发明专利｜一种基于微电网的电能调度装置

一种基于微电网的电能调度装置，包括发射模块与接收模块，发射模块包括第一整流电路、第一逆变电路与发射线圈，接收模块包括接收线圈与第二整流电路；第一整流电路的输入端连接外部提供的交流电，用于将外部提供的交流电转换为直流电；第一逆变电路的输入端与第一整流电路的输出端连接，用于将直流电转换为高频的交流电；发射线圈与第一逆变电路的输出端连接，发射线圈用于与接收线圈相配合，以在接收线圈产生感应交流电；第二整流电路的输入端与接收线圈连接，用于将感应交流电转换为直流电，第二整流电路产生的直流电能够为外部用电设备供电或为蓄电池充电。

本发明涉及电能调度领域，具体涉及一种基于微电网的电能调度装置。

申请人：陈茗

发明人：陈茗 樊一娜 陈豪 陈大林

技术背景

现有的电能调度装置的功能不够完善，难以精确实现实时的电压电流控制。尤其是对于电能来源为风能发电或太阳能发电时，其产生的电流通常不稳定，不足以实现正常供电，限制了风能、太阳能这样清洁、环保的可再生能源的利用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的提供了一种基于微电网的电能调度装置，包括发射模块与接收模块，

所述发射模块包括第一整流电路、第一逆变电路与发射线圈，所述接收模块包括接收线圈与第二整流电路；

所述第一整流电路的输入端连接外部提供的交流电，用于将外部提供的交流电转换为直流电；

所述第一逆变电路的输入端与所述第一整流电路的输出端连接，用于将直流电转换为高频的交流电；

所述发射线圈与所述第一逆变电路的输出端连接，所述发射线圈用于与所述接收线圈相配合，以在所述接收线圈产生感应交流电；

所述第二整流电路的输入端与所述接收线圈连接，用于将感应交流电转换为直流电，所述第二整流电路产生的直流电能够为外部用电设备供电或为蓄电池充电。

在一些实施例中，在所述发射模块中，所述第一整流电路的前端还设置有电流检测装置、开关控制电路与开关，所述开关控制电路用于控制所述开关的闭合或断开，且当所述电流检测装置检测到电流超过预设阈值时，控制所述开关断开。

在一些实施例中，在所述接收模块中，所述第二整流电路的后端还设置有BUCK降压电路，所述第二整流电路产生的直流电通过所述BUCK降压电路的降压后与外部设备连接。

在一些实施例中，所述第二整流电路的后端还设置有第二逆变电路，用于将所述第二整流电路产生的直流电转换为交流电，以为外部的交流设备供电。

在一些实施例中，所述第一整流电路、第二整流电路与第一逆变电路均包括4个MOS管与对应的4个二极管。

在一些实施例中，还包括与所述发射模块连接的发射控制模块，，所述发射控制模块用于根据采集得到的发射模块与接收模块的电压、电流，计算得到DC-DC效率，并发射具有一定占空比的PWM信号至所述第一逆变电路，以控制所述第一逆变电路中的MOS管。

在一些实施例中，在所述发射模块中，所述第一整流电路与所述逆变电路之间还设置有稳压电容。

与现有技术相比，本发明的优点是：本发明提供的基于微电网的电能调度装置，其发射模块包括整流电路与逆变电路，接收模块也包括整流电路，发射模块与接收模块通过线圈之间的电磁感应来传递电能，有利于接收端电能的精确、稳定控制。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

参照图1，为本发明提供的一种基于微电网的电能调度装置，包括发射模块1与接收模块2。其中发射模块1至少包括第一整流电路11、第一逆变电路12与发射线圈13，接收模块2至少包括接收线圈21与第二整流电路22。

