本发明专利技术提供了一种对通讯速度要求不高、架设结构便捷、可靠性好且成本低的基于扰动观察法的用于LCC无线电能传输系统的最大功率点追踪与同步方法。本发明专利技术中，车端的脉冲宽度调准生成模块输入量为车端移相角βs和系统相位角θ，脉冲宽度调准生成模块根据这两个量来生成相应的PWM驱动信号，这些信号用于操作车端的移相全桥变换器；车端的输出电压Vds通过无线通信方式传输到无线电力传输系统的地端，输出电压Vds和补偿网络的谐振电流ILrp一起进入一个双环PI控制器中，最后计算得到地端移相角βp，并输出到地端的脉冲宽度调准生成模块中；地端的脉冲宽度调准生成模块根据地端移相角βp生成相应的PWM驱动信号，这些PWM驱动信号用于操作地端的移相全桥变换器。本发明专利技术可应用于电力电子技术领域。力电子技术领域。力电子技术领域。
【技术实现步骤摘要】
一种基于扰动观察法的用于LCC无线电能传输系统的最大功率点追踪与同步方法
[0001]本专利技术涉及电力电子
，用于无线电能传输的车端同步整流，是一种可以实现在车端与地端的通讯延迟较为严重的情况下(甚至无通讯)进行相位控制的方法,尤其涉及一种基于扰动观察法的用于LCC无线电能传输系统的最大功率点追踪与同步方法。
技术介绍
[0002]最大功率点跟踪技术(Maximum Power Point Tracking，MPPT)常用于风力发电和光伏发电中。因为在风力和光伏等应用场景中，系统的能量输入是不稳定的。例如光伏发电系统的一个主要缺点是它的输出功率受天气情况影响严重，如光照强度和环境温度的改变都会使它发生变化。而风力发电机也遇到的风力会有很复杂的情况，例如风量不稳定和流向变化等。这种随时变化的能量输入便对变换器提出了一定的要求。
[0003]太阳能电池阵列的最大功率点跟踪就是使太阳能电池阵列的工作点能随外界环境做出适当调整，达到任何时刻都能输出最大功率的目的。其中，扰动观察法(也被称为perturbation and observation method，简称P&O)是常用的一种最大功率点跟踪算法。扰动观察法又称爬山法，通俗来讲，扰动观察差法主要是通过给电压一个向前或向后的扰动，来比较前后两步哪一步更大，然后进行反馈控制的一种方法。在光伏发电中，扰动观察法主要是对输出端口的电压和电流进行控制。
[0004]而在无线电能传输系统中的车端(接收端)在接受能量输入的时候也有与风力或者光伏发电相类似的特点。车端接收到磁耦合谐振能量也是不稳定的，随着线圈状态、位置变化和谐振腔参数失调等条件的变化，车端所接收到的能量也是在不断改变的。而且，为了能使电磁能量可以顺利地从地端传递到车端(如果是在BWPT系统中，这些能量同样可以逆向传输)，就需要保证地端和车端两侧的系统保持着一定的相位差，而这个相位差在忽略内阻的情况下是90
°
，而绝大多数情况下会与系统的效率和各种输入量呈现很复杂的关系(电压比例，地端移相角，车端移相，耦合系数和系统相位角等参数影响)。因此，在实际应用中，两侧系统的同步是一项很困难的事情。
[0005]无线电能传输系统常用的变换器类型是移相全桥。移相全桥是一种双向拓扑(LCC拓扑结构)，它的输出/输入功率与移相角有关系。运用移相全桥的无线电能传输系统所使用的的传统同步方法一般是通过实时通讯来传递控制参数和测量参数，以便于进行同步控制，这种方法对于通讯的速度有较高的要求，如果有较大的延迟将直接导致整个系统发生失调。LCC拓扑是一种常用于无线电能传输系统的拓扑结构，是定频工作的。拥有可以实现自然恒流的特性，但是LCC谐振腔有着极高的参数敏感性。换句话说，就是LCC参数需要比较精准，不然会出现失调的情况。而在实际使用过程中，由于元器件的温度特性变化和线圈的自然损耗等情况。LCC的参数会发生变化，从而导致失调的情况。而抑制这类型失调现象的常见方法是矢量控制法，通过中和偏离的电流和电压矢量，来克服参数失调。但是，这需要一定的演算资源和特制的运算硬件电路(常见的类型有算术逻辑单元ALU和专用集成电路
ASCI)来完成。
[0006]但是，传统同步方法一般是通过实时通讯来传递控制参数和测量参数，以便于进行同步控制，这种方法对于通讯的速度有较高的要求，如果有较大的延迟将直接导致整个系统发生失调。而无线通讯的延迟和数据传输的间隔将严重的影响控制性能。此外，传统同步方法需要复杂的检测电路，而且需要检测多个模拟量，并需要复杂的算法来进行计算。且不能抑制LCC的参数失调，LCC拓扑具有很强烈的参数敏感性，因此需要较大的演算资源和额外的运算硬件电路。
技术实现思路
[0007]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种对通讯速度要求不高、架设结构便捷、可靠性好且成本低的基于扰动观察法的用于LCC无线电能传输系统的最大功率点追踪与同步方法。
