【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光无线能量传输，尤其是涉及一种分散结构激光无线能量传输系统。
技术介绍
1、无线能量传输技术无需任何物理或电气上的连接，借助能量转换，即可以通过空间无接触地将能量从发射端传输到接收端，能够解决传统接触式能量传输方式存在的诸多问题，在安全可靠、通用便携、操作灵活、用户友好等方面更具优势，目前已经成为电气行业与能源行业的研究热点之一。
2、激光无线能量传输技术利用电磁远场辐射效应，将电能转换为电磁波(激光)，能够实现能量在空间中无接触、远距离传输。激光具有波长短、单色性好、指向性好、亮度高等特点，激光无线能量传输系统具有设备体积小、传输距离远、传输功率大、无电磁干扰等优点，是一种颇具潜力的远程无接触能量供给方式。
3、目前，大功率、远距离、高效率激光无线能量传输技术大多尚处于研究探索阶段，实际商业应用相对较少。主要原因在于，其在传输效率、传输功率、传输距离、安全可靠性方面还有待进一步提升，需要技术积淀与时间验证。激光无线能量传输系统相邻子环节之间为级联关系，系统的综合能量传输效率是子环节的传输(转换)效率的乘积。由于激光器和光伏阵列的低工作效率以及系统长链路(多环节级联)的特点，严重限制了激光无线能量传输系统的综合能量传输效率；激光器、光伏阵列的效率与其工作状态(工作点)息息相关，存在效率最优的工作状态，当偏离该效率最优工作状态时，系统效率会有一定的衰减；其次，某个环节出现故障，也会导致该条传能链路出现问题，对激光无线能量传输系统安全可靠性提出了挑战。此外，光路遮挡、光伏阵列中光伏电池单体差异
4、目前提出的激光无线能量传输系统多采用单链路-集中式结构或多光束-集中式结构，然而，受光电技术限制，大功率高光束质量激光发射装置以及大功率大面积高效率光伏接收装置仍有待进一步研究，为了提升激光无线能量传输系统的传输功率，采用多条链路分散结构、协同控制的并行的激光能量传输具有优势。
5、综上所述，当前在激光无线能量传输系统中，传输功率、传输效率、传输距离、安全可靠性的提升是系统的关键，在进行激光无线能量传输系统结构设计时，集中结构与统一控制的传能架构是目前的主流，具有结构简单、维护方便等优势，但存在传输功率受光电器件能力限制，大功率激光无线能量传输系统轻载效率低，系统容错性差等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种控制灵活性强、安全可靠性高、容错控制能力强、功率扩展能力强的分散结构激光无线能量传输系统。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供了一种分散结构激光无线能量传输系统，包括多条独立控制的激光能量传输链路，各条激光能量传输链路通过上位激光功率总控进行协同控制；其中，每条激光能量传输链路上设置有共同工作或切断的激光器-光伏阵列组，在系统中形成激光器-光伏阵列集群；
4、由输入电源获取的能量驱动激光器集群转换后变为多个传能激光光束，多个传能激光光束打在光伏阵列集群上，光电转换后以电压相同、电流叠加形式将能量传输到有效载荷或储能环节。
5、优选地，所述各条激光能量传输链路的启用与切除，通过激光能量传输链路上设置有的电力电子变换器或断路器来实现。
6、优选地，每条激光能量传输链路等效为集中式结构激光无线能量传输子系统；
7、所述集中式结构激光无线能量传输子系统包括发射端与接收端；所述发射端包括发射端控制机、三维转台、激光器驱动器、激光器和光能发射单元，所述发射端控制机包括用于控制所述三维转台的定位控制单元、以及用于控制所述激光器驱动器的第一功率控制单元；所述接收端包括光伏阵列、光伏变换器和接收端控制机，所述接收端控制机包括用于控制所述光伏变换器的第二功率控制单元、以及接收端定位控制单元；所述发射端控制机和接收端控制机分别连接至上位激光功率总控；
8、整个系统无线能量传输过程包括：由输入电源获取的能量分配至各个激光器驱动器，然后传输至各个激光器，经过光能发射单元转换后变为多个传能激光光束，多个传能激光光束打在光伏阵列上，各自经过光-电转换后传输给多个光伏变换器，最终多个光伏变换器的输出端并联，以电压相同、电流叠加的形式，将能量传输到有效载荷或储能环节。
9、优选地，每条激光能量传输链路的三维转台独立控制，多个激光器对准同一个目标的多个光伏阵列，或多个激光器对准不同目标的多个光伏阵列，或多个激光器对准同一个光伏阵列。
10、优选地，所述系统还设置有均光片，视实际需求安装在光能发射单元或接收端。
11、优选地，所述当某条激光能量传输链路出现故障时，切除该链路，将其功率设置为0，激光器输入电流为0，不发射激光，其它链路正常工作。
12、优选地，异常情况下，某条激光能量传输链路中激光器和光伏阵列处于非正常工作状态，让目前其它处于旁路/空闲状态的激光器-光伏阵列组切入工作状态，切除该处于非正常工作状态的激光器、光伏阵列支路，并标记其为疑似问题支路；
