CN114336986A - 用于智慧变电站有轨制导车辆拾电器的lcl补偿拓扑 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于智慧变电站有轨制导车辆拾电器的LCL补偿拓扑，包括电压源U_in、补偿电感L₁、线圈自感L₂、补偿电容C和负载电阻R_L，所述电压源U_in的第一端连接补偿电感L₁的第一端，所述电压源U_in的第二端分别连接补偿电容C的第一端和负载电阻R_L的第一端，所述补偿电感L₁的第二端连接补偿电容C的第二端和线圈自感L₂的第一端，所述线圈自感L₂的第二端连接负载电阻R_L的第二端。本发明通过改变补偿拓扑的参数实现恒压特性，提高系统的稳定性；并且，可通过调整补偿装置的参数来改变电压增益，实现输出功率的可调性，解决了输出电压不稳定以及传输效率较低的问题，从而降低负载变化对输出功率和效率的影响。

Description

用于智慧变电站有轨制导车辆拾电器的LCL补偿拓扑

技术领域

本发明涉及无接触供电技术领域，尤其是用于智慧变电站有轨制导车辆拾电器的LCL补偿拓扑。

背景技术

无接触供电技术利用电力电子技术、电磁耦合、电磁感应原理以及现代控制理论实现了用电设备和电网的电气隔离，在易燃易爆、超洁净室、复杂地形等特殊场合有着巨大的优势。

随着智慧变电站的快速发展，符合智慧变电站施工及运行的应用场景也应运而生。有轨制导车辆是一种应用在智慧变电站施工及复杂运行工况下，在特定的导轨上运行的无人驾驶的自动化搬运设备，可以提高工作效率，减少人力成本。

拾电器是有轨制导车辆获取动力的唯一来源，由电磁机构以及电力电子元器件构成，类似于松耦合变压器。但是松耦合变压器存在气隙，导致漏感较大；同时，端口电压会因负载的变化而变化，使得拾电器的传输效率和传输功率较低。因此需要对电路进行补偿电路设计。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种用于智慧变电站有轨制导车辆拾电器的LCL补偿拓扑，通过改变补偿拓扑的参数实现恒压特性，提高系统的稳定性；并且，可通过调整补偿装置的参数来改变电压增益，实现输出功率的可调性，解决了输出电压不稳定以及传输效率较低的问题，从而降低负载变化对输出功率和效率的影响。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：用于智慧变电站有轨制导车辆拾电器的LCL补偿拓扑，包括电压源U_in、补偿电感L₁、线圈自感L₂、补偿电容C和负载电阻R_L，所述电压源U_in的第一端连接补偿电感L₁的第一端，所述电压源U_in的第二端分别连接补偿电容C的第一端和负载电阻R_L的第一端，所述补偿电感L₁的第二端连接补偿电容C的第二端和线圈自感L₂的第一端，所述线圈自感L₂的第二端连接负载电阻R_L的第二端。

本发明技术方案的进一步改进在于：LCL补偿拓扑输入阻抗Z_in为：

其中ω表示运行角频率，M表示电感的耦合系数，R_eq、X_eq分别是输入阻抗的实部和虚部，其表达式为：

LCL补偿拓扑输入I_in为：

LCL补偿拓扑输出电压U_L为：

令L₁+L₂-ω²L₁L₂C＝0，则：

其中，ω₀为电路谐振角频率；

令L₁/L₂＝λ并代入公式(5)，则：

其中，ω_n为归一化角频率；

品质因数：Q＝ω₀L₂/R_L； (8)

将公式(6)、(8)代入公式(1)，则LCL补偿拓扑输入阻抗Z_in为：

将L₁/L₂＝λ代入公式(4)，则LCL补偿拓扑输出电压U_L为：

LCL补偿拓扑输出电流I_R为：

本发明技术方案的进一步改进在于：LCL补偿拓扑的电压增益为：

U_L/U_in＝-1/λ (12)。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

1、本发明提高了无接触供电系统的鲁棒性，降低系统的复杂程度，通过调整补偿拓扑运行角频率满足一定条件，使输出电压与负载无关，对于可变负载，为了保持输出电压不随负载波动，调整补偿电感L₁与线圈自感L₂比值λ不变，使端口呈现恒压源特性，端口电压不受负载影响，提高系统的稳定性；

