CN104834345A - 水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法 - Google Patents
水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104834345A CN104834345A CN201510174688.XA CN201510174688A CN104834345A CN 104834345 A CN104834345 A CN 104834345A CN 201510174688 A CN201510174688 A CN 201510174688A CN 104834345 A CN104834345 A CN 104834345A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power
- signal
- moment
- magnetic resonance
- negative
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法,用于解决现有方法传输效率低的技术问题。技术方案是通过对相邻时刻采样电压和输出功率分别进行比较,将比较结果进行有效性判定和最大功率处理,并应用该结果调节PWM信号占空比D,从而控制阻抗变换器的开关管,调节接收端的特征阻抗,使得整个***时刻处于阻抗匹配状态。本发明实现了当海水波动较大导致的***传输***的输出功率变化较大时,进行快速跟踪,确保发射端和接收端的实时阻抗匹配,达到最优输出功率;当输出功率波动较小时,通过该方法进行输出功率的有效性判定,剔除过小的功率波动信号,从而稳定输出功率,保护负载并提高传输效率。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域,具体涉及一种水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法。
背景技术
专利“磁耦合谐振式无线电能传输相控电容调谐装置,201310065865.1,中国”公开了一种提高磁谐振式无线电能装置传输功率的方法。该方法所用装置包括由两个反向并联的补偿支路构成的补偿电路和一个控制***;每一个补偿支路由一个容值固定电容和一个开关管串联;所述补偿电路与谐振电容并联或串联,对谐振电路工作时因电路参数变化导致的失谐进行补偿。针对磁谐振式无线电能传输特点,运用“容值固定电容+开关管”式的相控电容调谐装置,实现了对发射电路和接收电路的谐振补偿,可使磁谐振式无线电能传输装置重新达到谐振状态,从而避免了失谐造成的传输功率的降低。该专利仅解决了装置频率失谐时候造成的功率损失问题,适应性不强;实际应用中,发射电路和接受电路间距对传输功率的影响更加显著,在海洋中,洋流和海浪会时刻影响发射电路和接收电路的间距,从而使发射线圈和接收线圈的耦合系数时刻发生改变,导致***输出功率不断变化,并且长期处于较低的水平。不但导致较低的传输效率,也严重影响负载的寿命。
发明内容
为了克服现有方法传输效率低的不足,本发明提供一种水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法。该方法通过对相邻时刻采样电压和输出功率分别进行比较,将比较结果进行有效性判定和最大功率处理,并应用该结果调节PWM信号占空比D,从而控制阻抗变换器的开关管,调节接收端的特征阻抗,使得整个***时刻处于阻抗匹配状态。本发明实现了当海水波动较大导致的***传输***的输出功率变化较大时,进行快速跟踪,确保发射端和接收端的实时阻抗匹配,达到最优输出功率;当输出功率波动较小时,通过该方法进行输出功率的有效性判定,剔除过小的功率波动信号,从而稳定输出功率,保护负载并提高传输效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案:一种水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法,其特点是包括以下步骤:
步骤一、磁谐振式无线电能传输***接收端的整流模块将接收电路中的高频交流电整流后,采样电路采样得到(k+1)时刻电压和电流值,通过低通滤波器和PI调节器后,得到Im(k+1)、Um(k+1)并输入控制器中;利用控制单元中的乘法器计算出实时功率信号P(k+1),并与k时刻的P(k)和Um(k)进行比较得到ΔP和ΔUm。
式中,Im(k+1)、Um(k+1)和P(k+1)分别表示k+1时刻的电流信号、电压信号和功率信号;P(k)和Um(k)表示k时刻的功率信号和电压信号;ΔP=P(k+1)-P(k),ΔUm=Um(k+1)-Um(k)。
步骤二、将得到的ΔP进行有效性判定,判定的方法为:引入一个功率变化的参考值ΔPref,若|△P|>△Pref,此时判定ΔP有效,输出ΔP;若|△P|≤△Pref,此时判定ΔP无效,将ΔP归零并输出ΔP。
步骤三、通过比较判定后的ΔP和ΔUm的正负和大小,控制k+1时刻控制器输出的PWM信号的占空比D,控制方法为:
