无线电能传输系统恒流输出控制研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:polaris20092009
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无线电能传输技术由于其非接触性、位置灵活性、环境兼容性等突出优势,对提高电能传输安全与促进能源可持续发展具有重要研究意义。恒流供电作为一种持续稳定的供电模式,广泛应用于以蓄电池以及发光二极管(light-emitting diode,LED)等用电设备中。在实际充电工况中,互感与负载的波动会影响系统的恒流输出,尤其是互感扰动,在动态无线电能传输系统中是不可避免的。传统的应对方案通常采用闭环控制的方式实现恒流输出,但使用闭环控制方式需要在接收端加入调压电路,会改变系统等效负载特性导致系统传输效率降低。同时闭环控制回路需要加入额外的通信链路,既增加了系统设计的复杂程度,又会导致出现无线通信链路与无线能量传输磁场之间的干扰问题。针对上述技术问题,本文提出一种基于神经网络的恒流输出控制方案,旨在耦合因数不确定变化的情况下,实现无线电能传输系统的连续恒流输出控制。整体控制方案不影响系统的传输效率,能应对宽负载应用,无需通信链路与额外控制电路,具有较强的鲁棒性与可行性。具体研究内容如下:首先,以串联-串联(series-series,SS)拓扑磁谐振耦合式无线电能传输系统建模分析入手,研究恒流输出无线电能传输系统中,耦合系数波动与负载参数摄动对系统输出特性的影响机理。其次,提出一种基于神经网络的移相控制策略,能够在耦合系数波动的实际工况下实现连续恒流输出控制,对所提出的控制策略进行了可行性分析,搭建硬件实验平台进行实验验证,结合实际工况对系统参数敏感性进行分析。成功验证所提出的控制策略能够通过仅采集发射端数据,实现对输出电流在耦合波动干扰下的连续自适应调节,且控制精度与动态响应速度均满足实际应用要求。最后,针对负载宽范围变化的应用场合,提出一种基于LCC结构-并联(LCC-parallel,LCC-P)拓扑的恒流输出控制策略,增加发射端电流相位作为神经网络的输入项,结合二端口网络模型进行系统参数设计。对所提出的控制策略进行可行性验证,结果表明该方案可以在互感扰动和负载大范围波动同时存在的情况下,完成负载辨识和自适应恒流输出控制。
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