2、本发明的电压增益为U_L/U_in＝-1/λ，只与λ有关，通过调节λ就可以改变电压增益，也就是说，电压增益只与补偿电感L₁与线圈自感L₂的参数有关，通过调节补偿电感L₁与线圈自感L₂参数即可改变端口电压。实现输出功率的可调性，解决了输出电压不稳定以及传输效率较低的问题，从而降低负载变化对输出功率和效率的影响。

附图说明

图1是本发明LCL补偿拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1所示，用于智慧变电站有轨制导车辆拾电器的LCL补偿拓扑，包括电压源U_in、补偿电感L₁、线圈自感L₂、补偿电容C和负载电阻R_L，所述电压源U_in的第一端连接补偿电感L₁的第一端，所述电压源U_in的第二端分别连接补偿电容C的第一端和负载电阻R_L的第一端，所述补偿电感L₁的第二端连接补偿电容C的第二端和线圈自感L₂的第一端，所述线圈自感L₂的第二端连接负载电阻R_L的第二端。

LCL补偿拓扑输入阻抗Z_in为：

其中ω表示运行角频率，M表示电感的耦合系数，R_eq、X_eq分别是输入阻抗的实部和虚部，其表达式为：

LCL补偿拓扑输入I_in为：

LCL补偿拓扑输出电压U_L为：

如果要求输出恒压，输出电压不随负载变动，令L₁+L₂-ω²L₁L₂C＝0，则：

其中，ω₀为电路谐振角频率；

令L₁/L₂＝λ并代入公式(5)，则：

其中，ω_n为归一化角频率；

品质因数：Q＝ω₀L₂/R_L； (8)

将公式(6)、(8)代入公式(1)，则LCL补偿拓扑输入阻抗Z_in为：

将L₁/L₂＝λ代入公式(4)，则LCL补偿拓扑输出电压U_L为：

LCL补偿拓扑输出电流I_R为：

LCL补偿拓扑的电压增益为：

U_L/U_in＝-1/λ (12)。

本发明提高了无接触供电系统的鲁棒性，降低系统的复杂程度，通过调整补偿拓扑运行角频率ω满足公式(6)，使输出电压U_L与负载R_L无关，对于可变负载，为了保持输出电压U_L不随负载R_L波动，调整补偿电感L₁与线圈自感L₂比值λ不变，使端口呈现恒压源特性，端口电压不受负载影响，提高系统的稳定性。

本发明的电压增益为U_L/U_in＝-1/λ，只与λ有关，通过调节λ就可以改变电压增益，也就是说，电压增益只与补偿电感L₁与线圈自感L₂的参数有关，通过调节补偿电感L₁与线圈自感L₂参数即可改变端口电压。实现输出功率的可调性，解决了输出电压不稳定以及传输效率较低的问题，从而降低负载变化对输出功率和效率的影响。

Claims (3)

1.用于智慧变电站有轨制导车辆拾电器的LCL补偿拓扑，其特征在于：包括电压源U_in、补偿电感L₁、线圈自感L₂、补偿电容C和负载电阻R_L，所述电压源U_in的第一端连接补偿电感L₁的第一端，所述电压源U_in的第二端分别连接补偿电容C的第一端和负载电阻R_L的第一端，所述补偿电感L₁的第二端连接补偿电容C的第二端和线圈自感L₂的第一端，所述线圈自感L₂的第二端连接负载电阻R_L的第二端。

2.根据权利要求1所述的用于智慧变电站有轨制导车辆拾电器的LCL补偿拓扑，其特征在于：LCL补偿拓扑输入阻抗Z_in为：

其中ω表示运行角频率，M表示电感的耦合系数，R_eq、X_eq分别是输入阻抗的实部和虚部，其表达式为：

LCL补偿拓扑输入I_in为：

LCL补偿拓扑输出电压U_L为：

令L₁+L₂-ω²L₁L₂C＝0，则：

其中，ω₀为电路谐振角频率；

令L₁/L₂＝λ并代入公式(5)，则：

其中，ω_n为归一化角频率；

品质因数：Q＝ω₀L₂/R_L； (8)

将公式(6)、(8)代入公式(1)，则LCL补偿拓扑输入阻抗Z_in为：

将L₁/L₂＝λ代入公式(4)，则LCL补偿拓扑输出电压U_L为：

LCL补偿拓扑输出电流I_R为：

3.根据权利要求2所述的用于智慧变电站有轨制导车辆拾电器的LCL补偿拓扑，其特征在于：LCL补偿拓扑的电压增益为：

U_L/U_in＝-1/λ (12)。

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