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无线电能传输系统最大效率追踪及恒压输出复合控制方法

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admin 发表于 2024-12-14 02:28 | 查看全部 阅读模式

文档名:无线电能传输系统最大效率追踪及恒压输出复合控制方法
摘要:针对无线电能传输(WPT)系统的传输效率受耦合线圈之间的互感以及负载影响的特点,该文提出一种基于阻抗匹配技术的最大效率追踪及基于前馈PI控制的恒压输出复合控制方法.首先,对双边LCC型WPT系统的参数和传输效率进行分析,通过调整系统参数优化系统的传输效率.其次,在二次侧使用DC-DC变换器采用阻抗匹配的方法实现最大效率追踪,同时在一次侧采用DC-DC变换器利用前馈PI控制器闭环控制负载端电压实现恒压输出.该方法中,效率追踪和电压控制之间相互独立,互不干扰.此外,该方法还通过系统工作时的电路参数来估算线圈间的互感值,并通过线性拟合的方法对该估算互感值进行修正,得到更精确的互感估算值.最后,通过搭建实验平台验证了该方法的可行性和有效性.与PI控制相比,前馈PI控制方法在快速性和抗扰动性上均具有明显优势.

Abstract:Currently,thecriticalchallengeinthepracticalapplicationofwirelesspowertransfer(WPT)technologyliesintheinabilitytoguaranteeaconstantvoltageoutputandhigh-efficiencypowertransmission.Manyresearchershavestudiedthesetwoissues.However,mostfocusontheconstantoutputvoltageorsystemtransmissionefficiencyseparately.Therefore,thispaperproposesacompoundcontrolmethodformaximizingefficiencytrackingandmaintainingaconstantvoltageoutputinaWPTsystem.Firstly,four-switchbuck-boost(FSBB)convertersareaddedtotheprimaryandsecondarysidesinadouble-sidedLCCcompensationtopologyfortheWPTsystem.ThetransmissionpowerandefficiencyofthisstructuralWPTsystemarederived,andthecompensationcomponentparametersareanalyzed.Amethodforoptimizingthecompensationcomponentparametersispresented.Furthermore,amaximumefficiencytrackingstrategyisobtainedbytheimpedancematchingprincipleofthesecondarysideFSBBconverter.AfeedforwardPIcontrollerisdesignedbasedonthevoltagegainexpressionoftheWPTsystem,whichcontrolstheprimarysideFSBBconvertertomaintainaconstantoutputvoltageattheloadterminals.Additionally,themutualinductancevalueofthecouplingcoilisestimatedaccordingtothevoltagesandcurrentsofeachbranchduringtheoperationoftheWPTsystemandthesystem'scomponentparameters.Alinearfittingmethodisproposedtocorrecttheestimatedmutualinductancevalue.Combinedthemaximumefficiencytrackingstrategywiththeconstantvoltagecontrolstrategy,acompoundcontrolmethodisdeveloped,andaflowchartofthecontrolmethodisprovided.Finally,theproposedcompoundcontrolmethodisvalidatedthroughexperiments.Experimentalresultsshowthattheaveragerelativeerroroftheestimatedmutualinductanceandmutualinductancecorrectionis4.74%and0.69%,respectively.Theproposedmutualinductanceestimationmethodisverified.Regardingconstantvoltageoutput,thefeedforwardPIcontrolmethodhasafastresponsespeedandstrongdisturbancerejectioncomparedtothetraditionalPIcontrolmethod.Regardingmaximumefficiencytracking,whentheloadvarieswithintherangeof1~50Ω,thepowertransmissionefficiencyoftheWPTsystemremainsabove80%.Inconclusion,thispaperstudiestheimpactofsystemloadandcoildisplacementonoutputvoltageandenergytransmissionefficiencyinWPTsystems.Acompoundcontrolmethodisproposedformaximumefficiencytrackingandconstantvoltageoutput.Themainconclusionsare:(1)Thecharacteristicsofthedouble-sidedLCC-typeWPTsystemareanalyzed,andacompensationparameteroptimizationdesignmethodisproposed.(2)AmaximumefficiencytrackingmethodforWPTsystemsisintroduced,andasuitablefeedforwardPIcontrollerisdesigned.(3)AmutualinductanceestimationmethodisproposedforWPTsystems,improvingsystemrobustnessbycorrectingtheestimationresultswithlinearfitting.TheproposedcontrolmethodcanbeappliedtostaticWPToccasions,suchaselectricbicycles,AGVvehicles,andlow-speeddynamicWPTsystems.

作者:黄文聪  饶天彪  蒋煊焱  胡滢  常雨芳Author:HuangWencong  RaoTianbiao  JiangXuanyan  HuYing  ChangYufang
作者单位:湖北工业大学太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室武汉430068
刊名:电工技术学报 ISTICEIPKU
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(12)
分类号:TM724
关键词:无线电能传输  最大效率追踪  恒压输出  前馈PI控制  互感识别  
Keywords:Wirelesspowertransfer  maximumefficiencytracking  constantvoltageoutput  feed-forwardPIcontrol  mutualinductancerecognition  
机标分类号:TM724U469.72TM464
在线出版日期:2024年7月19日
基金项目:国家自然科学基金,湖北工业大学博士科研启动基金资助项目无线电能传输系统最大效率追踪及恒压输出复合控制方法[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(12)黄文聪  饶天彪  蒋煊焱  胡滢  常雨芳针对无线电能传输(WPT)系统的传输效率受耦合线圈之间的互感以及负载影响的特点,该文提出一种基于阻抗匹配技术的最大效率追踪及基于前馈PI控制的恒压输出复合控制方法.首先,对双边LCC型WPT系统的参数和传输效率进行分析...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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2024-12-14 02:28 上传
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