具体地，第一整流电路11的输入端连接外部提供的交流电，用于将外部提供的交流电转换为直流电；第一逆变电路12的输入端与第一整流电路11的输出端连接，用于将直流电转换为高频的交流电；发射线圈13与第一逆变电路12的输出端连接，发射线圈13用于与接收线圈21相配合，以在接收线圈21产生感应交流电；第二整流电路22的输入端与接收线圈21连接，用于将感应交流电转换为直流电，第二整流电路22产生的直流电能够为外部用电设备供电或为蓄电池充电。

本发明提供的基于微电网的电能调度装置，其发射模块包括整流电路与逆变电路，接收模块也包括整流电路，发射模块与接收模块通过线圈之间的电磁感应来传递电能，有利于接收端电能的精确、稳定控制。

进一步参照图2a、图2b与图3a、图3b，分别为一个具体实施例中的发射模块1与接收模块2的电路原理图。可以理解的是，图2a与图2b中的电路结构通过a1端与a2端相互连接；图3a与图3b中的电路结构通过b1端与b2端相互连接。

如图所示，电源E1表示外部电能输入，可以为传统的交流市电，或由太阳能发电装置或风能发电装置产生的电能，图中Lac表示电源E1的等效内电抗；Amac为电流检测装置，还设置有开关控制电路CON Sac与对应的开关Sac和Sac1，开关控制电路CON Sac能够控制开关Sac和Sac1的闭合或断开，且当电流检测装置Amac检测到电流超过预设阈值时，控制开关Sac和Sac1断开，保证电路的正常启动和停止。

进一步地，当电流正常时，开关Sac和Sac1闭合，即接通由4个MOS管REC1_1P、REC1_2P、REC1_3P、REC1_4P组成的第一整流电路11，且还对应设置有4个二极管D1、D2、D3、D4作为续流二极管，用于保护MOS管。第一整流电路11用于将交流电转换为有波动的直流电，其后端可设置有稳压电容Cdc1，用于稳定直流电的电压波动。图中电压表Vmdc1和电流表AM1的作用是实时检测整流出来的电路直流电压和直流电流；电阻Radc1表示连接线路上电阻以及电压表电流表的等效内阻的总和。

接下来，直流电传输至由4个MOS管INV1_1P、INV1_2P、INV1_1N、INV1_2N组成的第一逆变电路12，且同样对应设置有4个二极管D5、D6、D7、D8以保护MOS管，第一逆变电路12为单相全桥逆变电路。经过第一逆变电路12，能将直流转换为高频率（如75kHz-110kHz）的交流电。

另外，图2a中还示出了外部直流电源E2与对应的开关、开关控制电路等结构，E2例如可为外部蓄电池。可以理解的是，当需要利用本发明提供的电能调度装置时，E2提供的直流电不需通过第一整流电路11，因此直接接入第一逆变电路12即可。

接下来，发射线圈Lp与接收线圈Ls之间通过电磁感应，使电能传递至接收模块2。

发射端的电容Cp与接收端的电容Cs均起到串联谐振的作用，以增大通过线圈的电流的有效值，从而提高传输效率。发射线圈Lp与接收线圈Ls之间的距离可为10-15mm，实现了电能的无线传递。Rp和Rs分别表示发射线圈Lp与接收线圈Ls的等效电阻，并分别通过电流表Amp、电压表Vp与电流表Ams、电压表Vs来检测发射端和接收端的电流、电压。

进一步地，在接收端，同样由4个MOS管REC2_1P、REC2_2P、REC2_1N、REC2_2N组成第二整流电路22，且同样对应设置有4个二极管D9、D10、D11、D12以保护MOS管。第二整流电路22用于将交流电转换为直流电，稳压电容Cdc2用于稳定直流电源，Radc2为等效电阻。

第二整流电路22的后端还可设置有BUCK降压电路，第二整流电路22产生的直流电通过BUCK降压电路的降压后与外部设备连接，可用于为外部直流设备供电，或为蓄电池充电。

