无线功率传输系统调制策略的确定方法、系统及电子设备

本发明涉及电力系统优化控制，特别是涉及一种无线功率传输系统调制策略的确定方法、系统及电子设备。

背景技术：

1、电感式电力传输(inductive power transmission，ipt)系统以其灵活可靠的特点在过去的几十年里受到了广泛的关注。作为一种无需物理连接即可实现能量传递的便捷安全的充电方式，有效避免了充电过程中的电火花，对雨雪等恶劣条件具有较强的适应性。此外，ipt系统具有电气隔离和更好的智能体验。近年来，ipt已广泛应用于消费电子、医疗器械、水下电子设备、电动汽车等领域。一般在实际应用中，如电动汽车，电池的电压随着充电过程的增加而增加，这就要求ipt系统在不同的输出电压条件下都具有较高的效率。然而，ipt系统通常由逆变器、补偿网络、磁耦合器和整流器组成，且均工作在高频环境中，复杂的结构导致无线功率传输系统存在多方面不可避免的损耗；除此之外，无线功率传输系统在轻载条件下还存在阻抗失配和无功功率增加等问题，进一步导致了系统传输效率低下。

2、专利cn115459318a提出一种双向无线充电控制无线功率传输系统调制策略的确定方法，该方案具有两个控制自由度，但是只考虑了原副边桥臂的内移相角，忽略了原副边之间的外移相角，在轻载工况下会存在无功功率过大的情况，从而导致较大的系统损耗；专利cn110758132b提出一种用于电动汽车无线充电最优化效率的变角移相控制无线功率传输系统调制策略的确定方法，该方案需要三个控制自由度，控制逻辑更加复杂；且在计算开关管的零电压开关(zero voltage switch，zvs)条件时没有考虑高次谐波的影响，精度较差；专利cn109823206b提出一种基于双边移相和调频的无线充电控制无线功率传输系统调制策略的确定方法，该方案为了降低无功功率采取了调频的方式，但是调频的效果有限，尤其是在轻载工况下采用调频的方式仍会存在较大的无功功率；且需求增加额外的开关管，导致系统体积和成本增加。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种无线功率传输系统调制策略的确定方法、系统及电子设备，利用两个控制自由度实现了全工况、宽电压范围内的功率跟踪、阻抗匹配和开关管的zvs，且具有更低的开关损耗。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种无线功率传输系统调制策略的确定方法，所述方法包括：

4、确定目标系统的系统参数和双移相一次侧内移相角值；所述系统参数包括：一次侧直流输入电压、二次侧直流输出电压、角频率、开关管在零电压导通时的最小电流、耦合系数和发射线圈的自感；所述目标系统为具有ss补偿拓扑的无线功率传输系统，所述耦合系数为所述发射线圈与接收线圈之间的耦合系数；所述双移相一次侧内移相角值为双移相调制策略下的一次侧内移相角值；

5、基于所述系统参数、双移相一次侧内移相角和拓展移相一次侧内移相角，确定一次侧内移相角关系；所述一次侧内移相角关系为双移相一次侧内移相角和拓展移相一次侧内移相角的关系，所述双移相一次侧内移相角为双移相调制策略下的一次侧内移相角，所述拓展移相一次侧内移相角为拓展移相调制策略下的一次侧内移相角；

6、基于所述一次侧内移相角关系和所述双移相一次侧内移相角值，确定拓展移相一次侧内移相角值；

7、对于双移相调制策略：

8、基于所述系统参数和所述双移相一次侧内移相角值，计算双移相外移相角值；

9、基于所述一次侧直流输入电压、所述角频率、所述双移相一次侧内移相角值、所述发射线圈的自感、所述耦合系数、所述二次侧直流输出电压、所述双移相外移相角值和双移相二次侧内移相角值，计算双移相输出功率；所述双移相二次侧内移相角值与所述双移相一次侧内移相角值相等；

10、对于拓展移相调制策略：

11、基于所述系统参数和所述拓展移相一次侧内移相角值，计算拓展移相外移相角值；

12、基于所述一次侧直流输入电压、所述角频率、所述拓展移相一次侧内移相角值、所述发射线圈的自感、所述耦合系数、所述二次侧直流输出电压、所述拓展移相外移相角值和拓展移相二次侧内移相角值，计算拓展移相输出功率；所述拓展移相二次侧内移相角值为0.5；

13、基于所述双移相输出功率和所述拓展移相输出功率确定所述目标系统的目标调制策略。

14、可选地，所述最小电流的确定过程，具体包括：

15、获取所述开关管的死区时间和结电容；

16、基于所述一次侧直流输入电压、所述死区时间和所述结电容，确定所述最小电流。

17、可选地，基于所述系统参数、双移相一次侧内移相角和拓展移相一次侧内移相角，确定一次侧内移相角关系，具体包括：

18、基于所述系统参数和所述双移相一次侧内移相角构建双移相电流函数；

19、基于所述系统参数和所述拓展移相一次侧内移相角构建拓展移相电流函数；

20、基于所述双移相电流函数与所述拓展移相电流函数，确定所述一次侧内移相角关系。

21、可选地，基于所述一次侧直流输入电压、所述角频率、所述双移相一次侧内移相角值、所述发射线圈的自感、所述耦合系数、所述二次侧直流输出电压、所述双移相外移相角值和双移相二次侧内移相角值，计算双移相输出功率，具体包括：

