[發(fā)明專利]基于頻率分岔特性的IPT系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2015-07-30
• 公開（公告）號: CN105005669B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設計）人: 唐春森;孫躍;王智慧;葉兆虹;蘇玉剛;戴欣;柳林
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙)50211
• 代理人: 顧曉玲

技術領域

本發(fā)明涉及感應電能傳輸(IPT)領域，具體涉及一種基于頻率分岔特性的IPT系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化方法。

背景技術

感應電能傳輸技術,簡稱為IPT技術,是一種基于電磁場近場松耦合感應原理，綜合利用電力電子變換技術、磁場耦合技術以及控制理論，實現(xiàn)用電設備以非導線接觸方式從電網(wǎng)獲取能量的技術，廣泛應用于城市電氣化軌道交通、純電動汽車、易燃易爆等特殊環(huán)境移動電氣設備、新能源發(fā)電、石油鉆探、無尾家電以及生物體內(nèi)植電氣設備等領域。

如圖1所示，從系統(tǒng)結(jié)構上看，IPT系統(tǒng)包括原邊和副邊兩個部分，原邊通過諧振變換器在發(fā)射線圈上產(chǎn)生高頻交變電流，副邊能量接收線圈上感應到的電能經(jīng)無功補償和能量變換后輸出給負載。結(jié)構的特殊性和復雜性導致系統(tǒng)呈現(xiàn)出典型的高階非線性特性，從而引起復雜的動力學行為，增加了系統(tǒng)建模分析與控制的難度。

IPT系統(tǒng)基本無功補償網(wǎng)絡中，根據(jù)補償電容位置的不同可分為原邊串聯(lián)副邊串聯(lián)補償(下文簡稱SS型拓撲)、原邊串聯(lián)副邊并聯(lián)補償并聯(lián)(下文簡稱SP型拓撲)、原邊并聯(lián)副邊串聯(lián)補償下文簡稱PS型拓撲)、原邊并聯(lián)副邊并聯(lián)補償(下文簡稱PP型拓撲)四種基本無功補償拓撲。

IPT系統(tǒng)通常有兩種常見的控制策略，即定頻控制和浮頻控制：

①定頻控制

定頻模式下，控制器主動發(fā)出一定頻的脈沖信號控制逆變器的切換，系統(tǒng)在該頻率下作強迫振蕩。系統(tǒng)開關頻率固定，不隨參數(shù)變化而變化，因此，在負載切換或者參數(shù)漂移時，系統(tǒng)很容易進入硬開關工作狀態(tài)，引起較大的開關損耗和電磁干擾(EMI)，不利于系統(tǒng)長期穩(wěn)定工作。

②浮頻控制

浮頻控制下，控制器根據(jù)反饋電壓或電流的過零信號實時控制逆變器的切換，系統(tǒng)開關頻率跟蹤諧振頻率，每次開關諧振電壓或者電流過零時切換開關管，可以保證系統(tǒng)總工作在軟開關狀態(tài)，因此浮頻模式相對于定頻模式具有更好的參數(shù)自適應能力。但是浮頻控制也存在一些局限性：結(jié)構相對復雜，需要檢測、變送及控制環(huán)節(jié)，降低了系統(tǒng)的可靠性；不能工作在不穩(wěn)定的軟開關工作點，在頻率分岔區(qū)可能發(fā)生頻率跳變；對控制電路的響應速度要求比較高，存在延遲的話會導致系統(tǒng)工作在硬開關狀態(tài)下；如果失諧可能會給系統(tǒng)帶來很大的損害，因此一般用于功率較小的系統(tǒng)。

文獻研究表明，在IPT系統(tǒng)中，當系統(tǒng)參數(shù)如互感、原副邊諧振網(wǎng)絡參數(shù)以及負載阻抗等發(fā)生變化，都可能引起系統(tǒng)諧振頻率的分岔。其中最為常見的分岔為靜態(tài)分岔，靜態(tài)分岔指的是平衡點的數(shù)目和穩(wěn)定性隨參數(shù)變化而發(fā)生突然的變化，其中最常見的是叉形分岔，叉形分岔的標準圖形如圖2所示，頻率在分岔處是連續(xù)的，且存在一段頻率不變區(qū)域。

如果能使IPT系統(tǒng)軟開關頻率始終工作在這一頻率不變區(qū)域內(nèi)，IPT系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性將得到極大的提高。

但不是所有的叉形分岔都是如圖2這般標準，很多時候軟開關頻率在分岔處是非連續(xù)的，并且沒有頻率不變區(qū)域，如圖3所示。因此研究一種優(yōu)化IPT系統(tǒng)控制參數(shù)的方法使得IPT系統(tǒng)的系統(tǒng)軟開關頻率呈標準的叉形分岔顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于頻率分岔特性的IPT系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化方法，能使得IPT系統(tǒng)軟開關頻率分岔圖呈標準叉形分岔圖，使得在該IPT系統(tǒng)的負載R_L變化時，其軟開關頻率有較好的頻率穩(wěn)定性，進而使得IPT系統(tǒng)工作在穩(wěn)定的軟開關頻率下。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種基于頻率分岔特性的IPT系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化方法，包括以下步驟：

S1，根據(jù)實際要求建立IPT系統(tǒng)模型，設定該系統(tǒng)的軟開關頻率f、原邊電感值L_p和副邊電感值L_s；

S2，根據(jù)設定的軟開關頻率f、原邊電感值L_p和副邊電感值L_s，選取副邊諧振補償電容C_s的值；

S3，基于交流阻抗分析法計算得到原邊補償電容初始值

S4，根據(jù)所建立的IPT系統(tǒng)中原邊電感值L_p、副邊電感值L_s、副邊諧振補償電容C_s和原邊補償電容初始值進行仿真，得到該IPT系統(tǒng)的初步軟開關頻率分岔圖；