一种光储WPT系统及其最大效率追踪控制方法

本发明涉及光储wpt系统，尤其涉及一种光储wpt系统及其最大效率追踪控制方法。

背景技术：

1、无线电能传输(wireless power transfer,wpt)技术具有灵活、安全等优势，在电动汽车等领域有着无穷的应用潜能。光伏新能源有着清洁、可再生的优势，但其输出电能受环境变化的影响而不稳定，需要与储能设备结合，以确保稳定可靠的电能供给。将光储系统作为能源输入为电动汽车无线充电，可以避免电动汽车负荷充电时短时性和无序性对电网的冲击，在解决光伏新能源就地消纳问题的同时提供电动汽车所需的电能，做到真正的“零排放”。

2、传统的光储wpt系统与电动汽车连接需要一个单向dc-dc变换器和一个双向dc-dc变换器来实现输入光伏电池、蓄电池和wpt负载的连接。其控制策略是通过光伏侧的dc-dc变换器实现在不同辐照强度及温度下的光伏最大功率点跟踪(maximum power pointtracking,mppt)控制的同时，利用储能电池侧的dc-dc变换器将母线电压维持在某一恒定值，不随充电状态改变，适用于母线固定电压输出需求。为了实现最大效率追踪(maximumefficiency point tracking,mept)，需要在母线后级联一个dc-dc变换器调节逆变器输入电压，如图1所示。这种连接方式存在变换器级数多、体积大和功率密度低等问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种光储wpt系统及其最大效率追踪控制方法，解决的技术问题在于：现有光储wpt系统，变换器级数多、体积大和功率密度低。

2、为解决以上技术问题，本发明提供一种光储wpt系统，包括顺序连接的光伏电路、储能电路、逆变器、补偿网络、整流器、副边buck电路和负载，以及连接所述光伏电路、储能电路的原边控制器和连接所述副边buck电路的副边控制器；所述储能电路采用原边buck电路；

3、所述原边控制器通过控制所述光伏电路的开关管q1的占空比d1实现光伏最大效率点跟踪，通过控制所述储能电路的开关管q2的占空比d2实现直流母线电压ubus即所述逆变器的输入电压动态可调；同时，所述副边控制器通过控制所述副边buck电路的开关管q7的占空比d3实现输出电压稳定。

4、进一步地，所述原边控制器通过控制所述储能电路的开关管q2的占空比d2实现所述逆变器的输入电压动态可调，具体为：

5、所述原边控制器采用扰动观察法，通过调节开关管q2的占空比d2，调节直流母线电压ubus，进而调节所述逆变器的输入功率至最小。

6、进一步地，所述原边控制器采用扰动观察法，通过调节开关管q2的占空比d2，调节直流母线电压ubus，进而调节所述逆变器的输入功率至最小，具体为：

7、控制开关管q2以初始占空比d20工作，检测所述逆变器的初始输入功率pin0；

8、改变开关管q2的占空比d2，使得所述逆变器的输入电压每次改变既定大小，进而使得所述逆变器的输入功率从pin0开始逐次改变，并逐次重新检测所述逆变器的输入功率，直到确定所述逆变器的输入功率为最小，保持此时的占空比d2不变。

9、进一步地，所述副边控制器通过下式调节开关管q7的占空比d3实现输出电压稳定：

10、

11、其中，uo表示所述整流器的输入电压，uout表示负载的输出电压，通过直接检测获取uo，uout根据实际需求设置为定值。

12、进一步地，所述光伏电路包括光伏电源upv、电容cpv、电感l1、开关管q1、二极管t1，电容cpv与光伏电源upv并联连接，电感l1的一端连接光伏电源upv的正极端，电感l1的另一端连接开关管q1的漏极和二极管t1的正极端，开关管q1的源极连接光伏电源upv的负极端和所述储能电路的一输入端，二极管t1的负极端连接所述储能电路的另一输入端，开关管q1的栅极连接所述原边控制器。

13、进一步地，所述储能电路包括电容cb、储能电源ub、开关管q2、二极管t2、电感l2、电容c1，电容cb的一端连接二极管t1的负极端、储能电源ub的正极端和开关管q2的漏极，电容cb的另一端连接光伏电源upv的负极端、储能电源ub的负极端、二极管t2的正极端、电容c1的一端和逆变器的一输入端，开关管q2的源极连接二极管t2的负极端、电感l2的一端，电感l2的另一端连接电容c1的另一端和所述逆变器的另一输入端，开关管q2的栅极连接所述原边控制器。

14、进一步地，所述副边buck电路包括开关管q7、二极管t3、电感l3和电容c2，开关管q7的漏极连接所述整流器的正极输出端，开关管q7的源极连接二极管t3的负极端和电感l3的一端，二极管t3的正极端连接所述整流器的负极输出端和电容c2的一端、负载rl的一端，电感l3的另一端连接电容c2的另一端和负载rl的另一端，开关管q7的栅极连接所述副边控制器。

15、进一步地，所述逆变器采用由开关管q3、开关管q4、开关管q5、开关管q6组成的全桥型逆变器；所述补偿网络采用lcc-s型补偿网络；所述整流器由二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4和电容c4组成，其中二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4组成全桥型整流器。

