多逆變器并聯(lián)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的恒流控制及環(huán)流抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及感應(yīng)電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及多逆變器并聯(lián)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng) 環(huán)流抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 感應(yīng)電能傳輸技術(shù)已應(yīng)用于軌道交通列車、電動汽車等移動設(shè)備供電。它與傳統(tǒng) 依靠導(dǎo)體直接物理接觸的電能傳輸技術(shù)相比，其傳輸電能的過程不受污垢、冰、積水以及其 他化學(xué)物質(zhì)的影響，有效地提高了供電安全性和可靠性，有著良好的應(yīng)用前景。
[0003] 感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作過程為：工頻交流電經(jīng)過整流器整流成直流電， 直流電輸入到高頻逆變器裝置后變換成高頻的交流電；高頻的交流電在初級線圈上激發(fā)高 頻磁場;與初級線圈并不直接接觸的次級能量拾取線圈通過高頻磁場近場耦合感應(yīng)出同頻 交變電壓，經(jīng)過次級電路的電能變換裝置變換成負(fù)載所需的電能形式供給負(fù)載，實(shí)現(xiàn)能量 的非接觸式傳輸。
[0004] 近年來，越來越多的研究將感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)應(yīng)用到公共交通中，系統(tǒng)能量供給 電源須要提供的功率要達(dá)到上百kVA或更大。在單逆變器裝置作為能量供給電源的方案下， 由于高耐壓、高耐流和高頻率的半導(dǎo)體器件相當(dāng)昂貴或市場上根本不存在，因此，僅靠單逆 變器裝置方案無法實(shí)現(xiàn)。采用多逆變器并聯(lián)構(gòu)成的高頻逆變器裝置能提高系統(tǒng)能量供給電 源的功率等級，但由于電子元器件的誤差、以及逆變器輸入直流電壓的誤差等因素，使得并 聯(lián)的高頻逆變器之間存在差異，各個(gè)逆變器單元之間存在較大環(huán)流;該環(huán)流的存在會增加 能量流過功率開關(guān)器件的電流，使得逆變器單元過流或過載，提供的功率不均等，降低感應(yīng) 電能傳輸系統(tǒng)的整體性能。為了簡化感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的次級能量拾取端的控制，通過控 制初級線圈電流達(dá)到設(shè)計(jì)值，使次級能量拾取端獲得正比于初級線圈電流值的恒定電壓輸 出。由此，需要對多逆變器并聯(lián)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的恒流控制及環(huán)流抑制方法展開研究。
[0005] 多逆變器并聯(lián)感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中，已有的環(huán)流抑制方法有兩種:方法一是通過 檢測電流幅值和相位(過零比較測量相位、最大值檢測測量幅值），將電流幅值和相位作為 PI調(diào)節(jié)器的反饋量，通過逆變器輸出電壓的基波幅值調(diào)節(jié)和逆變器輸出電壓的移相調(diào)節(jié)實(shí) 現(xiàn)多逆變器之間的環(huán)流抑制。其存在的問題是，硬件電路復(fù)雜，由于電流的高頻特性，電流 的相位檢測容易受外界的干擾，并且當(dāng)電流畸變時(shí)，硬件檢測過零點(diǎn)得到的相位存在誤差， 控制器得到的電流反饋值不準(zhǔn)確，進(jìn)而導(dǎo)致環(huán)流抑制不理想。方法二是帶鎖相環(huán)的有功無 功電流分解法，利用鎖相后的正弦傅里葉變換和余弦傅里葉變換算出各個(gè)逆變器支路有功 電流和無功電流，將有功電流和無功電流作為PI調(diào)節(jié)器的反饋量通過逆變器輸出電壓的基 波幅值調(diào)節(jié)和逆變器輸出電壓的移相調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)多逆變器之間的環(huán)流抑制。其存在的問題 是，鎖相環(huán)模塊使得控制系統(tǒng)和硬件電路更復(fù)雜，若鎖相環(huán)設(shè)計(jì)不當(dāng)容易造成算出的逆變 器支路有功電流無功電流存在誤差，控制器得到的反饋值不準(zhǔn)確，并聯(lián)的高頻逆變器之間 仍存在較大的環(huán)流。