论文总字数：24340字

摘 要

无线电能传输作为一种非常有应用前景的技术，最近几年受到越来越多的关注，无线电能传输与现有的电能传输相比不需要任何的物理媒介。最近，随着电动汽车的不断发展，双向无线电能传输（Bidirectional Wireless Power Transfer, BD-WPT）在与电网相连接的电动汽车上应用得到越来越多的关注和发展，具有广阔的应用前景。双向无线电能传输不仅具有无线电能传输的便捷、灵活、高效的优点，而且可实现电能在电源和负载之间的双向自由的流动。双向无线电能传输在技术控制上是比较复杂的，不仅要保证双向无线电能传输系统原边副边同步工作，而且还要控制其功率的传输方向和大小保证其传输的稳定性；在本文提出一种新型的控制方式，该控制方式是基于在双向无线电能传输系统副边侧测量的有功功率和无功功率的大小，来实现电能的双向传输和功率大小的控制，以及在没有和原边有通信的情况下实现原边副边的同步。该新型控制器位于无线电能传输的副边侧，不仅适用于单负载系统，还适用于多负载系统。通过控制无功功率最小化，保证传输的有功功率最大化。通过仿真验证模型的准确性。

关键词：无线电能传输，电动汽车，并网，双向无线充电

Abstract

As a very promising technology, wireless power transmission has received more and more attention in recent years. Wireless power transfer (WPT) does not require any physical media as compared with existing power transmission. Recently, with the continuous development of electric vehicles, Bidirectional Wireless Power Transfer (BD-WPT) has attracted more and more attention, has received development in electric vehicles connected to the grid, and has prospect for a wide range of application. BD-WRT not only has the advantages of convenient, flexible and high-efficiency radio energy transmission, but also can realize two-way free flow of electric energy between the power source and the load. The BD-WPT is more complicated in terms of technical control. It is not only to ensure that the primary and pickup sides of BD-WPT system work synchronously, but also to control the transmission direction and size of the power to ensure the stability of the transmission; a new control method is proposed in this paper. The control method is based on the magnitudes of active power and reactive power measured on the pickup side of BD-WPT system to realize the two-way transmission of power and the control of the power size. It can also realize the synchronization of the original side without communication with the original side. The new controller is located on the pickup side of BD-WPT and is not only suitable for single-load systems but also for multi-load systems. By controlling the minimization of reactive power, it is ensured that the transmitted active power is maximized; the accuracy of the model is verified by simulation.

KEY WORDS: Wireless power transfer, electric vehicle, grid-connected

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 电动汽车入网技术和双向电能传输 1

1.2 无线电能传输技术 1

1.2.1 无线电能传输技术的发展 1

1.2.2 双向无线电能传输技术概述 3

1.2.3 双向无线电能传输技术目前待解决的问题 3

1.3 本文研究内容 4

第二章 双向无线电能传输系统设计 6

2.1 双向无线电能传输系统理论分析和建模 6

2.1.1 系统理论分析和建模 6

2.1.2 系统拓扑结构分析 10

2.2 双向无线电能传输系统的数据采集 11

第三章 双向无线电能传输系统的控制方法 13

3.1 双向无线电能传输系统的同步控制 13

3.1.1 压控振荡器介绍 13

3.1.2 同步控制设计 14

3.2 双向无线电能传输系统功率控制方法 17

3.3 同步控制和功率大小调节的总结 18

第四章 双向无线电能传输系统仿真结果分析 19

4.1 系统功率计算、同步控制和功率调节控制仿真电路 19

4.2 双向无线电能传输系统仿真结果分析 19

4.3 系统两侧非理想型电源分析 26

第五章 总结与展望 31

5.1 全文研究工作总结 31

5.2 对双向无线电能传输系统发展展望 31

参考文献 32

致谢 33

绪论

电动汽车入网技术和双向电能传输

随着社会的不断的发展，石油储备的不断减少，电动汽车得到大力的发展，同时电动汽车入网技术（Vehicle to Grid，V2G）也得到了广泛的关注和发展研究；传统的电能传输是单方向的，一般是从电网到用户，随着的V2G的发展，双向电能传输的需求显得尤为重要。电动汽车入网技术是指可以将电动汽车看作一个储能单元，通过控制操作，可以实现电网和电动汽车的能量的双向交换和互动，实现电动汽车和电网之间的能量传输。电动汽车入网技术概念允许使用电动汽车电池作为经济有效的替代能源储存来缓解电网的波动，促进新能源发电的应用和发展。V2G技术实现了电网与电动汽车的双向能量互动，是智能电网技术的重要组成部分，V2G技术的发展极大的促进电动汽车发展、普及和推广。研究表明，可外接插电式混合电动汽车（PHEV）和纯电动汽车（BEV）将在20年之内成为配电系统必不可少且非常重要的一部分,其不仅能提供储存电能，而且还能平衡用电需求，缓解用电压力。目前数据表明，现在90%以上的乘用车辆平均每天行驶时间大约1个小时，一天中的95%的时间处于闲置状态。将停止状态的电动汽车与电网连接，当数量足够大时，可将其看作为可移动的电池储能装置，在满足用户日常使用的前提下，电动汽车可以将电池中多余的电能反馈给电网，当电动汽车电能不足时电能从电网再传输到电动汽车，实现了电能从电网到电动汽车的双向传输。

V2G技术的发展促进了双向电能传输技术的发展，具有非常乐观的应用前景。双向电能传输以及电动汽车入网技术的发展对于电动汽车使用者、电网公司、汽车企业将是双赢的。对于电动汽车用户，电动汽车入网技术的应用，增大了电动汽车的使用率和使用价值，电动汽车闲置时，将其与电网相连，相当于暂时租借给电网公司作为一个临时的热储备，同时在不同电价时间段对电动汽车充放电，从而降低电动汽车日常使用成本。对于电网公司而言，这样不但可以减轻因为电动汽车的增加导致的用电压力，而且可以节约电网公司对电网建设投资，电动汽车入网实现的双向能量传输进一步能取代抽水蓄能发电厂，同时可以提高了电网运行的效率和可靠性。对于电动汽车企业，电动汽车的制造成本过高，导致电动汽车的价格普遍高于传统的内燃机汽车，V2G技术使用户使用电动汽车的成本有效降低，可以大大促进电动汽车的发展。

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