CN114336991B - 多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体公开了一种多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法及系统，控制时，逆变器先向同步总线发送占线请求报文，同步总线裁定主从设备身份；然后主设备根据接收的控制指令确定PWM频率、占空比、启停状态，并生成同步信号报文发送至同步总线上进行广播传送；从设备根据获取同步信号报文的时间和同步信号报文的内容确定从同步点、PWM频率、占空比和启停状态；其效果是：(1)主从设备自主竞争，总线裁定，系统扩容方便；(2)通过发送记载有PWM频率、占空比和启停状态的同步报文进行总线同步控制，能够根据负载变化适应性同步调整所有逆变器的工作频率和占空比，更好的适应无线能量传输系统需求。

Description

多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法及系统
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术领域，尤其涉及一种多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法及系统。
背景技术
随着无线能量传输技术的发展，其应用的领域也逐渐从低功率应用场景向高功率应用场景转变，为了实现高功率的无线能量传输，在发射端通常采用图1所示的并联多个逆变器方式来提升系统的传输功率。
由于多个逆变器并联输出，输出的逆变信号频率和相位是否同步将直接影响系统的能量传输效率，因此，实现并联型逆变器同步控制成为了高功率无线能量传输系统的关键技术之一。
现有技术中通常采用光纤同步方式来进行系统同步控制，虽然光纤传输速度快，同步精度高，但是需要额外配置专用的光纤通信电路和光纤转换模块，增加设备运维成本。也有人提出基于总线同步的控制方式，如中国专利201610505548.0公开的一种并联型逆变器载波同步系统及同步方法，通过不区分主从机，使得每个逆变单元的地位平等，系统中任何一个逆变单元出现故障，系统也会存在同步信号，极大的提高了载波同步信号的可靠性。但是其同步信号仅仅基于同步脉冲计数方式实现，而针对无线能量传输系统，由于负载的变化，其系统工作频率和占空比往往需要做适应性的改变，现有的同步系统难以实现多逆变器同步变频、同步变占空比的控制。
发明内容
有鉴于此，本发明首先提供一种多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法，使其能够满足无线能量传输系统中并联型逆变器同步变频、同步变占空比的控制要求，具体地讲：
一种多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法，包括以下步骤：
S1：逆变器向同步总线发送占线请求报文，同步总线裁定主从设备身份，占线成功则成为主设备，否则为从设备；
S2：主设备根据接收的控制指令确定PWM频率、占空比、启停状态，并生成同步信号报文；
S3：主设备确定主同步点并按第一时间间隔周期性发送同步信号报文至同步总线上进行广播传送；
S4：从设备在同步总线上获取同步信号报文，预定时间内成功获取同步信号报文则进入步骤S5，否则返回步骤S1从新裁定身份；
S5：从设备对获取的同步信号报文进行CRC校验，校验成功进入步骤S6，否则返回步骤S4；
S6：从设备根据获取同步信号报文的时间和同步信号报文的内容确定从同步点、PWM频率、占空比和启停状态；
S7：主设备根据主同步点进行同步翻转，并按步骤S2确定的PWM频率、占空比、启停状态控制逆变器开关管的工作状态，从设备根据步骤S6确定的从同步点、PWM频率、占空比和启停状态控制逆变器开关管的工作状态。
可选地，逆变器上电后10ms内向同步总线发送占线请求报文，主动请求裁定自身身份。
可选地，所述同步信号报文中包含有2bit的起始信号、12bit的PWM频率信息、12bit的PWM占空比信息、1bit的启停信息和8bit的CRC校验信息。
可选地，从设备将获取同步信号报文第一个bit的时间作为从同步点。
可选地，从设备根据获取同步信号报文的时间以及从设备和主设备之间的数据传送时延确定从同步点的位置。
可选地，所述从设备和主设备之间的数据传送时延根据各个逆变器的安装位置和布线长度预先设定经验值。
基于上述方法，本发明还提出一种多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制系统，用于上文所述的多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法，其关键在于，包括多个并联的逆变器，每个逆变器的控制模块通过同步总线连接实现同步控制。