I.当ΔP为正、ΔUm为正时,D增大T步长;
II.当ΔP为正、ΔUm为负时,D减小T步长;
III.当ΔP为负、ΔUm为正时,D减小T步长;
IV.当ΔP为负、ΔUm为负时,D增大T步长;
V.当ΔP为零,D不变。
式中,T为PWM信号占空比D变化的固定步长。
步骤四、控制器输出占空比为D的PWM信号,控制开关管的开通关断,从而达到阻抗的调节。
本发明的有益效果是:该方法通过对相邻时刻采样电压和输出功率分别进行比较,将比较结果进行有效性判定和最大功率处理,并应用该结果调节PWM信号占空比D,从而控制阻抗变换器的开关管,调节接收端的特征阻抗,使得整个***时刻处于阻抗匹配状态。本发明实现了当海水波动较大导致的***传输***的输出功率变化较大时,进行快速跟踪,确保发射端和接收端的实时阻抗匹配,达到最优输出功率;当输出功率波动较小时,通过该方法进行输出功率的有效性判定,剔除过小的功率波动信号,从而稳定输出功率,保护负载并提高传输效率。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法用***结构图。
图2是本发明方法接收端控制电路的MATLAB/SIMULINK仿真模型图。
图3是本发明方法的MATLAB/SIMULINK仿真模型图。
图4是本发明水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法简图。
图5是本发明水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法的流程图。
图6是采用传统最大功率跟踪***的功率波形图。
图7是本发明水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法的功率波形图。
具体实施方式
参照图1-7。本发明水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法具体步骤如下:
步骤一、磁谐振式无线电能传输***接收端的整流模块将接收电路中的高频交流电整流后,采样电路采样得到(k+1)时刻电压和电流值,通过低通滤波器和PI调节器后,得到Im(k+1)、Um(k+1)并输入控制器中;利用控制单元中的乘法器计算出实时功率信号P(k+1),并与k时刻的P(k)和Um(k)进行比较得到ΔP和ΔUm。
式中,Im(k+1)、Um(k+1)和P(k+1)分别表示k+1时刻的电流信号、电压信号和功率信号;P(k)和Um(k)表示k时刻的功率信号和电压信号;ΔP=P(k+1)-P(k),ΔUm=Um(k+1)-Um(k)。
步骤二、将得到的ΔP进行有效性判定,判定的方法为:引入一个功率变化的参考值ΔPref,若|△P|>△Pref,此时判定ΔP有效,输出ΔP;若|△P|≤△Pref,此时判定ΔP无效,将ΔP归零并输出ΔP。
步骤三、通过比较判定后的ΔP和ΔUm的正负和大小,控制k+1时刻控制器输出的PWM信号的占空比D,控制方法为:
I.当ΔP为正、ΔUm为正时,D增大T步长;
II.当ΔP为正、ΔUm为负时,D减小T步长;
III.当ΔP为负、ΔUm为正时,D减小T步长;
IV.当ΔP为负、ΔUm为负时,D增大T步长;
V.当ΔP为零,D不变。
式中,T为PWM信号占空比D变化的固定步长。
步骤四、控制器输出占空比为D的PWM信号,控制开关管的开通关断,从而达到阻抗的调节。
1、参照图1。本发明中用来实现水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法的***包括发射端谐振电路、接收端谐振电路、整流模块、控制模块、阻抗变换器和负载。
2、参照图2-3。为了进行详尽的说明,使用MATLAB/SIMULINK搭建了接收端控制电路的仿真***。其中电源电压UR为12V,电感为L为78μH,电容C为1.3mF,负载电阻RL为3Ω,开关管Q工作频率20KHZ;用step、breaker仿真模块和两个阻值为4Ω的电阻R1、R2组成的模块模拟因传输距离的改变而导致的输入阻抗的变化:初始输入阻抗为4Ω,0.025s时输入阻抗变为2Ω。在最大功率追踪方法的MATLAB/SIMULINK仿真模型中,电路的采样频率为20KHZ,高频交流电经过整流模块整流后被电压、电流检测模块采样,在k和k+1时刻采样电压和电流经过一阶惯性环节的滤波后,其值被采样保持器保持一个周期。
3、参照图4。在控制单元中计算k和k+1时刻采样的电流和电压Um(k)、Im(k+1)、Um(k+1),计算出实时功率P(k+1)和P(k),进行比较得到差值ΔP和ΔUm。将得到的ΔP再与参考功率ΔPref比较,进行有效性判定,判定方法为:
I.若|△P|>△Pref,此时判定ΔP有效,输出ΔP;
II.若|△P|≤△Pref,此时判定ΔP无效,将ΔP归零并输出ΔP。
4、参照图5。判定后的ΔP和ΔUm通过水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法实时控制PWM信号的占空比D,控制方法为:
I.当ΔP为正、ΔUm为正时,D增大T步长;
II.当ΔP为正、ΔUm为负时,D减小T步长;
