一种基于能量信息复合调制技术的无线光伏发电系统

1.本发明涉及一种光伏发电系统，尤其是一种基于能量信息复合调制技术的无线光伏发电系统。


背景技术：

2.目前，传统的光伏发电系统中，光伏组件输出的电能通过接线盒连接并传输，这种有线传输方式不仅要求接线盒具有很好的防水性能，且容易产生漏电、短路等安全问题。此外，也有将光伏组件输出的电能通过无线传能方式传输的技术方案，但其缺点是需要在发电侧和接收侧均配置微控制器，成本高，开发难度大。


技术实现要素：

3.为了克服传统光伏组件使用有线方式进行能量传输时对设备性能要求高、且容易产生安全问题的弊端，本发明提供一种基于能量信息复合调制技术的无线光伏发电系统，使用无线传能方式将光伏组件输出的电能传输至接收侧，并应用能量信息复合调制技术，达到只需要在接收侧配置微控制器的效果，大幅降低系统成本。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
5.一种基于能量信息复合调制技术的无线光伏发电系统，包括以下模块：光伏组件模块、直流斩波变换模块、功放与逆变模块i、原边补偿网络模块、无线传能模块、副边补偿网络模块、整流模块i、负载模块、mppt控制模块、功放与逆变模块ii、解调模块、整流模块ii、pwm驱动生成模块。
6.上述技术方案中，进一步地，所述系统中存在主功率正向通路与mppt闭环控制逆向通路两条通路，分别传输低频主功率信号与高频载波信号。所述的高频载波信号的频率为mhz级；低频主功率信号频率为高频载波信号频率的0.01-0.1倍。
7.进一步地，所述的功放与逆变模块i采用e类功放，频率为85khz；所述功放与逆变模块ii采用e类功放，频率为1mhz。使用e类功放作为磁耦合谐振式无线电能传输的前级电路、光伏组件输出电能经直流变换的后级电路，拓扑简单，所需元件数量少，且可实现软开关，大幅降低开关损耗。
8.其中主功率正向通路用于将光伏组件输出的电能通过直流变换、逆变、功率放大、无线传能与整流等步骤传输到负载；mppt闭环控制逆向通路的作用是根据负载功率，调用mppt算法，控制位于接收电能侧的功放与逆变电路产生不同幅值的1mhz高频载波信号，通过无线传能的方式传输到发送电能侧，经解调、整流后成为直流电压信号，最后根据直流电压信号的幅值生成不同占空比的pwm驱动脉冲，控制主功率正向通路中直流斩波变换电路中开关管，实现闭环控制。
9.本发明中的主功率正向通路的电路连接方式如下：光伏组件模块的输出端口与直流斩波变换模块的输入端口连接；直流斩波变换模块的输出端口与功放与逆变模块i的输入端口连接，本发明中的功率放大电路采用e类功放拓扑，可同时达到逆变与功率放大的效
果；功放与逆变模块i的输出端口与原边补偿网络模块的输入端口连接；原边补偿网络模块的输出端口与无线传能模块中互感耦合线圈的原边端口连接；无线传能模块中互感耦合线圈的副边端口与副边补偿网络模块的输入端口连接；副边补偿网络模块的输出端口与整流模块i的输入端口连接；整流模块i的输出端口与负载模块的输入端口连接。
10.本发明中的mppt闭环控制逆向通路的电路连接方式如下：由于是逆向通路，因此部分模块的输入输出端口位置有所变化，例如逆向通路中副边补偿网络模块的输入端口是正向通路中该模块的输出端口。mppt控制模块采样负载模块的功率作为该模块的输入信号，输出信号则用于控制功放与逆变模块ii中电源的电压大小；功放与逆变模块ii的输出端口与副边补偿网络模块的输入端口连接；副边补偿网络模块的输出端口与无线传能模块中互感耦合线圈的副边端口连接；无线传能模块中互感耦合线圈的原边端口与原边补偿网络模块的输入端口连接；原边补偿网络模块的输出端口与解调模块的输入端口连接；解调模块的输出端口与整流模块ii的输入端口连接；整流模块ii的输出端口与pwm驱动生成模块的输入端口连接；pwm驱动生成模块的输出用于驱动直流斩波变换模块中的开关管。
11.本发明的有益效果是：
