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专利号: 2018100460268
申请人: 河南工程学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于非接触供电技术的逆变系统,其特征在于,包括太阳能电池(1)、DC-AC电能变换器电路(2)、非接触变压器(3)、整流电路(4)、滤波电路(5)和逆变电路(6),太阳能电池(1)与DC-AC电能变换器电路(2)相连接,DC-AC电能变换器电路(2)与非接触变压器(3)相连接,非接触变压器(3)与整流电路(4)相连接,整流电路(4)与滤波电路(5)相连接,滤波电路(5)与逆变电路(6)相连接;所述非接触变压器(3)包括相互耦合的原边线圈和副边线圈,原边线圈与副边线圈之间设有长度大于2mm、可容纳屋面面层或墙面防水材料的间隙;所述DC-AC电能变换器电路(2)将太阳能电池(1)得到的直流电转变为交流电,经非接触变压器(3)的原边线圈以非接触方式传递能量到副边线圈,副边线圈得到交流电传递给整流电路(4)和滤波电路(5)进行整流滤波得到直流电,再由逆变电路(6)逆变成稳定的工频交流电,供给其后的负载使用或将能量传输到电网;

还包括变换器控制电路(111)和逆变控制电路(112),变换器控制电路(111)与DC-AC电能变换器电路(2)相连接;所述逆变控制电路(112)与逆变电路(6)相连接,逆变电路(6)分别与电压信号检测电路(113)和电流信号检测电路(114)相连接,电压信号检测电路(113)与第一信号处理电路(115)相连接,第一信号处理电路(115)与逆变控制电路(112)相连接,电流信号检测电路(114)与第二信号处理电路(116)相连接,第二信号处理电路(116)与逆变控制电路(112)相连接;所述电压信号检测电路(113)将输出电压uo转变为交流低电压信号uos,电流检测电路(114)将输出电流io转变为交流低电压信号uios,电压信号检测电路(113)将处理后的信号传送给第一信号处理电路(115),电流信号检测电路(114)将处理后的信号传送给第二信号处理电路(116),第一信号处理电路(115)将处理后的信号xu(t)传送给逆变控制电路(112),第二信号处理电路(116)将处理后的信号xi(t)传送给逆变控制电路(112);

基于非接触供电技术的逆变系统的检测方法的步骤如下:

步骤一:逆变电路(6)的输出电压uo经电压信号检测电路(113)滤波与降压得到电压信号uos,第一信号处理电路(115)将正负交变的电压信号uos分两路相乘,得到恒正的信号xu(t),则xu(t)=k1·uos2=k1·(|uos|sinα)2,第一信号处理电路(115)将信号xu(t)传送到逆变控制电路(112);其中k1为常数;

步骤二:逆变控制电路(112)将信号xu(t)转换成数字量并存入存储器;从逆变控制电路(112)内部的存储器中取出信号k1·uos2之前T1/4的波形k1·[|uos|sin(α+90°)]2对应的数字量,根据sin2(α)+sin2(α+90°)=1的原理,将二者相加得到输出电压uo平均值的平方:=k1·k2·{(|uos|sinα)2+[|uos|sin(α+90°)]2},其中,k2为常系数,T1为电压信号uos的周期;

步骤三:设yu(t)= ,eu(t)=  ,将信号xu(t)等间隔采样并存储为序列,每个工

频周期内采样频率设定为400次,采样频率fs定为20kHz;采样周期TS=1/fs,对应的FIR滤波器:

eu (t)=a0·xu(t)+a100·xu(t-100·TS) + a400·xu(t-400·TS)+ a500·xu(t-500·TS)

= xu(t)+ xu(t-100·TS)-xu(t-400·TS)-xu(t-500·TS);

yu (t) = a0·xu(t)+ a100·xu(t-100·TS) = xu(t)+ xu(t-100·TS);

其中, 系数a0=a100= 1,a400=a500= -1;

正常工作状态下,电压平均值变化较小,变化差值eu(t)= 始终维持在0V2左右;当系统出现明显电压跌落时,差值eu(t)=  会急剧减小到负值,且信号yu(t)急剧下降;

步骤四:逆变电路(6)的输出电流io经流电信号检测电路(114)将电流转化成电压信号uios,第二信号处理电路(116)将正负交变的电压信号uios分两路进行相乘,得到恒正的信号xi(t),则xi(t)=k3·uios2= k3·(|uios|sinα)2;第二信号处理电路(116)将信号xi(t),传送到逆变控制电路(112);逆变控制电路(112)将信号xi(t)转换成数字量并存入存储器;从逆变控制电路(112)内部的存储器中取出信号xi(t)之前T1/4时刻的波形k3·[|uios|sin(α+

