[发明专利]多逆变器并联感应电能传输系统的功率调节方法

说明书

一种多逆变器并联感应电能传输系统功率调节方法，通过使高频逆变器模块处于续流状态将匹配变压器单元原边绕组短路的方法改变匹配变压器组合成输出电压脉冲幅值；系统k台高频逆变器模块中，全部k台高频逆变器模块处于工作状态时，匹配变压器组合成输出电压脉冲幅值为UP，m台高频逆变器模块处于工作状态，(k‑m)台高频逆变器模块处于续流状态时，m＝1,2,3,...,k，匹配变压器组合成输出电压脉冲幅值为m×UP/k。同时将系统额定输出功率P分为k个功率等级，每个等级为m×P/k。检测系统输出功率Po并与额定输出功率P比较，当系统输出功率Po大于(m‑1)×P/k且小于等于m×P/k时，控制m台高频逆变器模块处于工作状态，(k‑m)台高频逆变器模块处于续流状态，使匹配变压器组合成输出电压脉冲幅值为m×UP/k。

技术领域

本发明涉及一种多逆变器并联感应电能传输系统的高频逆变器功率调节方法。

背景技术

感应电能无线传输技术逐渐进入工业和生活领域，应用于电动汽车充电和轨道交通车辆供电是今后的发展趋势，现有轨道交通车辆多采用受电弓或者第三轨方式供电。由于轨道交通车辆运行时，受电弓或者第三轨摩擦容易产生碳积，导致接触不良，车辆脱网断电，降低了供电系统的可靠性，也影响车辆供电系统设备使用寿命，而且受电弓或者第三轨需要高额的维护成本。应用电磁感应原理的感应电能传输实现了电能无接触传递，解决了接触供电产生火花、摩擦、碳积等问题，避免了潮湿、水下等环境用电设备存在电击的潜在危险，具有安全，可靠，方便，无污染等优点，能够取代既有电气化交通设备受电弓加接触网或者第三轨供电模式，可极大地提高供电安全性和可靠性。

但是轨道交通领域牵引功率较大，单台高频逆变器模块受电力电子器件容量的限制，无法满足大功率场合的需求，因此需要多台高频逆变器模块的串联或并联来达到轨道交通领域大功率的设计要求。同时，系统还要满足交通车辆负载变化情况下输出电压的质量要求。传统的感应电能功率传输系统功率调节方式可分为幅值调节、频率调节、移相调节、脉冲密度调节、倍频调节、谐波移相调节等。在传统多逆变器并联的感应电能传输系统控制模式中，无论负载如何变化，所有高频逆变器模块都同时工作，所有开关管都处于高频开关状态，将导致系统在轻载状况下，开关损耗大，所以降低了系统效率。

Kim J H,Lee B S,Lee J H在文献“Development of 1-MW inductive powertransfer system for a high-speed train[J].IEEE Transactions on IndustrialElectronics,2015,62(10):6242-6250.”中描述了一种电路拓扑结构，可实现大功率输出，但是没有对控制方式进行研究和说明。

Vicente Esteve,Jose Jordan在文献“Enhanced Pulse-Density-ModulatedPower Control for High-Frequency Induction Heating Inverters[J].IEEETransaction on Industrial Electronics,2015,62(11):6905-6914.”中描述了一种新型的PDM控制方式，该方法能够有效提高轻载时系统工作效率，但该方法并没有针对多逆变器模块并联结构的控制方式进行研究。

李勇,麦瑞坤,陆立文等在文献“一种采用级联型多电平技术的IPT系统谐波消除与功率调节方法[J].中国电机工程学报,2015,35(20):5278-5285.”中描述了一种级联型逆变器，采用阶梯波合成技术消除谐波，提高了系统的输出功率，但是没有考虑系统负载变化时如何进行控制。系统在轻载时，全部级联的逆变器仍然处于高频开关动作状态，导致开关损耗较大，影响系统效率。

刘超,李健宇,厉呈臣,梁玉民在文献“基于FPGA的均匀PDM感应加热电源的研究[J].电力电子技术,2013,04:36-38.”中提出了一种采用脉冲密度控制策略调节输出功率，但是在轻负载时脉冲密度数较小，会导致逆变器电流不连续，造成输出电压纹波较大。