III.当ΔP为负、ΔUm为正时,D减小T步长;
IV.当ΔP为负、ΔUm为负时,D增大T步长;
V.当ΔP为零,D不变。
控制器将PWM信号调制成相应占空比的信号并输出,来改变阻抗变换器特征阻抗,从而达到阻抗匹配,最终实现最大功率追踪。仿真实验中,固定步长T为0.001,步长越大,***相应的速度越快,但误差和稳态时的震荡越大;步长越小,***相应越平滑,但动态响应速度则变慢。输出的PWM信号通过驱动电路控制开关管Q开通关断,进而改变阻抗变换器的特征阻抗与***的输入阻抗相配。
5、参照图6。在同一实验条件下运用传统的最大功率追踪法,由结果可以看出:在0.025s时,***发射端阻抗发生变化,控制模块接收到变化的采样电流和采样电压并开始工作,输出功率升高至约5.3v开始震荡,这是由于传统的最大功率追踪方法当***跟踪到最大功率点附近时扰动仍然没有停止,使得***在最大功率点附近震荡。
6、参照图7。采用本发明的水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法的情况下,结果可以看出:在0.025s阻抗发生变化后,输出功率从2.3w增加至6w,并且输出功率保持稳定,并没有发生震荡。这是由于***在达到最大功率点附近时,有效性判定规则消除了扰动,输出功率更高,最大功率处震荡较小,整个波形更加平滑,输出更加稳定。
Claims (1)
1.一种水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一、磁谐振式无线电能传输***接收端的整流模块将接收电路中的高频交流电整流后,采样电路采样得到(k+1)时刻电压和电流值,通过低通滤波器和PI调节器后,得到Im(k+1)、Um(k+1)并输入控制器中;利用控制单元中的乘法器计算出实时功率信号P(k+1),并与k时刻的P(k)和Um(k)进行比较得到ΔP和ΔUm;
式中,Im(k+1)、Um(k+1)和P(k+1)分别表示k+1时刻的电流信号、电压信号和功率信号;P(k)和Um(k)表示k时刻的功率信号和电压信号;ΔP=P(k+1)-P(k),ΔUm=Um(k+1)-Um(k);
步骤二、将得到的ΔP进行有效性判定,判定的方法为:引入一个功率变化的参考值ΔPref,若|△P|>△Pref,此时判定ΔP有效,输出ΔP;若|△P|≤△Pref,此时判定ΔP无效,将ΔP归零并输出ΔP;
步骤三、通过比较判定后的ΔP和ΔUm的正负和大小,控制k+1时刻控制器输出的PWM信号的占空比D,控制方法为:
I.当ΔP为正、ΔUm为正时,D增大T步长;
II.当ΔP为正、ΔUm为负时,D减小T步长;
III.当ΔP为负、ΔUm为正时,D减小T步长;
IV.当ΔP为负、ΔUm为负时,D增大T步长;
V.当ΔP为零,D不变;
式中,T为PWM信号占空比D变化的固定步长;
步骤四、控制器输出占空比为D的PWM信号,控制开关管的开通关断,从而达到阻抗的调节。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510174688.XA CN104834345B (zh) | 2015-04-13 | 2015-04-13 | 水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510174688.XA CN104834345B (zh) | 2015-04-13 | 2015-04-13 | 水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104834345A true CN104834345A (zh) | 2015-08-12 |
CN104834345B CN104834345B (zh) | 2016-06-01 |
Family
ID=53812287
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510174688.XA Active CN104834345B (zh) | 2015-04-13 | 2015-04-13 | 水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104834345B (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107733104A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-02-23 | 西北工业大学 | 一种基于d类功率放大器的无线电能传输装置 |
US9917480B1 (en) | 2017-05-26 | 2018-03-13 | Qualcomm Incorporated | Methods and apparatus for efficient wireless power transfer |
CN108923549A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-30 | 深圳市华禹无线供电技术有限公司 | 磁耦合谐振式无线能量传输***及其最大功率点控制方法 |
