一种多中继无线供电系统建模方法技术方案

本发明专利技术涉及无线供电技术领域，具体为一种多中继无线供电系统建模方法，包括步骤S1：根据多中继无线供电系统的电路拓扑构建基于阻抗矩阵的电路方程，并将系统的阻抗矩阵进行LDU分解，分解得到一个下三角阻抗矩阵、一个对角阻抗矩阵和一个上三角阻抗矩阵；S2：根据下三角阻抗矩阵和系统输入电压相量，进行前向电压变换；S3：根据对角阻抗矩阵和前向电压，求解前向电流；S4：根据上三角阻抗矩阵和前向电流，进行后向电流变换，求解多个中继线圈的环路电流。其效果是：可以清楚地对多中继无线供电系统线圈之间的交叉耦合关系进行描述，对每个环路的线圈组成情况进行分解，可用于对复杂交叉耦合下的多中继无线供电系统的输入、输出等特性进行分析。性进行分析。性进行分析。

【技术实现步骤摘要】
一种多中继无线供电系统建模方法


[0001]本专利技术涉及无线供电
，尤其涉及一种多中继无线供电系统建模方法。

技术介绍

[0002]无线供电系统利用高频电磁场近场耦合原理，以高频磁场作为传输介质，通过发射线圈和接收线圈间的磁场耦合实现电能的无线传输。常见的两线圈无线供电系统主要由两个部分组成，一部分是连接在电源一侧的发射端，另一部分是位于负载侧的接收端，能量通过电磁感应的方式由发射端传输到接收端。无线供电系统具有电气与机械隔离的特点，可以用于高压、无尘等严苛的工作环境。
[0003]为了提高无线供电系统的传输距离，同时保持线圈之间的电气隔离，可在发射与接收线圈之间插入多个中继线圈，从而形成多中继无线供电系统。能量主要从第一个发射线圈，逐渐通过中继线圈，传递至接收线圈和负载。这种多中继无线供电方式可用于高压场景，如在电力输电线路杆塔上对监测设备进行供电等。
[0004]然而，多个中继线圈之间均存在或大或小的交叉耦合，使得多中继无线供电系统的电路特性更加复杂；同时，使得多中继无线供电系统的阻抗模型及其求解十分复杂，难以获得各线圈环路电流的解析解，从而难以对多中继无线供电系统的复杂特性进行准确建模与分析。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种多中继无线供电系统建模方法，解决多中继无线供电系统现有模型复杂、难以求解解析解，难以分析线圈交叉耦合影响等问题。
[0006]为了实现所述目的，本专利技术所提出的一种多中继无线供电系统建模方法，具体步骤如下：
[0007]一种多中继无线供电系统建模方法，其关键在于包括以下步骤：
[0008]S1：根据多中继无线供电系统的电路拓扑构建基于阻抗矩阵的电路方程，并将系统的阻抗矩阵进行LDU分解，分解得到一个下三角阻抗矩阵、一个对角阻抗矩阵和一个上三角阻抗矩阵；
[0009]S2：根据下三角阻抗矩阵和系统输入电压相量，进行前向电压变换；
[0010]S3：根据对角阻抗矩阵和前向电压，求解前向电流；
[0011]S4：根据上三角阻抗矩阵和前向电流，进行后向电流变换，求解多个中继线圈的环路电流。
[0012]进一步地，步骤S1中根据多中继无线供电系统的电路拓扑构建的基于阻抗矩阵的电路方程为:
[0013]其中：为多中继无线供电系统的阻抗矩阵，为系统输入电压向量，为待求解的多中继线圈环路电流向量，n为多中继无线供电系统的线圈环路数量。
[0014]更进一步地，按照：
[0015][0016]对系统的阻抗矩阵进行LDU分解，其中Z
L
为下三角阻抗矩阵，Z
D
为对角阻抗矩阵，Z
U
为上三角阻抗矩阵，T
pq
为第p个线圈环路与第q个线圈环路之间的传递系数，其表达式为：K
pq
为第p个线圈环路与第q个线圈环路之间的传递阻抗，其表达式为：Z
t,p
为第p个线圈环路的总等效阻抗，其表达式为：Z
pp
为第p个线圈环路的自阻抗，Z
pq
为第p个线圈环路和第q个线圈环路之间的互阻抗，Z
t,k
为第k个线圈环路的总等效阻抗。
[0017]更进一步地，步骤S2中进行前向电压变换的步骤表示为：Z
L
V
f
＝V，其中V
f
定义为前向电压向量，所述前向电压向量中的每个元素为对应的等效线圈环路中的前向电压，在第m个线圈环路中的前向电压表示为：
[0018]其中为系统输入电压，T
f,m
为第m个线圈环路的前向传递系数。
[0019]更进一步地，步骤S2中进行前向电压变换的步骤表示为：Z
L
V
f
＝V，其中V
f
定义为前向电压向量，所述前向电压向量中的每个元素为对应的等效线圈环路中的前向电压，在第m个线圈环路中的前向电压表示为：
[0020][0021]可选地，步骤S3中前向电流求解过程按照Z