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種多逆變器并聯(lián)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的恒流控制及 環(huán)流抑制方法，該方法的硬件電路簡單，算法復(fù)雜程度低，得到的反饋值更準(zhǔn)確，環(huán)流抑制 效果好。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種多逆變器并聯(lián)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的恒流控制 及環(huán)流抑制方法，包括以下步驟：
[0008] A、電流采樣器在一個(gè)系統(tǒng)工作周期T內(nèi)，采集得到:初級線圈電流信號i(t)的離散 值1(1)，1=11'氣21'氣...，111'氣...，階/財(cái)卩逆變器1^的支路電流信號11^)的離散值1 1{ (tn),tn=lT/N,2T/N,. . . ,nT/N,. . . ,NT/N；
[0009] 其中：t為時(shí)間，N是一個(gè)系統(tǒng)工作周期T內(nèi)電流采樣器采集得到的初級線圈電流信 號i(t)的離散值i(tn)或逆變器k的支路電流信號i k(t)的離散值ik(tn)的總數(shù)，^是初級線 圈電流信號i(t)第η個(gè)離散值i(t n)或逆變器k的支路電流信號ik(t)第η個(gè)離散值。(^)對 應(yīng)的時(shí)刻，k是逆變器的序號、k=l，2,3,. . .，Κ，Κ是逆變器的總數(shù)；
[0010] Β、控制器同步給出參考正弦信號S(t)的離散值S(tn)，S(tn) = sin( ω tn)和參考余 弦信號C(t)的離散值以1)，以")=(^(?1);其中，《為系統(tǒng)工作頻率，《=231/!';
[0011] C、將A步的初級線圈電流信號i(t)的離散值i(tn)與B步的參考正弦信號S(t)的離 散值S(tn)相乘得到初級線圈的參考正弦積離散值is(tn);將A步的初級線圈電流信號i(t) 的離散值i(t n)與B步的參考余弦信號C(t)的離散值C(tn)相乘得到初級線圈的參考余弦積 離散值i°(t n);
[0012] 將A步的逆變器k的支路電流信號ik(t)的離散值ik(tn)與B步的參考正弦信號S(t) 的離散值S(t n)相乘得到逆變器k支路的參考正弦積離散值isk(tn);將A步的逆變器k的支路 電流信號ik(t)的離散值i k(tn)與B步的參考余弦信號C(t)的離散值C(tn)相乘得到逆變器k 支路的參考余弦積離散值i°k(tn);
[0013] D、將一個(gè)系統(tǒng)工作周期T內(nèi)的初級線圈所有的參考正弦積離散值is(tn)和初級線 圈所有的參考余弦積離散值ie(tn)分別經(jīng)過截止頻率為ω/10的數(shù)字低通濾波器濾除交流 分量，相應(yīng)得到初級線圈的參考正弦積直流分量is與初級線圈的參考余弦積直流分量i。；
[0014] 將一個(gè)系統(tǒng)工作周期T內(nèi)的逆變器k支路所有的參考正弦積離散值isk(tn)和逆變 器k支路所有的參考余弦積離散值1\(1)分別經(jīng)過截止頻率為ω/10的數(shù)字低通濾波器濾 除交流分量，相應(yīng)得到逆變器k支路的參考正弦積直流分量i sk與逆變器k支路的參考余弦積 直流分量ick;
[0015] E、根據(jù)D步得到的初級線圈的參考正弦積直流分量is與初級線圈的參考余弦積直 流分量i。，算出初級線圈電流幅值Im，
[0016] 根據(jù)D步得到的逆變器k支路的參考正弦積直流分量isk、逆變器k支路的參考余弦 積直流分量i a、初級線圈的參考正弦積直流分量i s和初級線圈的參考余弦積直流分量i。， 分別算出逆變器k的支路虛擬有功值PkJk = SGsisl^icidO和逆變器k的支路虛擬無功值Qk， Qk=2(icisk-isick)；
[0017] F、根據(jù)逆變器k的支路虛擬有功值Pk和初級線圈電流幅值Im，算出逆變器k的支路 有功電流值
根據(jù)逆變器k的支路虛擬無功值Qk和初級線圈電流幅值I m，算 出逆變器k的支路無功電流值
[0018] G、將F步驟的逆變器k的支路無功電流值￡作為PI調(diào)節(jié)器一的逆變器k環(huán)流抑制的 支路無功電流反饋信號，將PI調(diào)節(jié)器一的逆變器k環(huán)流抑制的支路無功電流的給定值設(shè)為 0,通過PI調(diào)節(jié)器一的調(diào)節(jié)得到逆變器k的支路無功電流放大誤差再將該逆變器k的支 路無功電流放大誤差/^輸入脈寬調(diào)制器，通過脈寬調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對逆變器k輸出電壓的相位 調(diào)節(jié)，從而對逆變器k的支路無功電流值進(jìn)行抑制；
