作者：陈迅, 徐松, 王雨杰, 王丽娟

摘要：在新型能源系统转型战略背景下,针对新能源微网、分布式微电网系统以及多社区能源互联等能源转换与交互发展要求所带来的关键技术挑战,本文研究与设计了一款基于LC串联谐振耦合的具有“源-网-荷-储”一体化接口功能的非接触式动态能量交互系统。该系统集成了“源-网-荷-储”一体化接口功能,可作为单独能源接入也可作为社区级微网母线接入,同时具有储能与负载接口功能,采用LC串联谐振式多线圈耦合的形式实现了多端口之间的电气隔离以及非接触式功率交互。各端口采用全桥拓扑结构形式以适应灵活能源形式的接入,并对谐振网络进行激励功率注入或调理谐振网络所接收的无线功率,同时通过对接口拓扑的控制实现了谐振网络在发射、接收、有源中继三种工作模式下的自由切换,以实现多类能源形式、多社区之间灵活的非接触式动态能量交互。详细分析了系统在开关周期内的不同能量交互形式下的工作模态,对线圈的发射、接收以及中继模态进行了理论分析,并建立了四线圈耦合下的系统动态分析模型。在此基础上设计了混合移相控制策略,采用桥内移相与桥间移相相融合的方法实现了对各端口的输入、输出、有源中继（既不输入也不输出）三种模式及其功率控制,最终通过对端口的工作模式控制的方式实现了对无线传输功率潮流方向的动态调节,完成多端口之间的非接触式动态能量交互。在PSIM中建立了系统的开闭环仿真模型,进行了开环扫描与闭环控制仿真以获取系统在不同功率交互模式下的动态特性,验证系统拓扑结构的正确性与控制方法的有效性。以dsPIC33FJ64GS606数字控制器为核心搭建了四线圈耦合的四端口非接触式能量交互系统的硬件实验平台,并进行了开环扫描与闭环实验,实验结果表明所设计系统拓扑可实现最高180W的功率传输,效率可达77.8%,同时对控制策略进行验证,不仅实现了能量的动态多向交互以及功率的精准控制,且系统在动态过程中对于端口状态的突变具有良好的动态响应性能。