一种多中继无线恒流恒压供电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及无线充电技术领域，具体公开了一种多中继无线恒流恒压供电系统及其控制方法，通过频率调节，控制系统工作频率为恒压输出特性频率f1或恒流输出特性频率f2，使系统输出保持在恒压/恒流特性，不增加系统体积，控制简单，有效改善了高压输电线路在线监测设备进行供电的安全、可靠、稳定性问题。若进一步需保持在特定电压的恒压充电或特定电流的恒流充电，只需进一步改变全桥逆变器的输出电压即可，控制简单，可满足充电设备的各种充电需求。可满足充电设备的各种充电需求。可满足充电设备的各种充电需求。

【技术实现步骤摘要】
一种多中继无线恒流恒压供电系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及无线充电
，尤其涉及一种多中继无线恒流恒压供电系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着智能电网的发展，高压输电线路在线监测设备的应用也越来越广泛，其发挥的作用也愈加明显，而如何为高压输电线路在线监测设备提供一个安全、稳定、可靠的供电电源是一个亟待解决的关键问题。传统供电采用“光伏+蓄电池”或者“PT+超级电容”组合供电方式存在供电不稳定、体积过大等问题，很难为在线监测设备提供一个安全可靠的低压供电电源。
[0003]无线供电技术由于其安全可靠、不需要直接接触为高压输电线路在线监测设备提供了一种新的供电思路。这种供电方式主要是通过挂载在输电线路上的电流互感器获取输电线路磁场中的能量，然后利用无线电能传输技术，通过多个同轴等间距排列的中继线圈构成多中继无线供电(Multi
‑
Relay Wireless Power Transfer,MR
‑
WPT)系统，将能量传输到在线监测设备中的蓄电池中，从而保证监测设备持续工作。
[0004]目前，采用多中继无线供电系统为高压输电线路在线监测设备供电，需要考虑充电的安全性和快速性，常用的充电方式为恒压/恒流。目前已有的恒压/恒流充电方式中，如通过增加前、后级直直变换器或通过混合拓扑+额外开关的导通与关断来实现恒流/恒压充电，但这些方法控制较为系统复杂，系统体积较大。如何在基本不增加系统的体积的同时较为简单地控制系统参数来实现恒压/恒流输出是本专利技术着重解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种多中继无线恒流恒压供电系统及其控制方法，解决的技术问题在于：如何在基本不增加系统的体积的同时较为简单地控制系统参数来实现恒压/恒流输出。
[0006]为解决以上技术问题，本专利技术提供一种多中继无线恒流恒压供电系统，包括发射单元、中继单元和接收单元，所述发射单元包括直流输入电源，其直流输入电压为U
dc
，所述直流输入电源电连接全桥逆变器，所述全桥逆变器电连接有发射线圈L1，发射线圈L1串联谐振电容C1形成发射回路；所述中继单元包括中继线圈L2，中继线圈L2串联谐振电容C2形成第一个中继回路，中继线圈L2与发射线圈L1磁耦合，其互感为M
12
；所述中继单元还包括中继线圈L3，中继线圈L3串联谐振电容C3形成第二个中继回路，中继线圈L3与中继线圈L2磁耦合，其互感为M
23
；以此类推，直至第n
‑
2个中继线圈L
n
‑1串联谐振电容C
n
‑1形成第n
‑
2个中继回路；所述接收单元包括接收线圈L
n
，接收线圈L
n
与中继线圈L
n
‑1磁耦合，其互感为M
(n
‑
1)n
，接收线圈L
n
串联谐振电容C
n
后与整流器进行电连接，所述整流器与负载电阻R
L
电连接，线圈L
i
的寄生电阻为R
i
，线圈L
i
与线圈L
j
之间的耦合系数为k
ij
，i＝1,2,
…
,n，j＝1,2,
…
,n，且i≠j，n≥3；
[0007]所有线圈结构相同且均匀排列，有L
i
＝L；
[0008]恒压输出特性频率f1为Z
P
＝Z
Q
时所计算出来的工作频率，Z
P
、Z
Q
是为了方便计算所
定义的中间变量，其中：
[0009][0010]α＝[k
12 k
13
ꢀ…ꢀ
k
1(n
‑
1)
]T
,β＝[k
1(n
‑
1) k
1(n
‑
2)
ꢀ…ꢀ
k
12
]T
，
[0011][0012]α、β、Λ是为了简化Z
P
、Z
Q
所定义的中间变量，ω
o
为系统谐振角频率，ω为需要计算的恒压输出特性频率f1所对应的角频率，上标T表示矩阵转置；