22、基于所述一次侧直流输入电压、所述角频率和所述双移相一次侧内移相角值，计算双移相输入侧电压；

23、基于所述二次侧直流输出电压、所述角频率、双移相二次侧内移相角值和所述双移相外移相角值，计算双移相输出侧电压；

24、基于所述耦合系数、所述角频率、所述发射线圈的自感、所述双移相输入侧电压、所述双移相输出侧电压和所述双移相延迟相角值，计算所述双移相输出功率。

25、可选地，基于所述二次侧直流输出电压、所述角频率、双移相二次侧内移相角值和所述双移相外移相角值，计算双移相输出侧电压，具体包括：

26、基于所述双移相外移相角值和所述双移相一次侧内移相角值计算双移相延迟相角值；所述双移相延迟相角值为双移相调制策略下双移相输入侧电压和双移相输出侧电压间延迟的相角值；

27、基于所述二次侧直流输出电压、所述角频率、所述双移相二次侧内移相角值和所述双移相延迟相角值，计算双移相输出侧电压。

28、可选地，基于所述一次侧直流输入电压、所述角频率、所述拓展移相一次侧内移相角值、所述发射线圈的自感、所述耦合系数、所述二次侧直流输出电压、所述拓展移相外移相角值和拓展移相二次侧内移相角值，计算拓展移相输出功率，具体包括：

29、基于所述一次侧直流输入电压、所述角频率和所述拓展移相一次侧内移相角值，计算拓展移相输入侧电压；

30、基于所述二次侧直流输出电压、所述角频率、拓展移相二次侧内移相角值和所述拓展移相外移相角值，计算拓展移相输出侧电压；

31、基于所述耦合系数、所述角频率、所述发射线圈的自感、所述拓展移相输入侧电压、所述拓展移相输出侧电压和所述拓展移相延迟相角值，计算所述拓展移相输出功率。

32、可选地，基于所述二次侧直流输出电压、所述角频率、拓展移相二次侧内移相角值和所述拓展移相外移相角值，计算拓展移相输出侧电压，具体包括：

33、基于所述拓展移相外移相角值和所述拓展移相一次侧内移相角值计算拓展移相延迟相角值；所述拓展移相延迟相角值为拓展移相调制策略下拓展移相输入侧电压和拓展移相输出侧电压间延迟的相角值；

34、基于所述二次侧直流输出电压、所述角频率、所述拓展移相二次侧内移相角值和所述拓展移相延迟相角值，计算拓展移相输出侧电压。

35、可选地，基于所述双移相输出功率和所述拓展移相输出功率确定所述目标系统的目标调制策略，具体包括：

36、当所述双移相输出功率大于所述拓展移相输出功率时，将所述双移相调制策略确定为目标调制策略；

37、当所述双移相输出功率小于所述拓展移相输出功率时，将所述拓展移相调制策略确定为目标调制策略；

38、当所述双移相输出功率等于所述拓展移相输出功率时，将所述双移相调制策略或所述拓展移相调制策略确定为目标调制策略。

39、一种无线功率传输系统调制策略的确定系统，所述系统包括：

40、参数确定模块，用于确定目标系统的系统参数和双移相一次侧内移相角值；所述系统参数包括：一次侧直流输入电压、二次侧直流输出电压、角频率、开关管在零电压导通时的最小电流、耦合系数和发射线圈的自感；所述目标系统为具有ss补偿拓扑的无线功率传输系统，所述耦合系数为所述发射线圈与接收线圈之间的耦合系数；所述双移相一次侧内移相角值为双移相调制策略下的一次侧内移相角值；

41、关系确定模块，用于基于所述系统参数、双移相一次侧内移相角和拓展移相一次侧内移相角，确定一次侧内移相角关系；所述一次侧内移相角关系为双移相一次侧内移相角和拓展移相一次侧内移相角的关系，所述双移相一次侧内移相角为双移相调制策略下的一次侧内移相角，所述拓展移相一次侧内移相角为拓展移相调制策略下的一次侧内移相角；

42、拓展移相一次侧内移相角值确定模块，用于基于所述一次侧内移相角关系和所述双移相一次侧内移相角值，确定拓展移相一次侧内移相角值；

43、双移相输出功率计算模块，用于：

44、基于所述系统参数和所述双移相一次侧内移相角值，计算双移相外移相角值；

45、基于所述一次侧直流输入电压、所述角频率、所述双移相一次侧内移相角值、所述发射线圈的自感、所述耦合系数、所述二次侧直流输出电压、所述双移相外移相角值和双移相二次侧内移相角值，计算双移相输出功率；所述双移相二次侧内移相角值与所述双移相一次侧内移相角值相等；

46、拓展移相输出功率计算模块，用于：

47、基于所述系统参数和所述拓展移相一次侧内移相角值，计算拓展移相外移相角值；

48、基于所述一次侧直流输入电压、所述角频率、所述拓展移相一次侧内移相角值、所述发射线圈的自感、所述耦合系数、所述二次侧直流输出电压、所述拓展移相外移相角值和拓展移相二次侧内移相角值，计算拓展移相输出功率；所述拓展移相二次侧内移相角值为0.5；

49、目标调制策略确定模块，用于基于所述双移相输出功率和所述拓展移相输出功率确定所述目标系统的目标调制策略。

50、一种电子设备，包括：

51、一个或多个处理器；

52、存储装置，其上存储有一个或多个程序；

53、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如上述所述的无线功率传输系统调制策略的确定方法。

54、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

55、本发明公开了一种无线功率传输系统调制策略的确定方法、系统及电子设备，利用两个控制自由度即一次侧内移相角值和二次侧内移相角值，进行无线功率传输系统调制策略的确定，实现了全工况、宽电压范围内的功率跟踪、阻抗匹配和开关管的zvs。