其他实施例中，第二整流电路22的后端还可设置有第二逆变电路，用于将第二整流电路22产生的直流电转换为交流电，以为外部的交流设备供电。

优选地，还包括与发射模块1连接的发射控制模块，发射控制模块用于根据采集得

到的发射模块1与接收模块2的电压、电流，计算得到DC-DC效率，并发射具有一定占空比的PWM信号至第一逆变电路12，以控制第一逆变电路中12的MOS管。具体地，发射控制模块可包括数字信号处理控制器（DSP）及驱动电路，DSP用于接收电流、电压信息，计算得到DC-DC效率并将控制信号发送至驱动电路；驱动电路可以采用IR2110芯片，其作用之一是将DSP这一弱电侧与发射模块1主电路的强电侧进行电气隔离，作用之二在于能够将DSP输出的低电压的驱动信号放大，产生电压能够达到驱动MOS管的大小的PWM信号，以控制第一逆变电路中12的MOS管。通过调节PWM信号的占空比和频率，就能得到合适驱动波形。

在一个具体实施例中，上电后，输出100kHz占空比为0 .1的PWM波，每过一个特定的时间(5ms)，占空比增加一个步长(0 .01)，同时不断的采样发送侧和接收侧的母线电流电压，等发射侧母线电流到达最大值或逆变桥占空比达到0 .5时，保持当前占空比，继而进入调整频率阶段，每过一个特定时间(5ms)，频率增加一个步长(0 .1Hz)，此时比较发送装置和接收装置的能量传输DC-DC效率，如果效率增加，频率就适当增加，如果效率减少，频率就适当减少；以实现精确、合适地电能调度，使得供电稳定。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

发明要点简析

1 .一种基于微电网的电能调度装置，其特征在于，包括发射模块与接收模块，所述发射模块包括第一整流电路、第一逆变电路与发射线圈，所述接收模块包括接收线圈与第二整流电路；

所述第一整流电路的输入端连接外部提供的交流电，用于将外部提供的交流电转换为直流电；

所述第一逆变电路的输入端与所述第一整流电路的输出端连接，用于将直流电转换为高频的交流电；

所述发射线圈与所述第一逆变电路的输出端连接，所述发射线圈用于与所述接收线圈相配合，以在所述接收线圈产生感应交流电；

所述第二整流电路的输入端与所述接收线圈连接，用于将感应交流电转换为直流电，所述第二整流电路产生的直流电能够为外部用电设备供电或为蓄电池充电。

2 .根据权利要求1所述的基于微电网的电能调度装置，其特征在于，在所述发射模块中，所述第一整流电路的前端还设置有电流检测装置、开关控制电路与开关，所述开关控制电路用于控制所述开关的闭合或断开，且当所述电流检测装置检测到电流超过预设阈值时，控制所述开关断开。

3 .根据权利要求1所述的基于微电网的电能调度装置，其特征在于，在所述接收模块中，所述第二整流电路的后端还设置有BUCK降压电路，所述第二整流电路产生的直流电通过所述BUCK降压电路的降压后与外部设备连接。

4 .根据权利要求1所述的基于微电网的电能调度装置，其特征在于，所述第二整流电路的后端还设置有第二逆变电路，用于将所述第二整流电路产生的直流电转换为交流电，以为外部的交流设备供电。

5 .根据权利要求1所述的基于微电网的电能调度装置，其特征在于，所述第一整流电路、第二整流电路与第一逆变电路均包括4个MOS管与对应的4个二极管。

6 .根据权利要求5所述的基于微电网的电能调度装置，其特征在于，还包括与所述发射模块连接的发射控制模块，所述发射控制模块用于根据采集得到的发射模块与接收模块的电压、电流，计算得到DC-DC效率，并发射具有一定占空比的PWM信号至所述第一逆变电路，以控制所述第一逆变电路中的MOS管。

7 .根据权利要求1所述的基于微电网的电能调度装置，其特征在于，在所述发射模块中，所述第一整流电路与所述逆变电路之间还设置有稳压电容。