本发明专利技术公开了一种无线供电系统，包括若干个无线供电单元；每个无线供电单元均分别包括各自的依次电连接的逆变器、互感器和整流器；每个无线供电单元的电能输入侧通过各自的逆变器依次串联，每个无线供电单元的电能输出侧通过各自的整流器依次串联；在每个无线供电单元中，逆变器将获取的直流电转换为交流电，经由互感器的互感作用无线传输，再经整流器的整流处理后输出供电。本发明专利技术通过输入侧串联逆变器以及输出侧串联整流器的电路结构设计，从而减轻了单个无线供电单元的电压电流应力，避免了高电压输入对无线供电系统的逆变器产生的巨大冲击，同时，还可以使无线供电系统能够适应大功率高电压负载的供电需求。应大功率高电压负载的供电需求。应大功率高电压负载的供电需求。
【技术实现步骤摘要】
一种无线供电系统及其输入均压、输出恒压协同控制方法
[0001]本专利技术涉及无线输电
，更具体地，涉及一种无线供电系统及其输入均压、输出恒压协同控制方法。
技术介绍
[0002]无线电力传输是一种无需直接连接即可将电力从电源传输到电气负载的能量传输技术。典型的无线电能传输系统如图1所示。逆变器将直流供电转换成高频交流电，基于原副边线圈的耦合机制，进行能量的无线传输，再通过整流滤波将电能供给至负载，为了实现能量的高效传递，原副边线圈均会与谐振补偿网络相连接。
[0003]近年来，大功率无线电力传输因其方便、安全和可靠的特点，已被广泛应用于诸多领域，例如电动汽车和高速列车的无线充电。受限于半导体元件的额定电压和电流，单个无线供电系统的功率等级往往无法满足实际供电需求，因此通常通过使用多个逆变器或逆变桥并联的形式代替单个逆变器来实现高功率，从而降低每个电路组件上的功率应力，并且电力电子系统的集成化和模块化已经成为电力电子技术发展的一个必然趋势，在无线传能系统技术已经成熟的当下，多单元模块化的无线供电系统已经成为解决大功率供电应用场景的重要手段。
[0004]在大功率电能传输的应用中，高电压输入
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高电压输出的直流变换无线供电系统在诸多领域得到了应用，例如铁路牵引供电、船舶岸电供电等领域。对于这些高输入电压
‑
高输出电压的应用场合，输入侧通常直接从中高压直流配电网取电(电压等级均在千伏以上)：输入侧加载较高的直流母线电压的目的是在功率传输过程中产生较小的线路电流，从而大大降低了母线侧传输线缆的功率损耗，显著改善了系统整体效率。输入侧逆变器并联的形式可以大大提高系统的传输功率，但无法解决高电压输入对系统逆变器产生的巨大冲击，而高压大功率场合的IGBT器件其开关特性相较于低压开关器件有很大的差异性，将严重影响传统无线传能系统的性能。
技术实现思路
[0005]为了克服以上提及的现有技术中的至少一个技术缺陷，改良或优化现有技术，本专利技术提供了一种无线供电系统，包括若干个无线供电单元；
[0006]每个无线供电单元均分别包括各自的依次电连接的逆变器、互感器和整流器；
[0007]每个无线供电单元的电能输入侧通过各自的逆变器依次串联，每个无线供电单元的电能输出侧通过各自的整流器依次串联；
[0008]在每个无线供电单元中，逆变器将获取的直流电转换为交流电，经由互感器的互感作用无线传输，再经整流器的整流处理后输出供电。
[0009]进一步地，每个无线供电单元的逆变器的电性参数保持一致、整流器的电性参数保持一致、互感器的原边线圈的自感保持一致、互感器的副边线圈的自感保持一致。
[0010]进一步地，采用若干个无线供电单元中的任一个无线供电单元作为恒压控制单
元，通过对该恒压控制单元的逆变器的移相控制来进行对所述无线供电系统的输出恒压控制；
[0011]对所述恒压控制单元之外的其他无线供电单元的逆变器的移相控制来进行对所述无线供电系统的输入均压控制。
[0012]进一步地，所述的任一个无线供电单元具体可选择若干个无线供电单元中拥有最大互感值的互感器的无线供电单元。
[0013]第二方面，本专利技术提供了一种基于上述任一项所述的无线供电系统的输入均压、输出恒压协同控制方法，包括：
[0014]采用若干个无线供电单元中的任一个无线供电单元作为恒压控制单元，通过对该恒压控制单元的逆变器的移相控制来进行对所述无线供电系统的输出恒压控制；
[0015]对所述恒压控制单元之外的其他无线供电单元的逆变器的移相控制来进行对所述无线供电系统的输入均压控制。
[0016]进一步地，所述的任一个无线供电单元具体可选择若干个无线供电单元中拥有最大互感值的互感器的无线供电单元。
[0017]进一步地，所述采用若干个无线供电单元中的任一个无线供电单元作为恒压控制单元，通过对该恒压控制单元的逆变器的移相控制来进行对所述无线供电系统的输出恒压控制具体包括：
[0018]采用若干个无线供电单元中的任一个无线供电单元作为恒压控制单元，采集无线供电系统的输出电压，经过模数转换后形成离散输入信号并传送到DSP单元进行处理；
[0019]将离散输入信号与预设的参考电压信号作差形成误差信号作为DSP单元中H∞控制器的输入量，在DSP单元内执行H∞控制器运算，计算出H∞控制器的输出信号，并经过换算以获取上述的任一个无线供电单元的逆变器的移相角；
[0020]基于上述获取的移相角产生多路移相脉冲信号驱动上述的任一个无线供电单元的逆变器完成移相控制，以实现对所述无线供电系统的输出恒压控制。