90°)]2对应的数字量,得到输出电流io的平均值平方: =k3·k4·{(|uios|sinα)2+[|uios|sin(α+90°)]2},其中,k3、k4为常系数;

步骤五:设yi(t)= ,ei(t)= ,将信号xi(t)等间隔采样并存储为序列,每个工频周期内采样频率设定为400次,采样频率fs定为20kHz;采样周期TS=1/fs,对应的FIR滤波器:ei(t)=a0·xi(t)+ a100·xi(t-100·TS) + a400·xi(t-400·TS)+ a500·xi(t-500·TS)

= xi(t)+ xi(t-100·TS)-xi(t-400·TS)-xi(t-500·TS);

yi (t) = a0·xi(t)+ a100·xi(t-100·TS) = xi(t)+ xi(t-100·TS);

其中,系数a0=a100= 1,a400=a500= -1;

当出现电流剧增时,信号ei(t)变为正值且信号yi(t)急剧上升;由于信号e(t)不会出现延迟失真,信号ei(t)变为正值可判断为电流增大。

2.根据权利要求1所述的基于非接触供电技术的逆变系统,其特征在于,所述DC-AC电能变换器电路(2)为半桥式变换电路(21)、全桥式变换电路(22)、推挽式变换电路(23)或推挽式自持式变换电路(24);

所述半桥式变换电路(21)包括电容C1、电容C2、开关管S1和开关管S2,电容C1和电容C2串联连接后的支路与开关管S1与开关管S2串联连接的支路并联连接,电容C1和电容C2的所在支路的两端与太阳能电池(1)的输出端相连接,电容C1和电容C2的中点、开关管S1和开关管S2的中点分别与非接触变压器(3)的输入端相连接;

所述全桥式变换电路(22)包括开关管S3、开关管S4、开关管S5和开关管S6,开关管S3和开关管S4串联连接后的支路与开关管S5与开关管S6串联连接的支路并联连接,开关管S3和开关管S4所在支路的两端分别与太阳能电池(1)的输出端相连接,开关管S3和开关管S4的中点、开关管S5和开关管S6的中点分别与非接触变压器(3)的输入端相连接;

所述推挽式变换电路(23)包括电感L1、分裂电感L2、分裂电感L3、开关管S7和开关管S8,电感L1分别与分裂电感L2和分裂电感L3相连接,分裂电感L2和分裂电感L3采用磁芯耦合、异名端相连,分裂电感L2与开关管S7串联连接,分裂电感L3与开关管S8串联连接,开关管S8与开关管S7并联连接,电感L1、开关管S7分别与太阳能电池(1)的输出端相连接,分裂电感L2与开关管S7的中点、分裂电感L3与开关管S8的中点分别与非接触变压器(3)的输入端相连接;

所述推挽式自持式变换电路(24)包括电感L4、分裂电感L5、分裂电感L6、电阻R1、电阻R2、电容C3、电容C4、开关管S9和开关管S10,电感L4分别与分裂电感L5、分裂电感L6相连接,分裂电感L5和分裂电感L6采用磁芯耦合、异名端相连;分裂电感L5与开关管S9串联连接,分裂电感L6与开关管S10串联连接;分裂电感L5与开关管S9的中点分别与电容C3与电阻R1相连接,电容C3与电阻R1并联连接后与开关管S10的基极相连接,分裂电感L6与开关管S10的中点分别与电容C4与电阻R2相连接,电容C4与电阻R2并联连接后与开关管S9的基极相连接,分裂电感L5与开关管S9的串联电路和分裂电感L6与开关管S10的串联电路并联连接;电感L4、开关管S9分别与太阳能电池(1)的输出端相连接,分裂电感L5与开关管S9的中点、分裂电感L6与开关管S10的中点分别与非接触变压器(3)的输入端相连接。

3.根据权利要求1所述的基于非接触供电技术的逆变系统,其特征在于,所述非接触变压器(3)包含有补偿电路,非接触变压器(3)为串-串联谐振电路(31)、串-并联谐振电路(32)、并-串联谐振电路(33)或并-并联谐振电路(34);

所述串-串联谐振电路(31)包括电容CP1、电感LP1、电容CS1和电感LS1,电容CP1和电感LP1串联连接,电容CS1和电感LS1串联连接,电感LP1和电感LS1通过电磁耦合连接;电容CP1和电感LP1所在支路的两端分别与DC-AC电能变换器电路(2)的输出端相连接,电容CS1和电感LS1所在支路的两端分别与整流电路(4)的输入端相连接;