12.采用无线传能方式传输光伏组件模块输出的电能，克服了传统有线传输方式的弊端，对于设备要求较低，且大幅降低了产生安全问题的可能性，提高了系统的稳定性、安全性；此外，采用能量信息复合调制技术，将互感耦合线圈扩展为双向通路，使系统具有正向通路(主功率)、逆向通路(高频控制信号)两个通路，从而只需要在负载侧配置一个微控制器，不需要在光伏组件发电侧配置微控制器，大大降低了系统的成本。
附图说明
13.图1是本发明的系统模块框图；
14.图2是本发明的系统整体示意图；
15.图3是本发明的一种具体实施方式示意图；
16.其中，光伏组件模块1、发送电能侧的电路板2、互感耦合线圈原边3、接收电能侧的电路板4、互感耦合线圈副边5、光伏组件支架6、墙体7；
具体实施方式
17.在图1中，各模块的具体电路组成为如下所述。光伏组件模块1即通俗意义上的光伏板，也即将一定数量的单片光伏电池经串、并联后封装成的组件。直流斩波变换模块中包含一个直流斩波变换电路，本发明中采用buck电路实现。功放与逆变模块i(e类功放，85khz)中包含一个e类功率放大器，用于在软开关条件下将主功率直流信号逆变为85khz的正弦信号，并进行功率放大，该主功率信号通过主功率正向通路正向传输。解调模块包含解调电路，用于将逆向传输的高频1mhz载波信号从85khz主功率信号中解调。整流模块i、整流模块ii的结构相同，均包含一个不控全桥整流电路。pwm驱动生成模块包含pwm生成芯片及其外围电路，将不同的直流电压输入映射为不同占空比的pwm驱动，pwm生成芯片使用通用级别的芯片即可。原边补偿网络模块包含对于互感耦合线圈原边的串联补偿电路，由于系统存在正向通路与逆向通路且传输的信号频率不同，因此需要并联两条支路实现对于正、逆向信号的补偿。无线传能模块由一对互感耦合线圈组成，互感耦合线圈的原边指发送电
能侧的线圈，互感耦合线圈的副边指接收主功率电能侧的线圈。副边补偿网络模块与原边补偿网络模块结构相同。功放与逆变模块ii(e类功放，1mhz)包含一个e类功率放大器，用于在软开关条件下将小功率直流信号逆变为1mhz的正弦信号，该信号通过mppt闭环控制逆向通路逆向传输。负载模块即系统的负载，本发明中为纯阻负载。mppt控制模块包含微控制器及外围电路，对负载进行功率采样，调用mppt算法，改变功放与逆变模块ii(e类功放，1mhz)的电源电压，实现负载最大功率追踪。
18.在图2所示的系统整体示意图中，1为光伏组件模块；发送电能侧的电路板2载有直流斩波变换模块、功放与逆变模块i(e类功放，85khz)、原边补偿网络模块、解调模块、整流模块ii与pwm驱动生成模块；互感耦合线圈原边3与互感耦合线圈副边5组成无线传能模块；接收电能侧的电路板4载有副边补偿网络模块、整流模块i、负载模块、mppt控制模块、功放与逆变模块ii(e类功放，1mhz)。
19.在图3中所示的一种具体实施方式示意图中，主功率正向通路的实施方式如下：光伏组件模块1通过光伏组件支架6的支撑被放置在墙体7的上方，光伏组件模块1输出的电能首先传送到发送电能侧的电路板2上，经过直流斩波变换模块、功放与逆变模块i(e类功放，85khz)的作用后转变为85khz正弦信号的形式，进入原边补偿网络模块，进而通过无线传能模块从互感耦合线圈原边3传输至互感耦合线圈副边5，再传输至接收电能侧的电路板4，通过副边补偿网络模块与整流模块i，最后到达负载模块。mppt闭环控制逆向通路的实施方式如下：接收电能侧的电路板4上的mppt控制模块对于负载模块的功率进行采样，并调用mppt算法，改变功放与逆变模块ii(e类功放，1mhz)的电源电压，功放与逆变模块ii(e类功放，1mhz)生成的1mhz高频载波信号通过副边补偿网络模块，进入互感耦合线圈副边5，进而通过无线传能模块从互感耦合线圈副边5传输至互感耦合线圈原边3，随后进入发送电能侧的电路板2，通过原边补偿网络模块后进入解调模块、整流模块ii，整流模块ii输出对应的直流电压信号，作为pwm驱动生成模块的输入，而pwm驱动生成模块输出不同占空比的pwm驱动信号，控制直流斩波变换模块中的开关管。