[0021]进一步地，所述对所述恒压控制单元之外的其他无线供电单元的逆变器的移相控制来进行对所述无线供电系统的输入均压控制具体包括：
[0022]基于经过换算以获取的上述的任一个无线供电单元的逆变器的移相角，依据各无线供电单元的互感器的互感值计算出其余无线供电单元的逆变器的移相角，以实现对所述无线供电系统的输入均压控制。
[0023]进一步地，在开环条件下，各无线供电单元的输入电压比值以及输出电压比值均等于各无线供电单元的互感器的互感值比值，且无线供电系统的输出电压反比于各无线供电单元的互感器的互感值之和；具体的表达式包括：
[0024][0025][0026][0027]其中，U
out
为无线供电系统的输出电压，U
in
为无线供电系统的输入电压，R
L
为无线供电系统的等效负载，ω为无线供电系统的工作频率，M
n
为编号为n的无线供电单元的互感器的互感值。
[0028]进一步地，实现对所述无线供电系统的输入均压控制的约束方程具体包括：
[0029][0030]其中，α
n
为编号为n的无线供电单元的逆变器的移相角。
[0031]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0032](1)本专利技术通过输入侧串联逆变器以及输出侧串联整流器的电路结构设计，从而减轻了单个无线供电单元的电压电流应力，避免了高电压输入对无线供电系统的逆变器产生的巨大冲击，同时，还可以使无线供电系统能够适应大功率高电压负载的供电需求。
[0033](2)本专利技术提出的一种基于S
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S型(串联
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串联)补偿网络的输入串联
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输出串联
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多单元无线供电系统输入均压及输出恒压协同控制方法，该方法首先以S
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S型无线供电系统为研究对象，分析其输入输出特性，并基于单个单元的电路特性推导出多单元无线供电系统的输出电压表达式，分析由互感变化引起的电压不均衡机理。其次，基于多单元无线供电系统的输出电压表达式以及由互感变化造成的电压不均衡机理，提出了一种用单个单元逆变器的移相控制进行输出恒压控制并利用其余单元逆变器本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无线供电系统，其特征在于，包括若干个无线供电单元；每个无线供电单元均分别包括各自的依次电连接的逆变器、互感器和整流器；每个无线供电单元的电能输入侧通过各自的逆变器依次串联，每个无线供电单元的电能输出侧通过各自的整流器依次串联；在每个无线供电单元中，逆变器将获取的直流电转换为交流电，经由互感器的互感作用无线传输，再经整流器的整流处理后输出供电。2.如权利要求1所述的无线供电系统，其特征在于，每个无线供电单元的逆变器的电性参数保持一致、整流器的电性参数保持一致、互感器的原边线圈的自感保持一致、互感器的副边线圈的自感保持一致。3.如权利要求2所述的无线供电系统，其特征在于，采用若干个无线供电单元中的任一个无线供电单元作为恒压控制单元，通过对该恒压控制单元的逆变器的移相控制来进行对所述无线供电系统的输出恒压控制；对所述恒压控制单元之外的其他无线供电单元的逆变器的移相控制来进行对所述无线供电系统的输入均压控制。4.如权利要求3所述的无线供电系统，其特征在于，所述的任一个无线供电单元具体可选择若干个无线供电单元中拥有最大互感值的互感器的无线供电单元。5.一种基于权利要求1
‑
4任一项所述的无线供电系统的输入均压、输出恒压协同控制方法，其特征在于，包括：采用若干个无线供电单元中的任一个无线供电单元作为恒压控制单元，通过对该恒压控制单元的逆变器的移相控制来进行对所述无线供电系统的输出恒压控制；对所述恒压控制单元之外的其他无线供电单元的逆变器的移相控制来进行对所述无线供电系统的输入均压控制。6.如权利要求5所述的协同控制方法，其特征在于，所述的任一个无线供电单元具体可选择若干个无线供电单元中拥有最大互感值的互感器的无线供电单元。7.如权利要求5或6所述的协同控制方法，其特征在于，所述采用若干个无线供电单元中的任一个无线供电单元作为恒压控制单元，通过对该恒压控制单元的逆变器的移相控制来进行对所述无线供电系统的输出恒压控制具体包括：采用若干个无线供...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁彦，孙盼，吴旭升，严思念，孙军，杨刚，王蕾，谢海浪，沈昊旻，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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