D
I
f
＝V
f
进行，其中：I
f
为前向电流向量，该向量中的每个元素为对应等效线圈环路中的前向电流，在第m个线圈环路中的前向电流表示为：
[0022]更进一步地，步骤S4中后向电流变换过程按照Z
U
I＝I
f
式中，I为待求解的实际线圈环路电流向量，其中的每个元素为对应线圈环路中的实际电流，在第m个线圈环路中的电流表示为：式中，为由第k个线圈环路传递至第m个线圈环路的后向传递电流，k>m，其表达式为：
[0023][0024]T
b,mk
为电流后向传递系数。
[0025]更进一步地，为由第k个线圈环路传递至第m个线圈环路的后向传递电流，其递归形式表示为T
mj
为第m个线圈环路与第j个线圈环路之间的传递系数。
[0026]本专利技术的显著效果是：
[0027](1)采用本专利技术提供的建模方法，可以清楚地对多中继无线供电系统线圈之间的交叉耦合关系进行描述。
[0028](2)采用本专利技术提供的建模方法，可用于对每个环路的线圈组成情况进行分解，并方便快速的给出具体解析表达式。
[0029](3)采用本专利技术提供的建模方法，快速的对复杂交叉耦合下的多中继无线供电系统的输入、输出等特性进行分析。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0031]图1为本专利技术具体实施例中的五线圈多中继无线供电系统电路图。
[0032]图2为本专利技术具体实施例中的建模方法流程图。
[0033]图3为本专利技术具体实施例中的模型结构图。
[0034]图4为本专利技术具体实施例中的后向电流变换过程。
具体实施方式
[0035]下面结合附图具体阐明本专利技术的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本专利技术的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本专利技术专利保护范围的限制，因为在不脱离本专利技术精神和范围基础上，可以对本专利技术进行许多改变。
[0036]以图1所示的5线圈多中继无线供电系统为例，本施例提供一种多中继无线供电系统建模方法，具体步骤如图2所示，包括：
[0037]S1：根据多中继无线供电系统的电路拓扑构建基于阻抗矩阵的电路方程，并将系统的阻抗矩阵进行LDU分解，分解得到一个下三角阻抗矩阵、一个对角阻抗矩阵和一个上三角阻抗矩阵；
[0038]五线圈多中继无线供电系统的电路方程可以表示为：
[0039][0040]对于第i个线圈环路，其自阻抗可以表示为：
[0041]对于第p个和第q个线圈环路，其互阻抗可以表示为：Z
pq
＝jωM
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多中继无线供电系统建模方法，其特征在于包括以下步骤：S1：根据多中继无线供电系统的电路拓扑构建基于阻抗矩阵的电路方程，并将系统的阻抗矩阵进行LDU分解，分解得到一个下三角阻抗矩阵、一个对角阻抗矩阵和一个上三角阻抗矩阵；S2：根据下三角阻抗矩阵和系统输入电压相量，进行前向电压变换；S3：根据对角阻抗矩阵和前向电压，求解前向电流；S4：根据上三角阻抗矩阵和前向电流，进行后向电流变换，求解多个中继线圈的环路电流。2.根据权利要求1所述的中继无线供电系统建模方法，其特征在于：步骤S1中根据多中继无线供电系统的电路拓扑构建的基于阻抗矩阵的电路方程为:其中：为多中继无线供电系统的阻抗矩阵，为系统输入电压向量，为待求解的多中继线圈环路电流向量，n为多中继无线供电系统的线圈环路数量。3.根据权利要求2所述的中继无线供电系统建模方法，其特征在于：按照：对系统的阻抗矩阵进行LDU分解，其中Z
L
为下三角阻抗矩阵，Z
D
为对角阻抗矩阵，Z
U
为上三角阻抗矩阵，T
pq
为第p个线圈环路与第q个线圈环路之间的传递系数，其表达式为：K
pq
为第p个线圈环路与第q个线圈环路之间的传递阻抗，其表达式为：Z
t,p
为第p个线圈环路的总等效阻抗，其表达式为：Z
pp
为第p个线圈环路的自阻抗，Z
pq
为第p个线圈环路和第q个线圈环路之间的互阻抗，Z
t,k
为第k个线圈环路的总等效阻抗。4.根据权利要求3所述的中继无线供电系统建模方法，其特征在于：步骤S2中进行前向
电压变换的步骤表示为：Z
L
V
f

【专利技术属性】
技术研发人员：刘野然，李勇，何正友，陈俊文，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：