[0019] 同時(shí)，將F步得到的所有逆變器k的支路有功電流值g的平均值
為PI調(diào)節(jié)器二的逆變器k支路有功電流的給定值，將F步的逆變器k的支路有功電流值g作 為PI調(diào)節(jié)器二的逆變器k的環(huán)流抑制的支路有功電流反饋信號，通過PI調(diào)節(jié)器二的調(diào)節(jié)得 到逆變器k的支路有功電流放大誤差;
[0020] 將逆變器k的支路有功電流放大誤差^與初級線圈電流幅值的系統(tǒng)設(shè)定值Im ref p iP -I - 相加作為PI調(diào)節(jié)器三的初級線圈電流幅值給定值，將F步的初級線圈電流幅值Im作為PI調(diào) 節(jié)器三的初級線圈電流幅值反饋信號，通過PI控制器三的調(diào)節(jié)得到下一階段的逆變器k輸 出電壓基波幅值輸入脈寬調(diào)制器，通過脈寬調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對逆變器k輸出電壓的基波幅值調(diào) 節(jié)，從而對逆變器k的支路有功電流值進(jìn)行均分控制。
[0021] 本發(fā)明的主要工作原理是：
[0022] 電流采集器采集初級線圈電流和各個(gè)并聯(lián)逆變器支路電流的瞬時(shí)值，通過無鎖相 環(huán)的快速有功無功電流分解法得到初級線圈電流幅值、各個(gè)并聯(lián)逆變器支路的有功電流值 和無功電流功值作為PI調(diào)節(jié)器的反饋值，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后作用于各個(gè)逆變器輸出電壓的 基波幅值和各個(gè)逆變器輸出電壓的相位，經(jīng)過反饋調(diào)節(jié)使初級線圈電流恒定，各個(gè)并聯(lián)逆 變器支路的有功電流均分，各個(gè)并聯(lián)逆變器支路的無功電流得到抑制。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0024] 借助各個(gè)并聯(lián)逆變器支路電流和初級線圈電流的瞬時(shí)值，與參考正弦信號、參考 余弦信號經(jīng)過處理后得到初級線圈電流幅值、各個(gè)并聯(lián)逆變器支路的有功電流值和無功電 流功值作為PI調(diào)節(jié)器的反饋值。這種無鎖相環(huán)的快速有功無功電流分解法，減少了算法的 復(fù)雜程度。并且，由于只需測量初級線圈電流和各個(gè)并聯(lián)逆變器支路電流的瞬時(shí)值，而無需 利用硬件電路(過零比較測量相位、最大值檢測測量幅值)同時(shí)測量初級線圈電流和各個(gè)并 聯(lián)逆變器支路電流的幅值和相位，也無需借助鎖相環(huán)節(jié)進(jìn)行有功無功電流分解;從而簡化 了硬件電路，避免由于鎖相環(huán)設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致逆變器之間的環(huán)流抑制效果不佳;其得到的反 饋值更加準(zhǔn)確，環(huán)流抑制效果好，尤其適用于多逆變器并聯(lián)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)。
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0026] 圖1是一個(gè)多逆變器并聯(lián)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)使用本發(fā)明方法前的初級線圈電 流、逆變器1支路電流、逆變器2支路電流波形圖。
[0027] 圖2是一個(gè)多逆變器并聯(lián)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)使用本發(fā)明方法后的初級線圈電 流、逆變器1支路電流、逆變器2支路電流波形圖。
【具體實(shí)施方式】 [0028] 實(shí)施例
[0029] -種多逆變器并聯(lián)的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的恒流控制及環(huán)流抑制方法，包括以下步 驟：
[0030] A、電流采樣器在一個(gè)系統(tǒng)工作周期T內(nèi)，采集得到:初級線圈電流信號i(t)的離散 值1(1)，1=11'氣21'氣...，111'氣...，階/財(cái)卩逆變器1^的支路電流信號1 1^)的離散值11{ (tn),tn=lT/N,2T/N,. . . ,nT/N,. . . ,NT/N；
[0031] 其中：t為時(shí)間，N是一個(gè)系統(tǒng)工作周期T內(nèi)電流采樣器采集得到的初級線圈