应用于无线电能传输的光储系统研究与设计

摘要

随着化石能源的逐渐枯竭，新能源的生产与利用越来越受到人们的重视。光伏发电是目前新能源领域被看好的一个方向。光伏储能系统主要应用于解决光伏发电易受环境影响问题。而在电力传输方面仍然主要采用的是电气导线连接这一电力传输方式。有线电能传输在拔插触头时容易出现接触火花、机械磨损等安全问题，而无线电能传输系统能解决这一问题。为了解决光伏发电系统发电稳定性与用电安全性的问题，本文将无线电能传输系统作为负载模块与光伏储能系统相结合，对系统的稳定性运行进行研究。
　　分析了光储无线电能传输系统的工作原理。在Matlab/simulink中搭建光伏电池的数学模型，并对其输出特性进行仿真分析。分析了系统中各个组成单元工作原理，建立了系统中接口电路的小信号模型。
　　无线电能传输系统作为负载模块与光伏储能系统相结合。对无线电能传输模块中的松耦合变压器进行建模。为了提升系统的传输效率，根据实际的应用环境与需求，选取原边串联副边串联电容的补偿方式，并分析了该种补偿方式下的电路特性，得到了控制无线电能传输系统输入电压即可控制其输出电流的结论。并对其进行了仿真验证与分析。
　　在光伏储能系统中，为了控制系统稳定运行，提出了以直流母线电压为控制信号的分层协调控制策略。在策略模式3中，对双向DC/DC变换器Boost升压方向的恒流模式和Boost升压方向的恒压限流模式进行了对比分析。在无线电能传输模块与直流母线之间设计了一个Buck变换器作为接口电路，对这个接口电路进行恒压输出控制，实现对无线电能传输系统输出的稳定控制。为了提高接口电路的响应快速性和稳定性，利用接口变换器的小信号模型，对系统接口电路的闭环系统的传递函数进行建模分析，计算不同工作模式下的PI参数。
　　对整体系统进行仿真分析，实现了系统的稳定运行，验证分层协调控制策略的可行性。并搭建部分DC/DC接口电路实物平台，通过实验验证接口电路的工作特性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 光伏储能系统的研究现状和前景

1.3 无线电能传输技术研究现状和前景

1.4 本文主要研究内容

第2章 光储无线电能传输系统总体设计及建模

2.1 光储无线电能传输系统原理

2.2 光储无线电能传输系统组成单元

2.3 DC/DC变换器主电路小信号模型

2.4 本章小结

第三章 无线电能传输系统全桥串联谐振变换器技术分析与仿真

3.1 引言

3.2 松耦合变压器

3.3 松耦合变压器补偿电路分析

3.4 带串联补偿的全桥变换器分析

3.5 本章小结

第四章 光储无线电能传输系统控制策略研究及建模

4.1 引言

4.2 系统运行控制目标及策略

4.3 系统接口变换器控制模式建模与仿真

4.4 本章小结

第5章 系统仿真分析与实现

5.1 系统控制策略运行仿真分析

5.2 数字控制器设计

5.3 DC/DC变换器软件设计

5.4 实验平台搭建及测试

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文