可选地，每个逆变器的电源输出端和电源输出端均连接在功率总线上，每个逆变器的控制模块还连接在对外通讯总线上。
可选地，多个逆变器的输出端分别通过一个低功率交流变压器并联接入功率提升电路的输入端，功率提升电路的输出端再经过一个高功率交流变压器接入能量发射线圈和调谐电容组成的无线电能发射器中实现高功率无线能量传输。
本发明的显著效果在于：
(1)主从设备自主竞争，总线裁定，系统扩容方便，逆变器可以自由接入和移出；
(2)通过发送记载有PWM频率、占空比和启停状态的同步报文进行总线同步控制，能够根据负载变化适应性同步调整所有逆变器的工作频率和占空比，更好的适应无线能量传输系统需求。
附图说明
图1是多逆变器并联型无线能量传输系统发射端的电路原理图；
图2是本发明提供的多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制系统的系统拓扑图；
图3是本发明提供的多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法的控制流程图；
图4为是本发明提供的多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法中同步信号报文的帧结构图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
如图1-图4所示，本实施例提供一种多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法，包括以下步骤：
S1：逆变器向同步总线发送占线请求报文，同步总线裁定主从设备身份，占线成功则成为主设备，否则为从设备；
S2：主设备根据接收的控制指令确定PWM频率、占空比、启停状态，并生成同步信号报文；
S3：主设备确定主同步点并按第一时间间隔周期性发送同步信号报文至同步总线上进行广播传送；
S4：从设备在同步总线上获取同步信号报文，预定时间内成功获取同步信号报文则进入步骤S5，否则返回步骤S1从新裁定身份；
S5：从设备对获取的同步信号报文进行CRC校验，校验成功进入步骤S6，否则返回步骤S4；
S6：从设备根据获取同步信号报文的时间和同步信号报文的内容确定从同步点、PWM频率、占空比和启停状态；
S7：主设备根据主同步点进行同步翻转，并按步骤S2确定的PWM频率、占空比、启停状态控制逆变器开关管的工作状态，从设备根据步骤S6确定的从同步点、PWM频率、占空比和启停状态控制逆变器开关管的工作状态。
通常，逆变器上电后10ms内向同步总线发送占线请求报文，主动请求裁定自身身份，同步总线上如果没有占线的设备，即将成功收到占线请求报文所对应的逆变器作为主设备，如果同步总线上已经存在占线的设备，则将其它的逆变器作为从设备，关闭其主动发送报文的功能，仅能从同步总线上接收数据报文。如果主设备出现停机情况，在步骤S4的控制下，从设备在预定时间内无法成功获取同步信号报文，则重新启动发送报文的功能，返回步骤S1从新裁定身份。通过上述设计，使得每一台逆变器都有机会竞争成为主设备，任何一台逆变器的加入或移出，都不会对系统同步控制造成影响，提升系统的适应能力。
主设备根据接收的控制指令，可以明确当前负载所对应的PWM频率、占空比和启停状态，从而将其打包成同步信号报文广播出去，实施过程中，所述同步信号报文格式如图4所示，包含有2bit的起始信号、12bit的PWM频率信息、12bit的PWM占空比信息、1bit的启停信息和8bit的CRC校验信息，当从设备收到上述报文信息后，就可以更新PWM频率、占空比和启停状态使其与主设备一致，从而可以实现多逆变器同步变频、变占空比的控制。
为了实现多台逆变器控制信息的同步输出，主设备可以根据PWM频率确定好主同步点和同步信号报文发送周期，通常同步总线采用高频信号总线，同步信号报文发送频率远远高于PWM频率，且通常设置成倍频关系，这样主同步点即可为PWM的起始点；在大多数场景下，多台逆变器所安装的位置相离不远，同步总线长度较短，信息的传输时延可以忽略不计，因此，从设备将获取同步信号报文第一个bit的时间可以直接作为从同步点，主从设备按照更新后的PWM频率进行同步翻转，并根据更新后的PWM频率、占空比和启停状态控制逆变器开关管的工作状态，从而实现多台逆变器的同步控制。
针对部分应用场景，从设备也可以根据获取同步信号报文的时间以及从设备和主设备之间的数据传送时延确定从同步点的位置，从设备和主设备之间的数据传送时延可以根据各个逆变器的安装位置和布线长度预先设定经验值，从而进一步提升同步的精度。
根据图2可以看出，为了实现上述同步控制方法，本实施例还公开一种多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制系统，包括多个并联的逆变器(图中所示N台)，每个逆变器的控制模块通过同步总线连接实现同步控制。每个逆变器的电源输出端和电源输出端均连接在功率总线上，每个逆变器的控制模块还连接在对外通讯总线上。
