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基于脉冲电压注入的双向无线功率传输系统同步策略
Synchronization Strategy Based on Pulse Voltage Injection for Bidirectional Wireless Power Transfer Systems
| 作者 | Zhaozheng Zhu · C. Q. Jiang · Xiaosheng Wang · Junhui Yang · Yibo Wang · Kai Song |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2025年5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 | 双向无线电能传输 脉冲电压注入法 同步 纳秒脉冲发生器 实验验证 |
语言:
中文摘要
在双向无线电能传输(BWPT)系统中,逆变器与有源整流器之间的同步是一项具有挑战性的任务。本文提出了一种新颖的脉冲电压注入方法(PVIM),无需使用任何通信链路即可实现两侧变流器之间的同步。PVIM的同步原理是在初级侧注入电压脉冲,并在次级侧检测脉冲以生成同步信号。通过捕获同步信号,可锁定初级侧的频率和相位。为了实现初级侧的电压脉冲注入,本文提出了一种拓扑结构和控制方式简单的新型纳秒脉冲发生器。此外,采用两个与谐振槽路串联的磁环进行电压脉冲的注入和检测。与现有的同步策略相比,PVIM在六个关键方面显示出显著优势:同步精度高(<0.2°)、动态响应快(在1个开关周期内,<20 μs)、硬件要求低(无需电压/电流采样、辅助线圈或模数转换器)、对谐波电流和系统失谐的抗干扰能力强、计算复杂度低,并且广泛适用于各种补偿拓扑的BWPT系统。实验结果验证了所提方法的有效性。
English Abstract
Synchronization between the inverter and active rectifier is challenging in bidirectional wireless power transfer (BWPT) systems. This article proposes a novel pulse voltage injection method (PVIM) to achieve synchronization between converters on both sides without using any communication link. The synchronization principle of PVIM is to inject voltage pulses at the primary side and detect pulses at the secondary side to generate synchronization signals. By capturing the synchronization signals, the frequency and phase of the primary side can be locked. To realize the voltage pulse injection on the primary side, a novel nanosecond pulse generator with simple topology and control is proposed. In addition, two magnetic rings connected in series with resonant tanks are used for injection and detection of voltage pulses. Compared with the existing synchronization strategies, PVIM demonstrates significant advantages in six key aspects: high synchronization accuracy (μs), low hardware requirements (no need for voltage/current sampling, auxiliary coils, or analog-to-digital converters), strong immunity to harmonic currents and system detuning, low computational complexity, and broad applicability to BWPT systems with various compensation topologies. Experimental results have validated the effectiveness of the proposed method.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于脉冲电压注入的双向无线电力传输同步策略具有重要的技术参考价值,尤其在储能系统和电动汽车充电领域具有潜在应用前景。
该技术的核心创新在于实现了无通信链路的双向变流器同步控制,这与阳光电源在储能双向变流器(PCS)和车载充电系统中面临的控制挑战高度相关。传统双向功率变换系统依赖复杂的通信协议和信号采样,而该方法通过纳秒级脉冲注入实现高精度同步(相位误差<0.2°),动态响应时间缩短至单个开关周期内(<20μs),这对提升系统响应速度和控制精度具有显著价值。特别是其低硬件需求特性——无需电压/电流采样、辅助线圈或ADC——可有效降低系统成本和复杂度,符合阳光电源产品高性价比的市场定位。
从应用场景看,该技术在储能系统的模块化并联、电动汽车无线充电、以及分布式能源的双向功率调度中具有应用潜力。其对谐波电流和系统失谐的强抗干扰能力,能够增强系统在复杂电网环境下的稳定性。然而,技术成熟度方面仍需关注:无线电力传输的效率损耗、电磁兼容性问题、以及在大功率场景下的可靠性验证尚需进一步工程化验证。
建议阳光电源关注该技术在模块化储能系统同步控制中的借鉴意义,特别是其无通信同步理念可应用于优化现有PCS产品的并联控制策略,降低系统通信负担,提升可靠性。同时可评估在未来车网互动(V2G)业务中的应用可行性,为技术储备提供前瞻性布局。