基于正交频分复用-多进制正交幅度调制的DC-DC变换器能量信息一体化技术.pdfVIP

2023 年 8 月 电 工 技 术 学 报 Vol.38 No. 16 第 38 卷第 16 期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Aug. 2023 DOI: 10.19595/ki.1000-6753.tces.221066 基于正交频分复用-多进制正交幅度调制的 DC-DC 变换器能量信息一体化技术 郭 昊 李 岩 侯冰冰 井永腾 （沈阳工业大学电气工程学院 沈阳 110870 ） 摘要 电力电子变换器通过功率与数据信息的复合调制，可使其在电能变换传输的同时进行 数据信息的传输，从而实现能量信息一体化。该文以交错并联 DC-DC 变换器为研究对象，提出 基于正交频分复用-多进制正交幅度调制（OFDM-MQAM ）的能量信息一体化方法，并详细介绍 变换器进行 OFDM-MQAM 的原理和具体实现方式，使能量信息一体化传输中的通信速率得到提 升。建立变换器传输电能和信息的数学模型，在模型基础上计算分析输出电压纹波与数据信息传 输的关系，并以此提出带有码元组合补零环节的 OFDM-MQAM ，大幅优化通信所引起的电压纹 波。此外，针对多路载波引起的相位延时，通过所设计的解调环节避免OFDM 系统的信道间和符 号间干扰。最后通过一台交错并联的5 V/10 V Boost 变换器完成了技术方法的实验验证。 关键词：能量信息一体化 正交频分复用 多进制正交幅度调制 电压纹波优化 中图分类号：TM 46; TN91 FSK ）调制，在确保电能质量的前提下，使变换器 0 引言 成为通信载体，但该方法存在无法调节信号强度的 随着能源结构和体系的逐渐优化，涵盖了源- 局限性，不适用于长距离传输的工况。采用功率数 网- 荷- 储互动、多能协同互补、用能需求智能调 据双载波调制方式可弥补上述的不足，文献[9]使用 控[1-3] 的智慧能源已成为重点研究与发展方向，其对 相移键控（Phase Shift Keying, PSK ）调制，通过改 能源与信息的融合也提出了更高的要求。为顺应这 变相位扰动量，不仅成功地在直流分布式电源系统 一趋势，科研人员通过深挖电力电子技术所蕴含的 中传输信息，还使其具备了调节信号强度的功能， 信息特性，并结合以传统电力电子技术为基础的电 适合远距离传输。同时因通信频段远小于开关频率， 能变换，将能源与信息深度交叉融合，使电力电子 使得通信的抗干扰性能更好，但以上研究的通信速 变换器具备了能量信息一体化能力，以便更好地服 率比较低。文献[10] 以提升通信速率为目的，使用 务于智慧能源建设。 正交频分复用（Orthogonal Frequency Division 文献[4-5]指出，电力电子变换器在电能变换过 Multiplexing, OFDM ）技术，用多个（M 个）频率 程中经历了将电能离散化为电能脉冲的环节，利用 载波并行传输数据信息，将通信速率提高了M 倍。 该环节将电能脉冲进行编码即可达成携带数据信息 但该方式实现的前提是 M 个传输频率的数据载波在 f 的目的，从而实现能量信息一体化。还对基本的能 码元周期 T 内相互正交，即 T =Z ，Z=1, 2, 3, …, b