结合图1所示的应用场景，多个逆变器的输出端分别通过一个低功率交流变压器并联接入功率提升电路的输入端，功率提升电路的输出端再经过一个高功率交流变压器接入能量发射线圈和调谐电容组成的无线电能发射器中实现高功率无线能量传输。
从图1可以看出，三个逆变器可以分别从三个独立的直流电源上取电，也可以按图2所示的系统结构，从直流母线上取电，每个逆变器的输出端经过电容C1、电感Lf1、电容Cf1、电感Lf2构成的补偿电路后由低功率交流变压器的初级线圈LA耦合至次级线圈LB上，多个低功率交流变压器的次级线圈LB并联至功率提升电路中，经过电容C11滤波后，功率提升电路的输出端再由高功率交流变压器接入能量发射线圈和调谐电容组成的无线电能发射器中，最后通过能量发射线圈向负载实现无线能量传输。
多个逆变器在同步总线的控制下可以实现PWM频率、占空比和启停状态同步变化，有效确保并联型逆变器之间脉宽调制步调一致，在从设备未获取到准确的同步信号报文之前，停止PWM输出，因此不会对其它逆变器产生影响，功率提升电路输入端可保持同步输入，提升系统的冗余特性。
最后需要说明的是，上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：逆变器向同步总线发送占线请求报文，同步总线裁定主从设备身份，占线成功则成为主设备，否则为从设备；
S2：主设备根据接收的控制指令确定PWM频率、占空比、启停状态，并生成同步信号报文；
S3：主设备确定主同步点并按第一时间间隔周期性发送同步信号报文至同步总线上进行广播传送；
S4：从设备在同步总线上获取同步信号报文，预定时间内成功获取同步信号报文则进入步骤S5，否则返回步骤S1从新裁定身份；
S5：从设备对获取的同步信号报文进行CRC校验，校验成功进入步骤S6，否则返回步骤S4；
S6：从设备根据获取同步信号报文的时间和同步信号报文的内容确定从同步点、PWM频率、占空比和启停状态；
S7：主设备根据主同步点进行同步翻转，并按步骤S2确定的PWM频率、占空比、启停状态控制逆变器开关管的工作状态，从设备根据步骤S6确定的从同步点、PWM频率、占空比和启停状态控制逆变器开关管的工作状态。
2.根据权利要求1所述的多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法，其特征在于，逆变器上电后10ms内向同步总线发送占线请求报文，主动请求裁定自身身份。
3.根据权利要求1所述的多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法，其特征在于，所述同步信号报文中包含有2bit的起始信号、12bit的PWM频率信息、12bit的PWM占空比信息、1bit的启停信息和8bit的CRC校验信息。
4.根据权利要求1所述的多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法，其特征在于，从设备将获取同步信号报文第一个bit的时间作为从同步点。
5.根据权利要求1所述的多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法，其特征在于，从设备根据获取同步信号报文的时间以及从设备和主设备之间的数据传送时延确定从同步点的位置。
6.根据权利要求5所述的多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法，其特征在于，所述从设备和主设备之间的数据传送时延根据各个逆变器的安装位置和布线长度预先设定经验值。
7.多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制系统，用于实现权利要求1-6任一所述的多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制方法，其特征在于，包括多个并联的逆变器，每个逆变器的控制模块通过同步总线连接实现同步控制。
8.根据权利要求7所述的多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制系统，其特征在于，每个逆变器的电源输出端和电源输出端均连接在功率总线上，每个逆变器的控制模块还连接在对外通讯总线上。
9.根据权利要求7或8所述的多逆变器并联型无线能量传输系统同步控制系统，其特征在于，多个逆变器的输出端分别通过一个低功率交流变压器并联接入功率提升电路的输入端，功率提升电路的输出端再经过一个高功率交流变压器接入能量发射线圈和调谐电容组成的无线电能发射器中实现高功率无线能量传输。
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