[发明专利]基于阻抗匹配的感应能量收集系统最大功率追踪方法

说明书

本发明提供一种基于阻抗匹配的感应能量收集系统最大功率追踪方法，先构建感应能量收集系统模型，在感应取能单元和负载之间设置半有源整流电路；然后，确定感应取能单元的磁芯截面积、饱和磁感应强度、感应线圈绕组匝数以及系统工作角频率；然后获取负载电阻值和感应取能单元的感应电流；最后根据相关参数确定最佳初始导通时间，并控制半有源整流电路的移相角度。该方法以系统非线性磁特性的阻抗匹配思路为基础，实现了宽负载范围、宽感应电流范围的最大功率输出，有效地提高了磁能量收集系统的输出功率密度。同时，只对半有源整流器的初始导通角实行控制，实现了负载或感应电流变化条件下系统的最大功率追踪，控制系统简单。

技术领域

本发明涉及感应取能技术，具体涉及一种基于阻抗匹配的感应能量收集系统最大功率追踪方法。

背景技术

近年来，智能电网(Smart Grid,SG)一直在高速发展，以整合具有高供电可靠性的可再生能源。为保证SG的正常运行，常常通过无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)有效监控电器和电力线路的运行状态。WSN本身作为SG的关键基础设施，往往需要持续稳定的电源来实现。

传统意义上，电池被用作传感器网络节点的电源。然而，它们的容量有限，并且相对昂贵且不方便，特别是需要定期更换和维护。因此，非常需要具有自供电功能的WSN来克服上述缺点。能量收集(Energy Harvesting,EH)技术为传感器自供电提供了绝佳机会，能量收集是指从周围环境中收集固有能量，如太阳能、风能、振动能、电场能、磁场能等，然后将其转化为电能，给传感节点提供持续稳定的电能供给。由于磁能量收集(MagneticEnergy Harvesting,MEH)技术具有高功率密度，高供电可靠性，低成本，体积小等特点，被广泛应用在输电线路传感设备自供电领域。

目前的感应能量收集系统中，常常通过增加磁芯体积来达到功率提升的目的，这种往往会增加输电系统的负担，加大系统运行的风险。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的在于提出一种基于阻抗匹配的感应能量收集系统最大功率追踪方法，该方法能在不考虑非线性磁饱和特性对系统内阻抗的影响情况下，通过阻抗匹配的思路，利用半有源整流电路通过移相控制的方法对系统等效输出外阻抗进行调节，使内外阻抗实现匹配，在不同应用场景下精确实现最优移相角的控制，提升系统能量传输功率。

为了实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种基于阻抗匹配的感应能量收集系统最大功率追踪方法，其关键在于，包括以下步骤：

S1：构建感应能量收集系统模型，在感应取能单元和负载之间设置半有源整流电路；

S2：确定感应取能单元的磁芯截面积A、饱和磁感应强度B_sat、感应线圈绕组匝数N以及系统工作角频率ω；

S3：获取负载电阻值R_L和感应取能单元的感应电流，并确定感应电流有效值I_s；

S4：按照确定最佳初始导通时间t_0opt，并按照最佳初始导通角α控制半有源整流电路的移相角度，从而实现阻抗匹配以满足系统最大功率追踪。

可选地，所述感应能量收集系统设置有控制器和电流传感器，所述半有源整流电路为二极管D₁、二极管D₂，MOS管S₁和MOS管S₂构成的有源可控整流电路；所述控制器通过电流传感器确定感应电流有效值I_s，所述控制器还通过发出PWM波形控制MOS管S₁和MOS管S₂的移相角度。

可选地，在所述半有源整流电路的输出端设置有滤波电容。

可选地，所述负载可拆卸式连接在所述半有源整流电路的输出端，且负载等效电阻可变。