[0008]本专利技术方法所采用的技术方案是：本专利技术方法中，设定：电能由地端传输到车端，地端和车端的变换器类型均为移相全桥，地端和车端组成LCC补偿网络结构的无线电能传输系统，地端的采样模拟量为LCC补偿网络的谐振电流ILrp，车端的采样模拟量为输出电压Vds和输出电流Ids，该方法包括以下步骤：
[0009]步骤a、将采样到的输出电压Vds与目标功率Pref进行除法计算，得到目标电流Iref，该代数环表示为：Iref＝Pref/Vds；
[0010]步骤b、将设定的目标电流Iref与输出电流Ids相减，得到电流误差Ierr；
[0011]步骤c、将电流误差Ierr输入比例积分控制器PI，进行比例和积分控制，其中比例部分P对信号进行比例运算，积分部分I为历次测量值与期望值的差的和，P和I相加作为控制输出量来控制电流的变化，通过调节P和I系数让输出电流Ids最快最稳地达到和稳定在设定的目标功率Pref；
[0012]步骤d、比例积分控制器PI输出的输出量为车端移相角βs，这个信号量一边输入到车端的脉冲宽度调准生成模块中，一边输入到扰动观察法模块中；
[0013]步骤e、扰动观察法模块根据车端移相角βs的变化以及当前系统相位角θ的变化方向，决定下一个周期系统相位角θ的变化方向，最后输出计算得到的系统相位角θ到车端的脉冲宽度调准生成模块中；
[0014]步骤f、车端的脉冲宽度调准生成模块输入量为车端移相角βs和系统相位角θ，脉冲宽度调准生成模块根据这两个量来生成相应的PWM驱动信号，这些信号用于操作车端的移相全桥变换器；
[0015]步骤g、车端的输出电压Vds通过无线通信方式传输到无线电力传输系统的地端，输出电压Vds和补偿网络的谐振电流ILrp一起进入一个双环PI控制器中，最后计算得到地端移相角βp，并输出到地端的脉冲宽度调准生成模块中；
[0016]步骤h、地端的脉冲宽度调准生成模块根据地端移相角βp生成相应的PWM驱动信号，这些PWM驱动信号用于操作地端的移相全桥变换器。
[0017]进一步地，所述步骤e中，通过扰动观察法模块进行扰动观察法进行检测的具体步骤如下：
[0018]步骤e1、首先，判断这一次的目标功率Pref和上一次的的目标功率Pref是否超过
设定好的功率裕度ε，如果没有超过功率裕度ε，则系统相位角θ不变化；
[0019]步骤e2、如果目标功率Pref的变化量超过了设定的功率裕度ε，则判断这一次和上一次的系统相位角θ的变化方向，并根据正向或者反向的变化来决定下一步；
[0020]步骤e3、然后判断这一次和上一次的车端移相角βs的变化方向，然后根据判断结果来对系统相位角θ进行系统相位角变化量Δθ的增减，使得系统相位角θ的变化方向和输入的目标功率Pref呈现出负反馈的关系；
[0021]步骤e4、最后，输出系统相位角θ。
[0022]再进一步地，所述无线电能传输的工作方式为定频工作，频率为80kHz～90本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于扰动观察法的用于LCC无线电能传输系统的最大功率点追踪与同步方法，其特征在于，该方法中，设定：电能由地端传输到车端，地端和车端的变换器类型均为移相全桥，地端和车端组成LCC补偿网络结构的无线电能传输系统，地端的采样模拟量为LCC补偿网络的谐振电流ILrp，车端的采样模拟量为输出电压Vds和输出电流Ids，该方法包括以下步骤：步骤a、将采样到的输出电压Vds与目标功率Pref进行除法计算，得到目标电流Iref，该代数环表示为：Iref＝Pref/Vds；步骤b、将设定的目标电流Iref与输出电流Ids相减，得到电流误差Ierr；步骤c、将电流误差Ierr输入比例积分控制器PI，进行比例和积分控制，其中比例部分P对信号进行比例运算，积分部分I为历次测量值与期望值的差的和，P和I相加作为控制输出量来控制电流的变化，通过调节P和I系数让输出电流Ids最快最稳地达到和稳定在设定的目标功率Pref；步骤d、比例积分控制器PI输出的输出量为车端移相角βs，这个信号量一边输入到车端的脉冲宽度调准生成模块中，一边输入到扰动观察法模块中；步骤e、扰动观察法模块根据车端移相角βs的变化以及当前系统相位角θ的变化方向，决定下一个周期系统相位角θ的变化方向，最后输出计算得到的系统相位角θ到车端的脉冲宽度调准生成模块中；步骤f、车端的脉冲宽度调准生成模块输入量为车端移相角βs和系统相位角θ，脉冲宽度调准生成模块根据这两个量来生成相应的PWM驱动信号，这些信号用于操作车端的移相全桥变换器；步骤g、车端的输出电压Vds通过无线通信方式传输到无线电力传输...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈健斌，杨程喻，骆象豪，邓子珩，邹建俊，
申请(专利权)人：广东泰坦智能动力有限公司，
类型：发明
国别省市：
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