CN111030315A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-04-17 | 广东电科院能源技术有限责任公司 | 水下设备的无线充电***及其线圈、最大功率追踪方法 |
CN111766552A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-10-13 | 河北工业大学 | 一种磁特性测量***的阻抗自动匹配装置及匹配方法 |
CN112054601A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-12-08 | 哈尔滨工程大学 | 一种水下弱通讯环境下无线电能传输***控制方法 |
CN112787413A (zh) * | 2020-12-26 | 2021-05-11 | 西北工业大学 | 一种mimo型磁耦合谐振无线电能传输的功率分配方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005235082A (ja) * | 2004-02-23 | 2005-09-02 | Matsushita Electric Works Ltd | 最大電力追尾制御方法及び電力変換装置 |
CN102088256A (zh) * | 2010-12-16 | 2011-06-08 | 永济新时速电机电器有限责任公司 | 光伏电池最大功率点跟踪控制方法 |
CN102163067A (zh) * | 2011-04-11 | 2011-08-24 | 武汉万鹏科技有限公司 | 太阳能最大功率跟踪方法及太阳能充电装置 |
CN103151852A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-06-12 | 天津工业大学 | 一种新型磁耦合谐振式无线电能传输装置 |
KR20130079846A (ko) * | 2012-01-03 | 2013-07-11 | 엘지전자 주식회사 | 최대전력추종장치, 이를 포함하는 태양광 발전시스템 및 이의 최대전력추종방법 |
CN103488238A (zh) * | 2013-09-24 | 2014-01-01 | 许继集团有限公司 | 应对光照强度快速变化的自适应变步长mppt控制方法 |
-
2015
- 2015-04-13 CN CN201510174688.XA patent/CN104834345B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005235082A (ja) * | 2004-02-23 | 2005-09-02 | Matsushita Electric Works Ltd | 最大電力追尾制御方法及び電力変換装置 |
CN102088256A (zh) * | 2010-12-16 | 2011-06-08 | 永济新时速电机电器有限责任公司 | 光伏电池最大功率点跟踪控制方法 |
CN102163067A (zh) * | 2011-04-11 | 2011-08-24 | 武汉万鹏科技有限公司 | 太阳能最大功率跟踪方法及太阳能充电装置 |
KR20130079846A (ko) * | 2012-01-03 | 2013-07-11 | 엘지전자 주식회사 | 최대전력추종장치, 이를 포함하는 태양광 발전시스템 및 이의 최대전력추종방법 |
CN103151852A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-06-12 | 天津工业大学 | 一种新型磁耦合谐振式无线电能传输装置 |
CN103488238A (zh) * | 2013-09-24 | 2014-01-01 | 许继集团有限公司 | 应对光照强度快速变化的自适应变步长mppt控制方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
李阳等: "磁耦合谐振式无线电能传输***最大功率效率点分析与实验验证", 《第十五届中国科协年会文集》 * |
魏学业: "《光伏发电技术及其应用》", 30 August 2013, 北京:机械工业出版社 * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9917480B1 (en) | 2017-05-26 | 2018-03-13 | Qualcomm Incorporated | Methods and apparatus for efficient wireless power transfer |
CN107733104A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-02-23 | 西北工业大学 | 一种基于d类功率放大器的无线电能传输装置 |
