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储能系统技术 储能系统 ★ 5.0

基于耦合外部并联谐振支路的多相逆变器均流方法

Current Sharing for a Multiphase Inverter Based on Coupled External Parallel Resonant Branches for Wireless Power Transfer System

作者 Rongbin Liu · Ronghuan Xie · Xiaoying Chen · Xingkui Mao · Zhongqi Li · Yiming Zhang
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年9月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 多相无线电能传输 电流共享方法 LCC - S补偿 耦合电感 实验验证
语言:

中文摘要

本文提出了一种用于多相无线电能传输(WPT)系统的新型无源均流方法。对于一个 N 相逆变器,在电感 - 电容 - 电容串联(LCC - S)补偿的 WPT 系统中会有 N 个补偿电感。所提出的方案引入了 N 个与这 N 个补偿电感相耦合的外部并联谐振支路。通过这种方式,在每个环流回路中引入了极大的阻抗,从而实现相电流的平衡。该方法无需在电能传输通道中添加额外的额定功率等级的无源元件。所提方法采用了两个耦合电感,易于实现。文中还介绍了两种新型的耦合电感集成结构。详细分析了所提方法的数学模型和均流原理。搭建了一个采用四相逆变器的 1.6 千瓦 LCC - S 补偿 WPT 实验样机,实验结果验证了所提均流方法的有效性。

English Abstract

A novel passive current sharing method for a multiphase wireless power transfer (WPT) system is proposed in this letter. For an N-phase inverter, there would be N compensating inductors in the inductor–capacitor–capacitor series (LCC-S) compensated WPT system. The proposed scheme introduces N external parallel resonant branches coupled with these N compensating inductors. In this way, an extremely large impedance is introduced in each loop of the circulating currents so as to balance the phase currents. No additional passive components with the rated power level are added to the power transfer channel. The proposed method employs two coupled inductors, which is easy to realize. Two new integrated structures for coupled inductors are introduced. The mathematical model and the current sharing principle of the proposed method are analyzed in detail. A 1.6-kW LCC-S compensated WPT experimental prototype with a four-phase inverter and the experimental results verify the effectiveness of the proposed current sharing method.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于耦合外部并联谐振支路的多相逆变器均流技术在无线电能传输领域具有重要的参考价值,特别是对我们在电动汽车充电和储能系统的技术延伸具有启发意义。

该技术的核心创新在于通过无源均流方法解决多相逆变器的电流不平衡问题。对于阳光电源而言,这一技术路线与我们在大功率光伏逆变器和储能变流器中的多电平、多相并联拓扑有天然的技术关联性。论文提出的LCC-S补偿拓扑配合耦合电感的方案,无需在功率传输通道增加额外的额定功率级器件,这种设计理念符合我们追求高效率、高功率密度的产品开发方向。

从应用前景看,无线充电技术正成为电动汽车领域的重要发展方向。阳光电源已在充电桩业务布局,该技术可为我们进入无线充电市场提供技术储备。1.6kW的实验验证功率虽然相对较小,但多相并联架构为功率扩展提供了清晰路径,这与我们在大功率应用场景的需求相契合。

技术挑战方面,耦合电感的集成设计需要精密的磁路设计和制造工艺,这对我们的磁性元件供应链提出更高要求。此外,从1.6kW实验样机到数十千瓦甚至兆瓦级商业化产品,还需要解决电磁兼容、热管理、系统可靠性等工程化问题。

建议我们的研发团队关注这一技术方向,评估其在储能系统无线互联、电动汽车无线充电等场景的应用可行性,同时结合我们在功率电子变换和控制算法方面的既有优势,探索差异化的技术路线。