线圈磁场对于车体等金属部件的影响，对于提高系统效率，保障系统可靠运行以及减小对周围环境影响发挥了重要作用。
[0008]可选地，相邻两段能量发射线圈的过渡区域采用重叠式设置，所述能量发射电路中设置有混合式补偿拓扑网络，所述混合式补偿拓扑网络通过开关切换实现电感补偿或/和电容补偿。重叠式线圈可以减小耦合机构之间的互感波动，混合式补偿拓扑设计能够根
据不同输出需求对应选择最优补偿拓扑，利用该补偿拓扑实现系统的恒定输出，从而减小系统的输出波动，提高输出平稳性。
[0009]考虑到轨道交通车辆由于载重变化或者移动引起的线圈自感、互感变化，进而导致系统谐振点漂移，使得系统失谐，增加电源所需容量，降低系统传输效率。为了解决这个问题，所述能量发射线圈上连接有发射端参数识别器和动态调谐器，所述发射端参数识别器所识别的参数包括电压与电流相位或/和输出电压或/和输出电流，所述动态调谐器所调整的参数包括谐振频率或/和可变电容或/和可变电感。本专利技术引入参数识别器识别系统的参数变化，并配合动态调谐模块使得系统始终工作在谐振状态，从而提高系统效率。
[0010]可选地，所述能量发射电路中设置有多个逆变器和一个环流抑制器，所述地面分段控制器根据车辆位置控制对应能量发射线圈的多个逆变器产生高频交流电，且在环流抑制器的作用下并联通入对应能量发射线圈中产生高频磁场，通过能量发射线圈和能量接收线圈之间的电磁耦合实现能量传递。
[0011]基于上述设计，地面部分逆变电源由多个逆变器通过一个环流抑制器实现并联；可以实现各个逆变器所在回路的均流，避免环流带来的功率损耗，提高效率的同时保障系统可靠运行；在环流得到抑制的基础上，多个逆变器并联可以提高能量发射线圈的输出功率。
[0012]可选地，所述地面分段控制器通过无线通信模块与车载总控制器连接，用于获取车辆位置信息。车载总控制器通过无线通信的方式与地面分段控制器进行位置通信。该位置通信用于确定列车行驶位置对应的目标发射装置，在接收到列车的位置信号后，控制目标发射装置进行工作；当检测到列车驶入一个发射装置的工作范围内时，控制该发射装置向列车传递能量，当检测到列车驶离一个发射装置时，控制该发射装置停止能量传递。
[0013]可选地，所述能量发射线圈上连接有异物检测器，将异物检测器应用在轨道交通非接触式供电系统中，确保系统参数不受影响，保障系统稳定运行，同时避免异物给车辆带来的安全问题。
[0014]可选地，所述能量接收线圈为重叠式线圈，且在所述能量接收电路中设置有用于保证线圈之间没有交叉耦合的解耦器，用于提高功率密度。
[0015]可选地，所述解耦器采用解耦变压器或基于补偿电容参数设计的解耦方法实现。
[0016]可选地，所述能量接收电路中还设置有阻抗调节器、接收端补偿网络、接收端参数识别器、整流器和DC/DC变换器，所述阻抗调节器中配置有可变电感或/和可变电容，接收端补偿网络用于降低无功和容量需求，由于车辆对于无线电能传输系统而言等效为一个不断变化的负载，而无线电能传输系统存在一个最优工作负载，为了提升系统效率，通过参数识别器实时识别系统参数，通过阻抗调节器改变系统等效负载，使其为系统最优负载，从而提升系统性能。
[0017]可选地，所述能量接收电路由车载总控制器控制，车载部分的能量接收装置由车载总控制器进行控制，高频磁场经过电磁耦合将能量传输到车载部分的能量接收线圈；在能量接收线圈周围，安装有X向和Y向的无源屏蔽线圈；传递到接收线圈上的交流形式能量经过整流器后转换成直流电，再经过DC/DC变换器进行电压等级调节后并联于车辆直流母线，最后由储能装置支撑实现能量收集和储备。
[0018]本专利技术的效果是：
[0019](1)本专利技术在发射端逆变电源采取多个逆变器通过一个环流抑制器实现并联，在接收端采取重叠式线圈结合解耦器的方法，避免了多个逆变器并联或多个线圈并联所带来的环流问题，明显提高了系统功率等级。
[0020](2)在发射端采取重叠式线圈与混合式补偿拓扑相结合的方法，减小了互感波动对系统输出功率的影响，从而提高了输出的平稳性。
[0021](3)在发射端采取参数辨识器和动态调谐模块，在接收端线圈与阻抗调节器、参数辨识器以及补偿电路相连，实现对关键谐振参数的识别和自适应调节，保证车辆移动中系统接近最优工作状态，从而提高系统效率。
[0022](4)系统引入异物检测器和无源屏蔽线圈，减少无线供电系统与金属环境的耦合，减少系统产生的涡流损耗，提高系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道交通非接触式供电系统，其特征在于：包括沿着车辆行驶方向设置的多段能量发射线圈和沿着车厢长度方向设置的多个能量接收线圈，所述能量发射线圈连接有能量发射电路，且所述能量发射电路由地面分段控制器控制；所述能量接收线圈连接有能量接收电路，且所述能量接收电路分别将接收的能量通过直流母线传递到储能单元，每一段能量接收线圈的两侧均设置有X方向无源为屏蔽线圈，相邻两段能量接收线圈之间还设置有Y方向无源屏蔽线圈，其中X方向为车厢长度方向，Y方向为车厢宽度方向。2.根据权利要求1所述的轨道交通非接触式供电系统，其特征在于：相邻两段能量发射线圈的过渡区域采用重叠式设置，所述能量发射电路中设置有混合式补偿拓扑网络，所述混合式补偿拓扑网络通过开关切换实现电感补偿或/和电容补偿。3.根据权利要求2所述的轨道交通非接触式供电系统，其特征在于：所述能量发射线圈上连接有发射端参数识别器和动态调谐器，所述发射端参数识别器所识别的参数包括电压与电流相位或/和输出电压或/和输出电流，所述动态调谐器所调整的参数包括谐振频率或/和可变电容或/和可变电感。4.根据权利要求2所述的轨道交通非接触式供电系统，其特征在于：所述能量发射电路中设置有多个逆变器和一个环流抑制器，所述地面分段控制器根据车辆位...

【专利技术属性】
技术研发人员：何正友，李勇，刘俊江，刘野然，麦瑞坤，陈阳，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：