13、等待若干时间后，重新启用所述疑似问题支路，通过检测该支路输出功率，判定其是否回归正常工作状态；若输出功率正常，则判断其可以回归正常工作状态；若输出功率依旧低于预期输出功率，或出现温度控制器显示温度报警现象，则判断其仍处于非正常工作状态；
14、每次重启所述疑似问题支路之间的时间间隔逐渐增大，当经过m次重启后，该支路仍然未能正常工作，则将其标记为问题支路，并上报故障至上位机。
15、优选地，针对不可恢复性损伤问题，永久性切除该问题支路，并上报故障信号，基于n-1安全准则，系统能够工作在缺额运行模式，最大输出功率降低为原来的n-1/n，能够保持系统的安全平稳可靠运行。
16、优选地，所述系统功率拓展时，增添对应的激光器-光伏阵列组，形成新的激光能量传输链路，模块化后挂载在对应的电源母线上。
17、优选地，所述激光器与光伏阵列采用自然冷却、风冷或水冷来进行温度控制。
18、与现有技术相比，本专利技术激光无线传能系统，利用多链路并行、协同传能特性，其在功率扩展能力、控制灵活性、安全可靠性、容错控制能力四个方面均具有一定的优势，具有以下有益效果：
19、1)通过激光器集群取代单体大功率激光器，解决了目前大功率、高效率、高光束质量激光器技术不成熟的问题，通过光伏阵列集群取代单体大面积光伏阵列，解决了目前大功率、高效率、大面积光伏技术不成熟的问题。
20、2)采用激光器-光伏阵列集群，以技术更为成熟、成本更为可控的电力电子变换器数量增多为代价，换取了在激光器、透镜镜头方面的设计优势，具有更低的系统成本。
21、3)分散结构模块化设计，具有优秀的功率扩展能力。
22、4)将单条传能链路扩展为多条本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分散结构激光无线能量传输系统，其特征在于，包括多条独立控制的激光能量传输链路，各条激光能量传输链路通过上位激光功率总控进行协同控制；其中，每条激光能量传输链路上设置有共同工作或切断的激光器-光伏阵列组，在系统中形成激光器-光伏阵列集群；
2.根据权利要求1所述的一种分散结构激光无线能量传输系统，其特征在于，所述各条激光能量传输链路的启用与切除，通过激光能量传输链路上设置有的电力电子变换器或断路器来实现。
3.根据权利要求2所述的一种分散结构激光无线能量传输系统，其特征在于，每条激光能量传输链路等效为集中式结构激光无线能量传输子系统；
4.根据权利要求3所述的一种分散结构激光无线能量传输系统，其特征在于，每条激光能量传输链路的三维转台独立控制，多个激光器对准同一个目标的多个光伏阵列，或多个激光器对准不同目标的多个光伏阵列，或多个激光器对准同一个光伏阵列。
5.根据权利要求3所述的一种分散结构激光无线能量传输系统，其特征在于，所述系统还设置有均光片，视实际需求安装在光能发射单元或接收端。
6.根据权利要求1所述的一种
7.根据权利要求6所述的一种分散结构激光无线能量传输系统，其特征在于，异常情况下，某条激光能量传输链路中激光器和光伏阵列处于非正常工作状态，让目前其它处于旁路/空闲状态的激光器-光伏阵列组切入工作状态，切除该处于非正常工作状态的激光器、光伏阵列支路，并标记其为疑似问题支路；
8.根据权利要求7所述的一种分散结构激光无线能量传输系统，其特征在于，针对不可恢复性损伤问题，永久性切除该问题支路，并上报故障信号，基于N-1安全准则，系统能够工作在缺额运行模式，最大输出功率降低为原来的N-1/N，能够保持系统的安全平稳可靠运行。
9.根据权利要求1所述的一种分散结构激光无线能量传输系统，其特征在于，所述系统功率拓展时，增添对应的激光器-光伏阵列组，形成新的激光能量传输链路，模块化后挂载在对应的电源母线上。
10.根据权利要求1所述的一种分散结构激光无线能量传输系统，其特征在于，所述激光器与光伏阵列采用自然冷却、风冷或水冷来进行温度控制。
...【技术特征摘要】
1.一种分散结构激光无线能量传输系统，其特征在于，包括多条独立控制的激光能量传输链路，各条激光能量传输链路通过上位激光功率总控进行协同控制；其中，每条激光能量传输链路上设置有共同工作或切断的激光器-光伏阵列组，在系统中形成激光器-光伏阵列集群；
2.根据权利要求1所述的一种分散结构激光无线能量传输系统，其特征在于，所述各条激光能量传输链路的启用与切除，通过激光能量传输链路上设置有的电力电子变换器或断路器来实现。
3.根据权利要求2所述的一种分散结构激光无线能量传输系统，其特征在于，每条激光能量传输链路等效为集中式结构激光无线能量传输子系统；
4.根据权利要求3所述的一种分散结构激光无线能量传输系统，其特征在于，每条激光能量传输链路的三维转台独立控制，多个激光器对准同一个目标的多个光伏阵列，或多个激光器对准不同目标的多个光伏阵列，或多个激光器对准同一个光伏阵列。
5.根据权利要求3所述的一种分散结构激光无线能量传输系统，其特征在于，所述系统还设置有均光片，视实际需求安装在光能发射单元或接收端。
6.根据权利要求1所述的一种分散结构激光无线能量传输系统...
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