16、本发明还提供一种光储wpt系统的最大效率追踪控制方法，其关键在于，包括步骤：

17、s1、以初始母线电压ubus0控制开关管q2以初始占空比d20运行；控制开关管q7以初始占空比d30运行实现输出电压稳定；

18、s2、检测逆变器的初始输入功率pin0；

19、s3、以母线电压ubus1＝ubus0+δubus控制开关管q2以占空比d21运行；控制开关管q7以占空比d31运行实现输出电压稳定；

20、s4、检测逆变器在占空比d21下的输入功率pin1，判断pin1是否小于pin0，若是则每次使母线电压ubus增加δubus进行迭代搜索，若否则每次使母线电压ubus减小δubus进行迭代搜索，直至最新一次的逆变器的输入功率比上一次小则停止搜索；

21、s5、保持开关管q2以当前母线电压ubusn所对应的占空比d2n运行；

22、s6、检测负载是否发生变化，若是则令当前的母线电压ubusn＝ubus0，然后转至步骤s1。

23、进一步地，在步骤s3中，母线电压ubus1＝ubus0-δubus。

24、本发明提供的一种光储wpt系统及其最大效率追踪控制方法，将储能侧以及母线后级联的dc-dc变换器结合，并将控制直流母线电压稳定的策略变为母线电压动态可调策略(控制储能电路的开关管q2的占空比d2实现直流母线电压ubus即逆变器的输入电压动态可调)，同时通过控制副边buck电路的开关管q7的占空比d3实现输出电压稳定，不仅减少了原边侧一个dc-dc变换器的使用，还使逆变器输入功率最小，实现等效负载与补偿网络的最优负载相匹配，使系统始终保持较高的传输效率。

技术特征：

1.一种光储wpt系统，其特征在于，包括顺序连接的光伏电路、储能电路、逆变器、补偿网络、整流器、副边buck电路和负载，以及连接所述光伏电路、储能电路的原边控制器和连接所述副边buck电路的副边控制器；所述储能电路采用原边buck电路；

2.根据权利要求1所述的一种光储wpt系统，其特征在于，所述原边控制器通过控制所述储能电路的开关管q2的占空比d2实现所述逆变器的输入电压动态可调，具体为：

3.根据权利要求2所述的一种光储wpt系统，其特征在于，所述原边控制器采用扰动观察法，通过调节开关管q2的占空比d2，调节直流母线电压ubus，进而调节所述逆变器的输入功率至最小，具体为：

4.根据权利要求1所述的一种光储wpt系统，其特征在于，所述副边控制器通过下式调节开关管q7的占空比d3实现输出电压稳定：

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种光储wpt系统，其特征在于：所述光伏电路包括光伏电源upv、电容cpv、电感l1、开关管q1、二极管t1，电容cpv与光伏电源upv并联连接，电感l1的一端连接光伏电源upv的正极端，电感l1的另一端连接开关管q1的漏极和二极管t1的正极端，开关管q1的源极连接光伏电源upv的负极端和所述储能电路的一输入端，二极管t1的负极端连接所述储能电路的另一输入端，开关管q1的栅极连接所述原边控制器。

6.根据权利要求5所述的一种光储wpt系统，其特征在于：所述储能电路包括电容cb、储能电源ub、开关管q2、二极管t2、电感l2、电容c1，电容cb的一端连接二极管t1的负极端、储能电源ub的正极端和开关管q2的漏极，电容cb的另一端连接光伏电源upv的负极端、储能电源ub的负极端、二极管t2的正极端、电容c1的一端和逆变器的一输入端，开关管q2的源极连接二极管t2的负极端、电感l2的一端，电感l2的另一端连接电容c1的另一端和所述逆变器的另一输入端，开关管q2的栅极连接所述原边控制器。

7.根据权利要求6所述的一种光储wpt系统，其特征在于：所述副边buck电路包括开关管q7、二极管t3、电感l3和电容c2，开关管q7的漏极连接所述整流器的正极输出端，开关管q7的源极连接二极管t3的负极端和电感l3的一端，二极管t3的正极端连接所述整流器的负极输出端和电容c2的一端、负载rl的一端，电感l3的另一端连接电容c2的另一端和负载rl的另一端，开关管q7的栅极连接所述副边控制器。

8.根据权利要求1所述的一种光储wpt系统，其特征在于：所述逆变器采用由开关管q3、开关管q4、开关管q5、开关管q6组成的全桥型逆变器；所述补偿网络采用lcc-s型补偿网络；所述整流器由二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4和电容c4组成，其中二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4组成全桥型整流器。

9.一种权利要求1～8任一项所述光储wpt系统的最大效率追踪控制方法，其特征在于，包括步骤：

10.根据权利要求9所述的一种光储wpt系统的最大效率追踪控制方法，其特征在于：在步骤s3中，母线电压ubus1＝ubus0-δubus。

技术总结
本发明涉及光储WPT系统技术领域，具体公开了一种光储WPT系统及其最大效率追踪控制方法，针对传统光储系统输入下的无线电能传输系统变换器级数多，导致系统复杂、传输效率以及功率密度低的问题，将储能侧以及母线后级联的DC‑DC变换器结合，并将控制直流母线电压稳定的策略变为母线电压动态可调策略(控制储能电路的开关管Q<subgt;2</subgt;的占空比d<subgt;2</subgt;实现直流母线电压U<subgt;bus</subgt;即逆变器的输入电压动态可调)，同时通过控制副边Buck电路的开关管Q<subgt;7</subgt;的占空比d<subgt;3</subgt;实现输出电压稳定，不仅减少了原边侧一个DC‑DC变换器的使用，还使逆变器输入功率最小，实现等效负载与补偿网络的最优负载相匹配，使系统始终保持较高的传输效率。

技术研发人员：耿宇宇,陈华国,谢诗云,郭强,章治国,陈亚飞
受保护的技术使用者：重庆理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/9