[0013]恒流输出特性频率f2为Z
P
＝0时所计算出来的工作频率。
[0014]具体的，当系统工作在恒压输出特性频率f1时，系统输出电压U
n
＝U1，U1为所述全桥逆变器的输出电压。
[0015]具体的，当系统工作在恒流输出特性频率f2时，系统输出电流I
n
＝U1/Z
Q
。
[0016]优选的，所述直流输入电源由挂载在输电线路上的电流互感器获取输电线路磁场中的能量再进一步转化而得。
[0017]优选的，在所述直流输入电源与所述高频逆变器之间设置有升降压电路，用于升高或降低所述高频逆变器的输入电压从而降低或升高所述高频逆变器的输出电压。
[0018]优选的，在所述电流互感器与所述直流输入电源之间设置有升降压电路，用于升高或降低所述直流输入电源的输出电压。
[0019]本专利技术还提供一种多中继无线恒流恒压供电系统的控制方法，包括：实时获取接受侧充电设备的充电需求，若所述充电需求为恒压充电，则控制所述全桥逆变器工作在恒压输出特性频率f1，若所述充电需求为恒流充电，则控制所述全桥逆变器工作在恒流输出特性频率f2。
[0020]进一步地，若所述充电需求为特定电压的恒压充电，则控制所述全桥逆变器工作在恒压输出特性频率f1，且通过改变所述直流输入电源的输出电压的方式控制所述全桥逆变器的输出电压为所述特定电压。
[0021]进一步地，若所述充电需求为特定电流I
n
'的恒流充电，则控制所述全桥逆变器工作在恒流输出特性频率f2，且通过改变所述直流输入电源的输出电压的方式控制所述全桥逆变器的输出电压为I
n
'Z
Q
。
[0022]本专利技术提供的一种多中继无线恒流恒压供电系统及其控制方法，通过频率调节，使系统输出保持在恒压/恒流特性，不增加系统体积，控制简单，有效改善了高压输电线路在线监测设备进行供电的安全、可靠、稳定性问题。若进一步需保持在特定电压的恒压充电或特定电流的恒流充电，只需进一步改变全桥逆变器的输出电压即可，控制简单，可满足充电设备的各种充电需求。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例提供的一种三中继无线恒流恒压供电系统的电路拓扑图；
[0024]图2是本专利技术实施例提供的图1的等效电路图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图具体阐明本专利技术的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本专利技术的限定，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多中继无线恒流恒压供电系统，包括发射单元、中继单元和接收单元，所述发射单元包括直流输入电源，其直流输入电压为U
dc
，所述直流输入电源电连接全桥逆变器，所述全桥逆变器电连接有发射线圈L1，发射线圈L1串联谐振电容C1形成发射回路；所述中继单元包括中继线圈L2，中继线圈L2串联谐振电容C2形成第一个中继回路，中继线圈L2与发射线圈L1磁耦合，其互感为M
12
；所述中继单元还包括中继线圈L3，中继线圈L3串联谐振电容C3形成第二个中继回路，中继线圈L3与中继线圈L2磁耦合，其互感为M
23
；以此类推，直至第n
‑
2个中继线圈L
n
‑1串联谐振电容C
n
‑1形成第n
‑
2个中继回路；所述接收单元包括接收线圈L
n
，接收线圈L
n
与中继线圈L
n
‑1磁耦合，其互感为M
(n
‑
1)n
，接收线圈L
n
串联谐振电容C
n
后与整流器进行电连接，所述整流器与负载电阻R
L
电连接，线圈L
i
的寄生电阻为R
i
，线圈L
i
与线圈L
j
之间的耦合系数为k
ij
，i＝1,2,
…
,n，j＝1,2,
…
,n，且i≠j，n≥3；其特征在于：所有线圈结构相同且均匀排列，有L
i
＝L；恒压输出特性频率f1为Z
P
＝Z
Q
时所计算出来的工作频率，Z
P
、Z
Q
是为了方便计算所定义的中间变量，其中：α＝[k
12 k
13
ꢀ…ꢀ
k
1(n
‑
1)
]
T
,β＝[k
1(n
‑
1) k
1(n
‑
2)
ꢀ…ꢀ
k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡峰铭，谢贤，唐家宾，苗鹏，于肖杰，唐秀国，肖静，梁春柳，李华，吴晓锐，吴宁，严陆，蒋时军，苏国栋，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：