一种适用于多负载无线电能传输系统的确定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于多负载无线电能传输系统的确定方法及系统，涉及无线电能传输领域，该方法，包括：构建上层模块和多个下层子模块；下层子模块以负载额定需求功率和发射端安全电流阈值为约束，以第一目标函数最小为目标构建；上层模块以满足子模块一致性为约束，以系统传输效率最大为目标构建的；将初始参数输入下层子模块，对各下层子模块迭代优化求解，得到局部最优负载电阻和局部最优发射端电压；将局部最优负载电阻和局部最优发射端电压输入上层模块，对上层模块迭代优化求解，得到全局最优负载电阻和发射端的全局最优发射端电压。本发明专利技术能在满足不同负载功率需求的基础上优化整个系统效率。上优化整个系统效率。上优化整个系统效率。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于多负载无线电能传输系统的确定方法及系统


[0001]本专利技术涉及无线电能传输领域，特别是涉及一种适用于多负载无线电能传输系统的确定方法及系统。

技术介绍

[0002]新兴的无线电能传输(Wireless Power Transfer)技术消除了电源和用电负载间的导体接触式连接，在使用上便捷、安全，不存在机械磨损、积尘和接触损耗等维护问题。因而其在便携式设备、智能家居、医疗器械和交通运输等多个领域得到了广泛的研究与应用。目前大多采用的仍是一个发射端对应一个接收端的无线充电系统，难以实现资源的有效利用，并且在很大程度上限制了无线充电系统应用的灵活性。
[0003]磁场耦合式无线电能传输系统是一种多负载无线电能传输系统，其多负载传能特性使其具有功率密度更大、激励源利用率更高和接收负载空间位置更自由等优势。然而，多负载无线电能传输系统中的不同接收负载间存在互相干扰，负载的多样性又使得不同负载往往具有不同的功率等级或是处于不同的功率需求状态，现有方法难以实现多负载无线电能传输系统中的负载间功率按需分配，这使得该技术的实用化进展变缓。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术实施例提供一种适用于多负载无线电能传输系统的确定方法及系统，从负载间功率分配的角度确定系统参数，在满足不同负载功率需求的基础上优化整个系统效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种适用于多负载无线电能传输系统的确定方法，包括：
[0007]确定多负载无线电能传输系统的系统参数和初始参数；所述系统参数包括发射线圈内阻、接收端损耗的等效电阻以及接收线圈与发射线圈之间的互感；所述初始参数包括发射端的初始电压和接收端各负载的初始电阻；
[0008]构建上层模块和多个下层子模块；一个所述下层子模块对应一个负载；所述下层子模块是以负载额定需求功率和发射端安全电流阈值为约束，以第一目标函数最小为目标构建的；所述上层模块是以满足子模块一致性为约束，以系统传输效率最大为目标构建的；所述第一目标函数是根据发射端电压和负载电阻建立的；当所有下层子模块中的第一目标函数均小于设定边界值时，确定所述上层模块满足子模块一致性；
[0009]将所述初始参数经过所述上层模块输入至所述下层子模块中，基于所述系统参数，在设定电压范围和设定负载阻值范围内，采用迭代的方法对各所述下层子模块进行求解，每个所述下层子模块输出接收端所有负载的局部最优负载电阻和发射端的局部最优发射端电压；
[0010]将所有下层子模块输出的局部最优负载电阻和局部最优发射端电压输入所述上层模块，基于所述系统参数，在设定电压范围和设定负载阻值范围内，采用迭代的方法对所
述上层模块进行求解，得到接收端每个负载对应的全局最优负载电阻和发射端的全局最优发射端电压；所述全局最优负载电阻和所述全局最优发射端电压用于确定最优的多负载无线电能传输系统。
[0011]可选地，第j个下层子模块为：
[0012]；
[0013]其中，J
j
表示第j个下层子模块的第一目标函数；i表示负载的序号；n表示多负载无线电能传输系统中的负载总数；j=1,....n；R
Li
表示上层模块输出的第i个负载的电阻；V0表示上层模块输出的发射端电压；R
L1j
表示第j个下层子模块输出的第1个负载的电阻；R
Lij
表示第j个下层子模块输出的第i个负载的电阻；V
j
表示第j个下层子模块输出的发射端电压；P
j
表示第j个下层子模块对应的负载功率；P
j*
表示第j个下层子模块对应的负载额定需求功率；δ表示允许的功率偏差；I
0, j
表示第j个下层子模块对应的发射端电流；I
0，max
表示发射端安全电流阈值。
[0014]可选地，所述上层模块为：
[0015]；
[0016]其中，R
L1
表示上层模块输出的第1个负载的电阻；η表示系统传输效率；J
j*
表示满足子模块一致性的第j个下层子模块的第一目标函数；ε表示设定边界值。
[0017]可选地，第j个下层子模块对应的负载功率的计算公式为：
[0018][0019]其中，R0表示发射线圈内阻；M
j
表示第j个下层子模块对应的负载所在的接收端的接收线圈与发射线圈之间的互感；R
j
表示第j个下层子模块对应的负载所在的接收端的损
耗的等效电阻；R
Lkj
表示第j个下层子模块输出的第k个负载的电阻，k= j；R
ref,ij
表示第j个下层子模块对应的第i个负载所在的接收端映射到发射端的阻抗；，ω表示系统工作角频率；M
i