所述串-并联谐振电路(32)包括电容CP2、电感LP2、CS2和电感LS2,电容CP2和电感LP2串联连接,电容CS2和电感LS2并联连接,电感LP2和电感LS2通过电磁耦合连接;电容CP2和电感LP2所在支路的两端分别与DC-AC电能变换器电路(2)的输出端相连接,电感LS2的两端分别与整流电路(4)的输入端相连接;

所述并-串联谐振电路(33)包括电容CP3、电感LP3、CS3和电感LS3,电容CP3和电感LP3并联连接,电容CS3和电感LS3串联连接,电感LP3和电感LS3通过电磁耦合连接;电感LP3的两端分别与DC-AC电能变换器电路(2)的输出端相连接,电容CS3和电感LS3所在支路的两端分别与整流电路(4)的输入端相连接;

所述并-并联谐振电路(34)包括电容CP4、电感LP4、CS4和电感LS4,电容CP4和电感LP4并联连接,电容CS4和电感LS4并联连接,电感LP4和电感LS4通过电磁耦合连接;电感LP4的两端分别与DC-AC电能变换器电路(2)的输出端相连接,电感LS4的两端分别与整流电路(4)的输入端相连接。

4.根据权利要求1所述的基于非接触供电技术的逆变系统,其特征在于,所述整流电路(4)为倍压整流电路(41)或全波整流电路(42);

所述倍压整流电路(41)包括二极管D41、二极管D42、电容C41和电容C42,二极管D41和二极管D42串联连接,电容C41和电容C42串联连接,二极管D41和二极管D42的中点、电容C41和电容C42的中点分别与非接触变压器(3)的输出端相连接;电容C41与二极管D41连接,电容C42与二极管D42连接,电容C41与二极管D41的中点、电容C42与二极管D42的中点分别与滤波电路(5)的输入端相连接;

所述全波整流电路(42)包括二极管D43、二极管D44、二极管D45和二极管D46,二极管D43和二极管D44串联连接,二极管D45和二极管D46串联连接,二极管D43与二极管D45连接,二极管D44与二极管D46连接,二极管D43和二极管D44的中点、二极管D45和二极管D46的中点分别与非接触变压器(3)的输出端相连接,二极管D43和二极管D45的中点、二极管D44和二极管D46的中点分别与滤波电路(5)的输入端相连接。

5.根据权利要求1所述的基于非接触供电技术的逆变系统,其特征在于,所述滤波电路(5)为第一滤波电路(51)、第二滤波电路(52)、第三滤波电路(53)、第四滤波电路(54)、第五滤波电路(55)或第六滤波电路(56);

所述第一滤波电路(51)包括电容C51,整流电路(4)的输出端与电容C51的两端相连接,电容C51的两端与逆变电路(6)的输入端相连接;

所述第二滤波电路(52)包括电感L51、电感L52和电容C52,电感L51和电感L52的同名端分别与整流电路(4)的输出端相连接,电感L51和电感L52的异名端分别与电容C52的两端相连接,电感L51和电感L52构成互感电路,电容C52的两端分别与逆变电路(6)的输入端相连接;

所述第三滤波电路(53)包括电容C53、电感L53、电感L54和电容C54,电容C53的两端分别与电感L53和电感L54的同名端相连接,电感L53和电感L54的异名端分别与电容C54的两端相连接,电感L53和电感L54构成互感电路,电容C53分别与整流电路(4)的输出端相连接,电容C54的两端分别与逆变电路(6)的输入端相连接;

所述第四滤波电路(54)包括电感L55和电容C55,电感L55和电容C55串联连接,电感L55和电容C55分别与整流电路(4)的输出端相连接,电容C55的两端分别与逆变电路(6)的输入端相连接;

所述第五滤波电路(55)包括电容C56、电感L56和电感L57,电感L56、电容C56和电感L57依次串联连接,电容C56的两端分别与整流电路(4)的输出端相连接,电感L56和电感L57分别与逆变电路(6)的输入端相连接;

所述第六滤波电路(56)包括电感L58和电容C57,电感L58和电容C57串联连接,电容C57的两端分别与整流电路(4)的输出端相连接,电感L58和电容C57分别与逆变电路(6)的输入端相连接。

6.根据权利要求1所述的基于非接触供电技术的逆变系统,其特征在于,所述逆变电路(6)为全桥式逆变电路(61)、三相全桥式逆变电路(62)、推挽式逆变电路(63)或半桥式逆变电路(64);

