CN105680578B - 无线电能传输系统副边异常保护方法 - Google Patents

无线电能传输系统副边异常保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线电能传输系统副边异常保护方法，包括以下步骤：在副边电路中设置检测模块，并得到N种异常状态；在副边补偿网络上并联主动失谐电容阵，通过主动失谐电容阵可得到至少N个开关组合状态和N个不同的电容值；将每种异常状态对应一组开关组合状态，当检测到异常状态信号时，使主动失谐电容阵输出对应的电容值，让系统失谐并在原边产生对应的电压电流过零点时差；通过电压采样电路和电流采样电路得到电压电流过零点时差Tdelay；判断电压电流过零点时差Tdelay所属的异常状态，并控制相应的电路执行相应的保护动作。有益效果：占用空间小、成本低、易于实现；独立性好；实时性高，响应快；可靠性高，稳定性好。

Description

无线电能传输系统副边异常保护方法
技术领域
本发明涉及无线电能传输领域，具体的说是一种无线电能传输系统副边异常保护方法。
背景技术
随着无线电能传输技术基础研究的日益成熟及产业化的不断推广，系统的稳定性及可靠性也越来越受到重视，为保证系统的稳定性与可靠性，一般会设计较多的检测及相应的保护模块。对于原边电路的检测及保护，可以通过原边控制器直接处理。然而对于副边电路的保护，大多情况下也是通过原边电路的控制方案进行相应的保护。
目前，针对副边电路的保护，使用较多的方法是通过增加额外的通讯模块，如RF、无线通讯模块、红外等方式实现副边电路检测结果的传输，然而增加模块的方式既增加了控制的复杂难度又增加了系统的成本，并且占用空间大，稳定性差，且在一些特殊的环境下，不能正常工作，可靠性低，不能满足人们的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种无线电能传输系统副边异常保护方法，实时对副边电路的工作情况进行检测，通过造成主动失谐的方式将副边电路信号反馈给原边电路，对副边电路进行保护，方法简单、易于实现、稳定性好，解决了以往副边保护系统成本高、控制难度大的问题。
为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
一种无线电能传输系统副边异常保护方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：在无线电能传输系统的副边电路中设置检测模块，并能得到N种异常状态；
S2：在无线电能传输系统的副边补偿网络上并联主动失谐电容阵，该主动失谐电容阵具有至少N个开关组合状态，且在这N个开关组合状态下能得到N个不同的电容输出值；
S3：副边控制器将每种异常状态对应一组开关组合状态，当检测到异常状态信号时，输出对应的开关控制信号，使得主动失谐电容阵输出对应的电容输出值，让系统失谐并在原边产生对应的电压电流过零点时差；
S4：在无线电能传输系统的原边补偿网络上连接电压采样电路和电流采样电路，原边控制器通过所述电压采样电路和电流采样电路得到电压电流过零点时差Tdelay；
S5：原边控制器判断电压电流过零点时差Tdelay所属的异常状态，并控制相应的电路执行相应的保护动作。
通过上述方法，原边电路只需要检测原边线路上的电压电流，就可以对副边电路运行状态进行实时检测及保护，方法简单，易于实现，设计成本低，应用范围广，独立性强，实时性高，稳定性好。
进一步描述，为了使应用更加方便，观察更加清晰，步骤S3中副边控制器将N种异常状态依次按序编码，主动失谐电容阵所对应的N种电容输出值也按依次递增或依次递减的顺序排列。
再进一步描述，为了使电容阵增量控制更加清晰有序，所述主动失谐电容阵中的电容均采用容值为的Co的标准电容，包括n+2路并联开关支路，其中一路由一个开关和两个电容串联而成，另一路由一个开关和四个电容串联而成，其余n路由一个开关和一个电容串联而成，主动失谐电容阵按0.25Co的分辨率依次递增或依次递减。
再进一步描述，为了使原边电路准确的判断出电压电流过零点时差Tdelay所属哪一个异常状态，原边控制器获取不同开关组合状态下电压电流过零点时差，得到其最大时差范围为(0～T)，按照由小到大的顺序分成N段，得到(T11～T12),(T21～T22),…,(TN1～TN2)，N个时间段依次对应N种异常状态，当所检测到电压电流过零点时差Tdelay时，判断Tdelay属于(T11～T12),(T21～T22),…,(TN1～TN2)中的哪一段即可得到副边电路所属的异常状态。
优选地，原边控制器通过控制原边电路中的DC-DC模块或者DC-AC模块执行副边保护动作。
本发明的有益效果：占用空间小、成本低、易于实现：只需要增加电容阵，实际成本及模块体积可较小，且不用外加电路，易于实际工程实现；独立性好：与系统的主电路相互独立，在副级检测结果正常时，不包含于系统的能量回路，不受系统电路的影响，也不影响系统；实时性高：实时检测副边电路的运行情况，当副边异常时，原边电路立刻自动实现保护动作，响应快；可靠性高，稳定性好：通过改变系统电路本身的特性实现相应的保护动作，不受环境的影响。
附图说明
图1是本发明的保护方法流程图；
图2是本发明的无线电能传输系统框图；
图3是本发明电容阵结构图；
图4是本发明是串串补偿网络电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
实施例：
以串串补偿网络为例，具体见图4
一种无线电能传输系统副边异常保护方法，结合图1和图2可以看出，包括以下步骤：
S1：在无线电能传输系统的副边电路中设置检测模块，并得到8种异常状态；检测模块设置在用电设备和/或副极能量变换模块上；