表示第i个负载所在的接收端的接收线圈与发射线圈之间的互感；R
i
表示第i个负载所在的接收端损耗的等效电阻；
[0020]第j个下层子模块对应的发射端电流的计算公式为：
[0021]。
[0022]可选地，所述上层模块中的所述系统传输效率的计算公式为：
[0023]；
[0024]其中，η
i
表示第i个负载的传输效率；
[0025][0026]其中，R0表示发射线圈内阻；R
ref,i
表示上层模块中第i个负载所在的接收端映射到发射端的阻抗；，ω表示系统工作角频率；M
i
表示第i个负载所在的接收端的接收线圈与发射线圈之间的互感；R
i
表示第i个负载所在的接收端损耗的等效电阻。
[0027]本专利技术还提供了一种适用于多负载无线电能传输系统的确定系统，包括：
[0028]参数获取单元，用于确定多负载无线电能传输系统的系统参数和初始参数；所述系统参数包括发射线圈内阻、接收端损耗的等效电阻以及接收线圈与发射线圈之间的互感；所述初始参数包括发射端的初始电压和接收端各负载的初始电阻；
[0029]优化模块构建单元，用于构建上层模块和多个下层子模块；一个所述下层子模块对应一个负载；所述下层子模块是以负载额定需求功率和发射端安全电流阈值为约束，以第一目标函数最小为目标构建的；所述上层模块是以满足子模块一致性为约束，以系统传输效率最大为目标构建的；所述第一目标函数是根据发射端电压和负载电阻建立的；当所有下层子模块中的第一目标函数均小于设定边界值时，确定所述上层模块满足子模块一致性；
[0030]下层优化子模块求解单元，用于将所述初始参数经过所述上层模块输入至所述下层子模块中，基于所述系统参数，在设定电压范围和设定负载阻值范围内，采用迭代的方法对各所述下层子模块进行求解，每个所述下层子模块输出接收端所有负载的局部最优负载
电阻和发射端的局部最优发射端电压；
[0031]上层模块求解单元，用于将所有下层子模块输出的局部最优负本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于多负载无线电能传输系统的确定方法，其特征在于，包括：确定多负载无线电能传输系统的系统参数和初始参数；所述系统参数包括发射线圈内阻、接收端损耗的等效电阻以及接收线圈与发射线圈之间的互感；所述初始参数包括发射端的初始电压和接收端各负载的初始电阻；构建上层模块和多个下层子模块；一个所述下层子模块对应一个负载；所述下层子模块是以负载额定需求功率和发射端安全电流阈值为约束，以第一目标函数最小为目标构建的；所述上层模块是以满足子模块一致性为约束，以系统传输效率最大为目标构建的；所述第一目标函数是根据发射端电压和负载电阻建立的；当所有下层子模块中的第一目标函数均小于设定边界值时，确定所述上层模块满足子模块一致性；将所述初始参数经过所述上层模块输入至所述下层子模块中，基于所述系统参数，在设定电压范围和设定负载阻值范围内，采用迭代的方法对各所述下层子模块进行求解，每个所述下层子模块输出接收端所有负载的局部最优负载电阻和发射端的局部最优发射端电压；将所有下层子模块输出的局部最优负载电阻和局部最优发射端电压输入所述上层模块，基于所述系统参数，在设定电压范围和设定负载阻值范围内，采用迭代的方法对所述上层模块进行求解，得到接收端每个负载对应的全局最优负载电阻和发射端的全局最优发射端电压；所述全局最优负载电阻和所述全局最优发射端电压用于确定最优的多负载无线电能传输系统。2.根据权利要求1所述的一种适用于多负载无线电能传输系统的确定方法，其特征在于，第j个下层子模块为：；其中，J
j
表示第j个下层子模块的第一目标函数；i表示负载的序号；n表示多负载无线电能传输系统中的负载总数；j=1,....n；R
Li
表示上层模块输出的第i个负载的电阻；V0表示上层模块输出的发射端电压；R
L1j
表示第j个下层子模块输出的第1个负载的电阻；R
Lij
表示第j个下层子模块输出的第i个负载的电阻；V
j
表示第j个下层子模块输出的发射端电压；P
j
表示第j个下层子模块对应的负载功率；P
j*
表示第j个下层子模块对应的负载额定需求功率；δ表示允许的功率偏差；I
0, j
表示第j个下层子模块对应的发射端电流；I
0，max
表示发射端安全电流阈值。3.根据权利要求2所述的一种适用于多负载无线电能传输系统的确定方法，其特征在
于，所述上层模块为：；其中，R
L1
表示上层模块输出的第1个负载的电阻；η表示系统传输效率；J
j*
表示满足子模块一致性的第j个下层子模块的第一目标函数；ε表示设定边界值。4.根据权利要求2所述的一种适用于多负载无线电能传输系统的确定方法，其特征在于，第j个下层子模块对应的负载功率的计算公式为：；其中，R0表示发射线圈内阻；M
j
表示第j个下层子模块对应的负载所在的接收端的接收线圈与发射线圈之间的互感；R
j
表示第j个下层子模块对应的负载所在的接收端的损耗的等效电阻；R
Lkj
表示第j个下层子模块输出的第k个负载的电阻，k= j；R
ref,ij
表示第j个下层子模块对应的第i个负载所在的接收端映射到发射端的阻抗；，ω表示系统工作角频率；M
i
表示第i个负载所在的接收端的接收线圈与发射线圈之间的互感；R
i
表示第i个负载所在的接收端损耗...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓钧君，王震坡，杨颖，冯智，佟来生，邓江明，王倩，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车有限公司，
类型：发明
国别省市：