用于智能电网的高效激光无线电力传输系统及自动跟踪技术

《IEEE Transactions on Power Electronics》：High-Efficiency Laser Wireless Power Transfer System with Automatic Tracking for Smart Grids

　　

摘要：

在高压直流（HVDC）电网中为传感器提供无线电力传输对于智能电网至关重要，然而向移动目标稳定且高效地输送能量仍然是一个挑战。本文介绍了一种激光无线电力传输（LWPT）系统，该系统具有高效率，并能自动跟踪快速移动的目标。该系统采用同轴光学配置，结合了信标和高功率激光器，以及基于微机电系统（MEMS）快速转向镜（FSM）和音圈电机（VCM）的复合轴扫描策略。此外，系统采用了单像素扫描方法，显著提高了跟踪速度和精度。这种架构实现了高速目标跟踪与稳定电力传输的同时进行。设计了一个八瓣光伏（PV）阵列，以匹配高斯光束轮廓，并提供足够高的输出电压，从而大幅提高了能量转换效率。实验结果表明，该系统的能量转换效率（PCE）为21–27%，比传统光伏阵列设计提高了约三倍。系统最大跟踪速度可达75.4厘米/秒，在10米距离处可稳定传输0.38瓦的电力，功率波动低于10毫瓦。LWPT的有效传输距离为5–17米。所提出的LWPT系统为智能电网应用中的移动传感节点供电提供了可行的解决方案。