所述全桥式逆变电路(61)包括开关管S61、开关管S63、开关管S62和开关管S64,开关管S61和开关管S62串联连接形成一个支路,开关管S63和开关管S64串联连接形成一个支路,两个支路并联连接;滤波电路(5)的输出端与开关管S61和开关管S62所在的支路相连接,开关管S61和开关管S62的中点、开关管S63和开关管S64的中点作为逆变电路(6)的输出端;

所述三相全桥式逆变电路(62)包括开关管S65、开关管S66、开关管S67、开关管S68、开关管S69和开关管S70,开关管S65和开关管S66串联连接形成一个支路,开关管S67和开关管S68串联连接形成一个支路,开关管S69和开关管S70串联连接形成一个支路,三个支路并联连接;滤波电路(5)的输出端与开关管S65和开关管S66所在的支路相连接,开关管S65和开关管S66的中点、开关管S67和开关管S68的中点、开关管S69和开关管S70的中点分别作为逆变电路(6)的三个输出端;

所述推挽式逆变电路(63)包括电感L61、分裂电感L62、分裂电感L63、开关管S71和开关管S72,电感L61分别与分裂电感L62和分裂电感L63相连接,分裂电感L62和分裂电感L63采用磁芯耦合、异名端相连,分裂电感L62与开关管S71串联连接,分裂电感L63与开关管S72串联连接,分裂电感L62与开关管S71的串联电路和分裂电感L63与开关管S72的串联电路并联连接;电感L61、开关管S77分别与滤波电路(5)的输出端相连接,分裂电感L62与开关管S71的中点、分裂电感L63与开关管S72的中点分别作为逆变电路(6)的输出端;

所述半桥式逆变电路(64)包括电容C61、电容C62、开关管S73和开关管S74,电容C61和电容C62串联连接形成一个支路,开关管S73和开关管S74串联连接一个支路,两个支路并联连接;

滤波电路(5)的输出端与电容C61和电容C62所在支路的两端相连接,电容C61和电容C62的中点、开关管S73和开关管S74的中点分别作为逆变电路(6)的输出端。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的基于非接触供电技术的逆变系统,其特征在于,包括太阳能电池(1)、半桥式变换电路(21)、串-串联谐振电路(31)、倍压整流电路(41)、第一滤波电路(51)和全桥式逆变电路(61),所述太阳能电池(1)的输出端点a与半桥式电路(21)的电容C1连接、输出端点b与半桥式电路(21)的电容C2连接,半桥式电路(21)的电容C1和电容C2的中点通过端点c与串-串联谐振电路(31)的电感LP1连接,开关管S1和开关管S2的中点通过端点d与电容CP1连接,电容CS1通过端点e与倍压整流电路(41)的电容C41和电容C42的中点连接,电感LS1通过端点f与倍压整流电路(41)的二极管D41和二极管D42的中点连接,电容C41和二极管D41的中点通过端点g、电容C42和二极管D42的中点通过端点h分别与第一滤波电路(51)的电容C51的两端连接,电容C51的两端通过端点i与全桥式逆变电路(61)的开关管S61和开关管S63的中点连接、通过端点j与全桥式逆变电路(61)的开关管S62和开关管S64的中点连接,开关管S63和开关管S64的中点作为输出端点k,开关管S61和开关管S62的中点作为输出端点m。

8.根据权利要求2-6中任一项所述的基于非接触供电技术的逆变系统,其特征在于,包括太阳能电池(1)、全桥式变换电路(22)、串-并联谐振电路(32)、全波整流电路(42)、第二滤波电路(52)和三相全桥式逆变电路(62),所述太阳能电池(1)的输出端点a与全桥式变换电路(22)的开关管S3连接、输出端点b与全桥式变换电路(22)的开关管S4连接,全桥式变换电路(22)的开关管S5和开关管S6的中点通过端点c与串-并联谐振电路(32)的电容CP2连接,开关管S3和开关管S4的中点通过端点d与电感LP2连接,电容CS2的一端通过端点e与全波整流电路(42)的二极管D43和二极管D44的中点连接,电容CS2的另一端通过端点f与全波整流电路(42)的二极管D45和二极管D46的中点连接,二极管D43和二极管D45的中点通过端点g与第二滤波电路(52)的电感L51同名端连接,二极管D44和二极管D46的中点通过端点h与第二滤波电路(52)的电感L52同名端连接,电容C52的两端通过端点i与三相全桥式逆变电路(62)的开关管S65和开关管S66的所在支路的两端相连接,开关管S69和开关管S70的中点作为输出端点k,开关管S67和开关管S68的中点作为输出端点m,开关管S65和开关管S66的中点作为输出端点n。