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储能系统技术 储能系统 SiC器件 ★ 4.0

基于自激振荡模式的双向EC-WPT系统相位同步方法

Phase Synchronization Method Based on Self-Oscillation Mode for Bidirectional EC-WPT System

作者
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 SiC器件
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 双向电场耦合无线电能传输 相位同步方法 自振荡模式 耦合电容变化 稳定谐振频率
语言:

中文摘要

具有双边物理隔离的双向电场耦合无线电能传输(EC - WPT)技术可实现电气设备之间的能量交互。原边和副边变换器产生的输出电压相位不同步会导致相对相位差周期性变化以及输出功率持续振荡等问题。因此,本文提出了一种基于自振荡模式的相位同步方法,该方法可容忍双向EC - WPT系统中耦合极板的偏移。该方法通过建立系统的频闪映射模型,分析耦合电容变化对软开关工作点的影响,并提供一个运行在最大幅频增益处的稳定谐振频率。基于自振荡原理,系统通过跟踪谐振电流的过零点自主驱动双边变换器,最终以稳定的谐振频率运行,实现精确的相位同步。该方法无需复杂计算和额外的复杂模拟电路,且不受耦合电容变化的影响。实验结果与仿真结果高度吻合,验证了所提出的双向EC - WPT系统相位同步方法的有效性。

English Abstract

Bidirectional electric-field coupled wireless power transfer (EC-WPT) technology with bilateral physical isolation enables energy interaction between electrical devices. Phase desynchronization of the output voltages generated by the primary and secondary converters causes issues such as periodic variations in the relative phase difference and continuous oscillations in the output power. Therefore, this article proposes a phase synchronization method based on self-oscillation mode that can tolerate misalignment of coupling plates in the bidirectional EC-WPT system. The method analyzes the effect of coupling capacitances variation on the soft-switching operating points by establishing a stroboscopic mapping model of the system, and provides a stable resonant frequency operating at the maximum amplitude-frequency gain. Based on the principle of self-oscillation, the system autonomously drives the bilateral converters by tracking the zero-crossing points of the resonant currents and ultimately operates at a stable resonant frequency for precise phase synchronization. It operates without the need for complicated computation, additional complex analog circuits, and is not affected by the variation of coupling capacitances. The experimental results show good agreement with the simulation results, validating that the effectiveness of the proposed phase synchronization method for the bidirectional EC-WPT system.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于自振荡模式的双向电场耦合无线电能传输(EC-WPT)相位同步技术具有显著的战略价值。该技术实现了物理隔离条件下的双向能量交互,这与我司在储能系统和电动汽车充电领域的核心需求高度契合。

在储能系统应用场景中,该技术可优化分布式储能单元间的能量调度。传统有线连接在复杂工况下存在接触磨损、防护等级要求高等问题,而EC-WPT技术的物理隔离特性能够提升系统可靠性,特别适用于户外储能电站和海上风电储能等恶劣环境。论文提出的自振荡相位同步方法无需复杂计算和额外模拟电路,能够自适应耦合电容变化,这对降低系统成本和提高鲁棒性具有实际意义。

对于电动汽车充电业务,该技术的耦合板错位容忍能力解决了无线充电中的关键痛点。通过零电流过零点跟踪实现精确相位同步,可有效消除输出功率振荡,提升充电效率和用户体验。建立的频闪映射模型为软开关工作点分析提供了理论基础,有助于我司开发高效率、宽适应范围的无线充电产品。

技术挑战方面,EC-WPT相较于主流的磁耦合方案在传输功率和效率上仍需验证,且耦合电容的环境敏感性(湿度、污染物)需要深入研究。建议我司技术团队重点关注该方法在中大功率场景的扩展性,以及与现有逆变器拓扑的兼容性,探索在光储充一体化系统中的集成应用可能性。该技术目前处于实验验证阶段,距离产业化应用尚需2-3年的工程化开发周期。