S2：在无线电能传输系统的副边补偿网络上并联主动失谐电容阵，该主动失谐电容阵具有至少8个开关组合状态，且在这8个开关组合状态下能得到8个不同的电容输出值；具体开关组合、不同的电容值如表1所示：
表1 主动失谐电容阵容值增值控制及编码
开关组合 Sf2 Sf1 Sf1,Sf2 S1 S1,Sf2 S1,Sf1 S1,Sf1,Sf2 S1,S2
主动失谐容值 0.25Co 0.5Co 0.75Co Co 1.25Co 1.5Co 1.75Co 2Co
编码序列 1 2 3 4 5 6 7 8
S3：副边控制器将每种异常状态对应一组开关组合状态，当检测到异常状态信号时，输出对应的开关控制信号，使得主动失谐电容阵输出对应的电容输出值，让系统失谐并在原边产生对应的电压电流过零点时差；
并且副边控制器将8种异常状态依次按序编码，主动失谐电容阵所对应的8种电容输出值也按依次递增的顺序排列，具体编码排序见表1，再从图3可以看出，主动失谐电容阵中的电容均采用容值为的Co的标准电容，包括n+2路并联开关支路，其中一路由一个开关和两个电容串联而成，另一路由一个开关和四个电容串联而成，其余n路由一个开关和一个电容串联而成，主动失谐电容阵按0.25Co的分辨率依次递增；
S4：在无线电能传输系统的原边补偿网络上连接电压采样电路和电流采样电路，原边控制器通过电压采样电路和电流采样电路得到电压电流过零点时差Tdelay；
串串补偿网络为例，具体见图4：
忽略副级线圈的内阻，则副边的阻抗Zs为：
其中Ls为副边线圈电感，Cs为副边电路等效电容，RL为副边电路等效电阻；
原级的阻抗Zp为：
则谐振网络的输入电流Ip为：
其中Vin输入电源电压，M为互感系数；
令：则谐振网络的输入电流Ip为：
当ε＝0时即系统处于谐振状态，有此时Ip只有实部没有虚部，与Vin为同相位，同时过零；当ε≠0时，Ip存在实部和虚部的，且实部和虚部分别为：
电流的相位差为：
则电流电压过零点的时差Tdelay为：
由上式可知，当ε≠0，且ε不同时，Tdelay的值不同，而中，保持Ls及ω的值不变，可通过改变Cs的值来实现不同的Tdelay；
S5：原边控制器判断电压电流过零点时差Tdelay所属的异常状态，并控制相应的电路执行相应的保护动作；
原边控制器获取不同开关组合状态下电压电流过零点时差，得到其最大时差范围为(0～T)，按照由小到大的顺序分成8段，得到(T11～T12),(T21～T22),…,(T81～T82)，8个时间段依次对应8种异常状态，当所检测到电压电流过零点时差Tdelay时，判断Tdelay属于(T11～T12),(T21～T22),…,(T81～T82)中的哪一段即可得到副边电路所属的异常状态；
控制相应的电路执行相应的保护动作，原边控制器通过控制原边电路中的DC-DC模块或者DC-AC模块执行副边保护动作。
在本发明中，只需要增加主动失谐电容阵，实际成本及模块体积可较小，且不用外加电路，易于实际工程实现；与系统的主电路相互独立，在副级检测结果正常时，不包含于系统的能量回路，不受系统电路的影响，也不影响系统，独立性好；实时检测副边电路的运行情况，当副边异常时，原边电路立刻自动实现保护动作，响应快；通过改变系统电路本身的特性实现相应的保护动作，不受环境的影响，可靠性高，稳定性好。
应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种无线电能传输系统副边异常保护方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：在无线电能传输系统的副边电路中设置检测模块，并能得到N种异常状态；
S2：在无线电能传输系统的副边补偿网络上并联主动失谐电容阵，该主动失谐电容阵具有至少N个开关组合状态，且在这N个开关组合状态下能得到N个不同的电容输出值；
S3：副边控制器将每种异常状态对应一组开关组合状态，当检测到异常状态信号时，输出对应的开关控制信号，使得主动失谐电容阵输出对应的电容输出值，让系统失谐并在原边产生对应的电压电流过零点时差；
步骤S3中副边控制器将N种异常状态依次按序编码，主动失谐电容阵所对应的N种电容输出值也按依次递增或依次递减的顺序排列；
S4：在无线电能传输系统的原边补偿网络上连接电压采样电路和电流采样电路，原边控制器通过所述电压采样电路和电流采样电路得到电压电流过零点时差Tdelay；
S5：原边控制器判断电压电流过零点时差Tdelay所属的异常状态，并控制相应的电路执行相应的保护动作；
所述主动失谐电容阵中的电容均采用容值为的Co的标准电容，包括n+2路并联开关支路，其中一路由一个开关和两个电容串联而成，另一路由一个开关和四个电容串联而成，其余n路由一个开关和一个电容串联而成，主动失谐电容阵按0.25Co的分辨率依次递增或依次递减。
2.根据权利要求1所述的无线电能传输系统副边异常保护方法，其特征在于：原边控制器获取不同开关组合状态下电压电流过零点时差，得到其最大时差范围为(0～T)，按照由小到大的顺序分成N段，得到(T11～T12),(T21～T22),…,(TN1～TN2)，N个时间段依次对应N种异常状态，当所检测到电压电流过零点时差Tdelay时，判断Tdelay属于(T11～T1)2,(T21～T22),…,(TN1～TN2)中的哪一段即可得到副边电路所属的异常状态。
3.根据权利要求2所述的无线电能传输系统副边异常保护方法，其特征在于：原边控制器通过控制原边电路中的DC-DC模块或者DC-AC模块执行副边保护动作。
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