基于多電平及多拾取線圈的IPT系統功率提升技術研究.pdf

1、近年來隨著電力電子技術的技術的發(fā)展，感應電能傳輸(Inductive Power Transfer,IPT)技術在大功率應用方面得到了長足進步，這使得IPT系統取代接觸網以非接觸的方式為軌道機車供電成為可能;由于軌道機車的額定功率達兆瓦，受功率半導體器件耐壓、耐流限制，使得IPT系統的功率容量難以滿足大功率軌道機車的需求，因此有必要優(yōu)化IPT系統的功率特性以滿足大功率負載的工作需求。
　　一般來說，功率容量和工作效率是IPT系統兩

2、大關鍵的技術指標。為提高IPT系統的功率容量，使得決定輸入功率的逆變器和和決定輸出功率的拾取機構成為IPT系統的重點優(yōu)化對象。然而受半導體器件容量限制，傳統的基于單相全橋逆變器和單拾取線圈的IPT系統輸出功率很難滿足大功率負載需求。在現有半導體容量下，利用多電平逆變器和多拾取線圈成為提高IPT系統功率容量的一種快捷有效途徑。另外，由于IPT系統的最優(yōu)電阻會隨著機車運動導致的互感變化而改變，同時IPT系統的負載功率變化會改變其等效電阻，進

3、而影響IPT系統的工作效率，因此有必要提出一種效率優(yōu)化方法以實現IPT系統實時高效地為移動負載供電。
　　(1)利用鉗位多電平逆變器的高耐壓特性，以提高輸入電壓的方式提高逆變器的功率容量。由于逆變器輸出電壓的低次諧波會影響IPT系統的穩(wěn)定性及其工作效率，而逆變器輸出電壓的諧波含量直接與其控制信號的移相角以及脈寬有關，因此根據五電平逆變器輸出電壓的傅里葉級數表達式，建立各次諧波與移相角、脈寬之間的關系表達式，并結合移相控制技術控制五

4、電平逆變器輸出電壓的諧波含量，以此達到消除五電平逆變器輸出電壓中含量較高的三次、五次及其奇數倍次諧波的目的。
　　(2)利用多拾取線圈的并聯大電流特性，以增大輸出電流的方式來提高拾取機構的輸出功率。拾取線圈間的互感會使IPT系統失諧，進而降低IPT系統的功率容量和工作效率，各拾取線圈的輸出功率也會嚴重失衡。當發(fā)射線圈與拾取線圈間互感相等時，各拾取線圈的感應電壓相同，此時利用電容補償的方式可以有效消除拾取線圈間互感對IPT系統的影響

5、。當發(fā)射線圈與拾取線圈間互感不相等時，各拾取線圈感應電壓相同，此時通過控制拾取線圈的電流相等并結合電容補償的方式可以消除拾取線圈間互感對IPT系統的影響。
　　(3)當IPT系統為軌道機車等移動負載供電時，IPT系統的最優(yōu)電阻會隨著機車運動導致的互感變化而改變;同時IPT系統的等效電阻會隨軌道機車加速、減速等不同工況下的功率需求變化而改變，同樣會影響IPT系統的工作效率。因此將基于擾動觀察法的最優(yōu)電阻跟蹤技術來優(yōu)化IPT系統對移動