CN107733104B (zh) * | 2017-11-14 | 2024-04-05 | 西北工业大学 | 一种基于d类功率放大器的无线电能传输装置 |
CN108923549A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-30 | 深圳市华禹无线供电技术有限公司 | 磁耦合谐振式无线能量传输***及其最大功率点控制方法 |
CN111030315A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-04-17 | 广东电科院能源技术有限责任公司 | 水下设备的无线充电***及其线圈、最大功率追踪方法 |
CN111766552A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-10-13 | 河北工业大学 | 一种磁特性测量***的阻抗自动匹配装置及匹配方法 |
CN111766552B (zh) * | 2020-07-06 | 2022-12-27 | 河北工业大学 | 一种磁特性测量***的阻抗自动匹配装置及匹配方法 |
CN112054601A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-12-08 | 哈尔滨工程大学 | 一种水下弱通讯环境下无线电能传输***控制方法 |
CN112054601B (zh) * | 2020-08-12 | 2022-09-27 | 哈尔滨工程大学 | 一种水下弱通讯环境下无线电能传输***控制方法 |
CN112787413A (zh) * | 2020-12-26 | 2021-05-11 | 西北工业大学 | 一种mimo型磁耦合谐振无线电能传输的功率分配方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104834345B (zh) | 2016-06-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104834345A (zh) | 水下磁谐振式无线电能传输最大功率追踪方法 | |
US11101700B1 (en) | Impedance matching network optimization method for wireless power transfer system under maximum efficiency tracking | |
CN104333148B (zh) | 一种无线充电电路及其控制方法 | |
CN102882286B (zh) | 一种基于电场耦合的无线电能传输*** | |
CN106340974B (zh) | 应用于无线电能传输原边控制的阻感性负载在线识别算法 | |
CN105245025A (zh) | 一种用于实现动态无线恒定功率充电的***及其控制方法 | |
CN102969802B (zh) | 电流型无线供电***负载自适应控制方法 | |
CN103683530B (zh) | 一种数据传输方法及应用其的无线充电设备 | |
CN104659930B (zh) | 自适应频率的无线电能接收设备和方法 | |
CN103199634B (zh) | 磁耦合谐振式无线电能传输相控电容调谐装置 | |
CN109895640A (zh) | 一种电动汽车无线充电两级控制***及控制方法 | |
CN108551211A (zh) | 一种移动式无线电能传输***效率最优的闭环控制方法 | |
CN104135085A (zh) | 一种无线电能传输设备发送端频率跟踪调谐方法 | |
CN113765233B (zh) | 一种电子设备及其控制方法 | |
CN106451811A (zh) | 具有异常状态保护功能的无线电能传输***及方法 | |
CN108923549A (zh) | 磁耦合谐振式无线能量传输***及其最大功率点控制方法 | |
CN111682652B (zh) | 一种非接触传输磁机构耦合系数动态调整***和方法 | |
CN104753185A (zh) | 无线电能传输稳压控制***及其方法 | |
CN114978919A (zh) | 利用开关型非福斯特***的换能器带宽拓宽方法及装置 | |
CN104767290A (zh) | 一种感应式无线供电***双闭环恒定输出电流控制方法 | |
CN106961216B (zh) | 新型恒定输出电流buck电路 | |
CN108879869B (zh) | 基于负载特性的无线充电***原边控制方法及其实现*** | |
CN112290696A (zh) | 一种能够抑制频率***现象的无线电能传输***及方法 | |
CN109149734B (zh) | 一种无线能量传输变换器及其失谐参数设计方法和*** | |
CN110350675A (zh) | 一种动态无线电能传输***保持恒功率与最大效率的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |