多频多负载无线电能传输系统负载及互感同步识别方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115986965A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202310211223.1H02J7/00(2006.01)(22)申请日2023.03.07G06F17/11(2006.01)G06N3/006(2023.01)(71)申请人闽都创新实验室地址350000福建省福州市闽侯县上街镇海西高新区科技园高新大道8号申请人泉州装备制造研究所(72)发明人汪凤翔黄东晓魏钦旺陈军希于新红柯栋梁(74)专利代理机构泉州市文华专利代理有限公司35205专利代理师陈雪莹(51)Int.Cl.H02J50/80(2016.01)H02J50/12(2016.01)H02J50/40(2016.01)权利要求书3页说明书8页附图3页(54)发明名称多频多负载无线电能传输系统负载及互感同步识别方法(57)摘要本发明一种多频多负载无线电能传输系统负载及互感同步识别的方法，首先在系统稳态下建立不同频率下系统输入阻抗方程组，得到互感和负载的关系表达式；同时，采用滑窗DFT将原边多频叠加电流按照系统工作频率分量分频提取；然后以输出电压实际值与理论值误差作为适应度函数设计粒子群算法，将参数辨识问题转化为算法寻优问题，对待辨识参数进行最优解搜索来代替传统的计算方法，避免了传统方程产生的误差。本发明只需对系统输入阻抗进行模型分析，电路结构简单，不需额外的控制电路，且仅需采样输入母线电压、一次侧电流和输出电压，能有效减少通讯数据量，同时降低了电路复杂程度并减小了系统体积，扩展无线充电系统的工作范围。CN115986965ACN115986965A权利要求书1/3页1.一种多频多负载无线电能传输系统负载及互感同步识别的方法，应用于多负载磁耦合谐振系统，其特征在于包括如下步骤：步骤10、通过叠加不同频率调制波与载波比较的正弦脉冲宽度调制方式获得多频驱动信号，向基于多频谐振补偿网络的多负载无线充电系统注入多种不同频率的能量，发射端通过多频谐振补偿网络将功率传递到多个负载上；步骤20、通过对不同频率下系统输入阻抗进行建模，得到负载与互感之间的关系表达式；步骤30、采用滑窗DFT将原边多频叠加电流按照系统工作频率分量分频进行提取，对系统输入母线电压、原边电流以及直流输出电压进行实时采样，通过采样得到的数据以及系统的充电参数计算得到辨识模型输出电压计算值，然后将实际系统输出电压值与辨识模型输出电压计算值的误差作为目标函数用于评价粒子的适应度；步骤40、利用粒子群算法对所述目标函数进行优化，以粒子群算法运行结束时搜索的全局最优解作为负载值，而后根据互感与负载的关系表达式确定互感值，从而实时对多负载无线充电系统的负载与互感大小进行同步辨识。2.根据权利要求1所述的一种多频多负载无线电能传输系统负载及互感同步识别的方法，其特征在于，包括如下步骤：所属步骤20包括：步骤21、将逆变后输出电压进行傅里叶级数展开，取其基波其中i＝1,2,...,n，为不同频率逆变输出电压分量，ai为调制比，Edc为直流母线电压；i表示任一调制比、任一工作频率及接收端回路或负载，n代表并联LC网络的个数；步骤22、发射端多谐振频率补偿网络的等效阻抗为：其中，ω为系统工作角频率，Lpn为一次侧补偿电感，Cpn为一次侧补偿电容；所述负载与互感之间的关系表达式，以双频双负载MCR‑WPT系统为例，设系统工作在不同频率下的输入阻抗方程组为：式中，R1＝Req1+Rs1、R2＝Req2+Rs2、μ＝ω1Ls2‑1/(ω1Cs2)、β＝ω2Ls1‑1/(ω2Cs1)，和为不同频率下的输入阻抗，Ls1和Ls2为二次侧补偿电感，Cs1和Cs2为二次侧补偿电容，Rp为一次侧线圈内阻，Rs1和Rs2为二次侧线圈内阻，RL1和RL2为二次侧负载，Mps1和Mps2为线圈互感，ω1和ω2为系统工作角频率；根据系统工作在不同频率下的输入阻抗方程组，可得负载与互感之间的关系表达式：2CN115986965A权利要求书2/3页式中，所属步骤30包括：步骤31、所述滑窗DFT提取的基波电流表达式为：其中，Ip(n)为n时刻的信号值，N为一个周期的采样点数，A1和B1为电流表达式的实部和虚部系数，即：式中，Ncur为当前采样点，Ncur‑N+1为最初的采样点；步骤32、所述辨识模型输出电压计算值为：其中，Cfi为整流侧后级滤波电容，Pi为系统输出功率，T为运行时间，Vi为第i个负载输出电压；RLi代表第i个负载；k代表T的第k时刻；*步骤33、将实际系统输出电压值Vi与辨识模型输出电压计算值Vi的误差作为目标函数用于评价粒子的适应度：所述步骤40包括：步骤41、设定迭代阈值，并将发射端与接收端之间的互感值作为粒子输入粒子群算法；步骤42、对各粒子的速度