移动式ICPT系统谐振补偿结构与参数优化研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:yangtianmei02
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移动式ICPT(Inductively Coupled Power Transmission,感应耦合无线电能传输)是一种特殊的无线电能传输(Wireless Power Transmission,WPT)。其传输过程无需导线接触,且次级侧可随初级侧沿导轨移动,具有灵活、方便、高效的优点,可实现实时在线充电,在电动交通、电子产品、海洋科学等领域具有重要的工程及现实意义。但因移动式ICPT系统次级侧的可移动性使其磁通量泄漏比传统ICPT系统更严重,从而系统的传输功率、效率较低。此外,移动式ICPT系统在运行时容易出现频率分岔域、开关损耗大、输出无功功率增加等问题,这使移动式ICPT系统在投入到实际应用中还存在诸多挑战。针对移动式ICPT系统工作不稳定以及低耦合系数导致的低效率问题,本文通过对耦合线圈进行无功功率补偿以及优化系统参数来保证系统可靠、安全、高效的工作。首先分析了基本型与复合型无功补偿拓扑。然后基于不同无功补偿方式下分析了移动式ICPT系统的传输特性并选择最为适合移动式ICPT系统的无功补偿方式。其次,选TS-S型补偿网络建立其数学模型,并利用频率稳定性约束校正系统频率,使系统工作稳定可靠。同时运用改进的快速非支配算法(Nondominated Sorting Genetic AlgorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)优化系统谐振参数实现系统传输效率最大化。最后,为全面评估系统各参数在系统运行时对其的影响,建立基于灰色关联度分析方法的移动式ICPT系统综合指标评价体系,分析各参数对系统运行影响的大小,用NSGA-Ⅱ算法对系统运行影响大的参数优先优化,进而确保移动式ICPT系统可靠、高效的工作。本文通过搭建Pspice实验仿真电路,验证了复合型无功补偿拓扑更适合移动式ICPT系统,且耦合系数与品质因数均与系统传输效率呈正相关性;利用Matlab仿真平台验证了NSGA-Ⅱ算法能够更好地突破局部最优解的局限性,快速找到系统的全局最优参数。且优化后的系统各器件的电压、电流等均在额定范围内,系统传输效率可达97.2%;基于移动式ICPT系统综合指标评价体系,NSGA-Ⅱ算法优化效果显著。
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