[发明专利]感应耦合电能传输系统双端供电电源控制方法

说明书

一种感应耦合电能传输系统双端供电电源控制方法，感应电能传输系统包括两个发射侧高频逆变装置、发射线圈、拾取线圈和拾取侧整流装置，两个发射侧高频逆变装置从两端向同一个发射线圈供电，形成双端供电结构。其特征在于，在双端供电结构的感应电能传输系统两个并联的第一逆变器模块INVL和第二逆变器模块INVR采用独立控制器，第一逆变器模块INVL构建电流均衡PI控制器，第二逆变器模块INVR构建电流均衡PI控制器和功率均衡PI控制器，实现在电路参数不一致时双端供电系统两并联逆变器模块输出电流和功率均衡。

技术领域

本发明涉及一种感应耦合电能传输系统双端供电电源控制方法。

背景技术

感应耦合电能传输(inductive coupled power transfer，ICPT)技术是一种基于法拉第感应定律、无需物理接触即可实现电能传输的技术。由于其具有安全、可靠、方便、无污染等优点，目前在生物医疗设备、电子设备充电、电动汽车充电、轨道交通供电等领域得到越来越多应用。在轨道交通领域，现有车辆多采用受电弓或者第三轨方式供电，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，车辆脱网断电等问题，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。采用感应电能传输技术可以解决上述问题，同时还可避免潮湿、水下等环境用电设备存在电击的潜在危险，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。

应用在轨道交通领域的长距离ICPT供电系统，根据地面变流器配置，可分为集中式、分散式及双端供电方式。集中式供电通过一台较大容量的地面变流器向变流器两侧较长的轨道发射线圈供电，分散式供电通过多台容量较小的变流器分别向长度较短的轨道发射线圈定向供电，双端供电是位于轨道发射线圈两端的变流器并联向该段发射线圈供电。集中式和分散式分别存在馈线长和成本高的问题，因此双端供电方式是长距离ICPT供电的折中方案。由于双端供电结构包含并联的两套高频逆变器模块及补偿结构，高频逆变器输出电压及补偿参数差异会造成电流和功率不均衡，以及两台逆变器环流问题。目前，各国专家针对多台高频逆变器并联及补偿结构并联的系统电流和功率均衡问题开展了研究。

Z.Ye,P.K.Jain and P.C.Sen等在文献“Circulating Current Minimization inHigh-Frequency AC Power Distribution Architecture With Multiple InverterModules Operated in Parallel[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2007,54(5):2673-2687.”中提出一种基于分解有功和无功电流的电流均衡策略，该策略是基于傅里叶分解有功电流和无功电流，然后闭环控制高频逆变器移相角来使无功电流为零，闭环控制高频逆变器脉宽来控制有功电流和输出电压，最终实现多逆变器电流均衡。

麦瑞坤，陆立文，李勇等在文献“两逆变器并联IPT系统的环流消除方法研究[J].电工技术学报,2016,31(03):8-15.”中提出一种相量调节的电流均衡控制策略。该策略以发射线圈电流为参考，计算出各个并联支路的虚拟有功无功分量，然后闭环调节高频逆变器移相角来使虚拟无功分量为零，闭环调节高频逆变器脉宽来控制虚拟有功分量，从而实现各并联电流的均衡。

相比目前已有高频逆变并联电流均衡控制策略所解决的问题，应用于轨道交通长距离双端供电时，两端逆变器模块会使用独立控制器，则造成驱动信号相位难以一致，高频逆变器输出电压有相位差，最终各逆变器模块电流和功率不均衡。因此上述的文献提出的控制方法制策略均无法使用。

为此，张建文，王鹏，王晗等在文献“多逆变器并联的均流控制策略[J].电工技术学报,2015,30(18):61-68.”中提出采用高速光纤来使双端供电系统独立控制器时钟同步，并采用脉冲延时补偿方案解决电流均衡问题。但是，该方法存在长距离使用高速光纤、脉冲延时补偿难于准确保证电压相位差、各逆变器输出侧串联电感参数差异会造成电流相位差等问题。