[发明专利]一种基于可切换LCL电路的无线电能传输系统效率优化方法

说明书

本发明提供一种基于可切换LCL电路的无线电能传输系统效率优化方法，通过在发射端设置高频逆变器，将直流输入电压变换为高频交流电压；在谐振状态下将高频交流电压作为等效电压源为接收端供电；将等效电压源作为接收端中整流桥的输入，通过整流桥输出整流桥输出电压、整流桥输出电流；根据整流桥输出电压、整流桥输出电流计算无线电能传输系统负载电阻；闭合接收端中的一个控制开关，断开其余的控制开关；配置LCL阻抗变换网络电路的网络参数，调节无线电能传输系统负载电阻，使调节后的无线电能传输系统负载电阻等于无线电能传输系统效率最高时的负载值。本发明优化传输效率时需要的元器件相对较少，控制相对简单，无需建立发射和接收端的通信。

技术领域

本发明涉及电能传输技术领域，特别是涉及一种基于可切换LCL电路的无线电能传输系统效率优化方法。

背景技术

无线电能传输系统的效率优化问题是当前电能传输技术领域研究的热点之一。对于一般的无线电能传输系统，总是存在一个最优负载使得系统效率最高。然而，在实际的工程应用中，系统的负载往往随着工况的变化而发生改变，从而导致系统效率脱离最高效率点。目前，针对此问题主要的效率优化方法包括：1)基于电力电子变换器的最大效率跟踪控制方法；2)调频控制方法；3)基于可切换电路的效率优化方法。

1)基于电力电子变换器的最大效率跟踪控制方法：此方法的主要工作原理是当系统负载脱离最优负载时，通过电力电子变换器将系统的等效阻抗变换为系统最优负载阻抗，从而实现最大效率传输。实现此方法的主要途径有：①通过移相控制方法控制系统的逆变器/有源整流器；②增加直直变换器实现等效阻抗变换。上述途径尽管通过优化等效负载提高了效率，但另一方面也导致电力电子变换器上的损耗有所增加。

2)调频控制方法：对于一个开环的无线电能传输系统，除了系统的谐振频率外，还存在两个分裂频率使得系统的总输入阻抗呈阻性，且在分裂频率处总输入阻抗与负载大小无关。调频控制方法即是通过跟踪负载变化时的分裂频率，从而维持系统效率几乎不变。但在实际工程应用中，此方法会受到ISM频段范围的限制。

3)基于可切换电路的效率优化方法：对于一套固定补偿参数的无线电能传输系统，会存在一个与此补偿参数相关的最优负载使得效率最高。反之，对于一个给定负载，可以选取一套合适的补偿参数使得系统效率最高。因此通过引入可切换电容/电感矩阵，当负载变换时，切换至合适的补偿电容/电感参数，可提高系统效率。但此方法需引入大量的无源元件以及开关器件，成本较高，可靠性较低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于可切换LCL电路的无线电能传输系统效率优化方法，用于优化现有技术中无线电能系统传输效率的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于可切换LCL电路的无线电能传输系统效率优化方法，所述无线电能传输系统包括有发射端和接收端；包括以下步骤：

在所述发射端设置高频逆变器，通过所述高频逆变器将直流输入电压变换为高频交流电压；并在谐振状态下将所述高频交流电压作为等效电压源为所述接收端供电；

将所述等效电压源作为所述接收端中整流桥的输入，通过所述整流桥输出对应的整流桥输出电压、整流桥输出电流；

根据所述整流桥输出电压、整流桥输出电流计算所述无线电能传输系统负载电阻；

闭合所述接收端中的一个控制开关，断开其余的控制开关；配置LCL阻抗变换网络电路的网络参数，调节所述无线电能传输系统负载电阻，使调节后的所述无线电能传输系统负载电阻等于所述无线电能传输系统效率最高时的负载值。

可选地，确定所述无线电能传输系统效率最高时最优负载值的表达式，有：

其中，R_Lopt为所述无线电能传输系统效率最高时的系统负载电阻；