一种多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率确定方法与流程

本发明涉及无线供电领域，尤其涉及一种多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率确定方法。

背景技术：

1、无线电能传输技术主要有三类：电磁感应耦合式、磁谐振耦合式和微波辐射式。其中磁耦合谐振式的无线电能传输技术由于安全可靠、灵活稳定等优点被广泛应用于轨道交通、手机充电等领域。由该技术实现的无线供电系统无需通过物理接触即可实现能量传输，使得其在远距离、大气隙等要求较高的场景得到广泛应用。

2、但这种电路往往需要尺寸较大发射线圈与接收线圈，浪费材料并且增加了安全风险，在发射线圈与接收线圈之间加入多个中继线圈能够解决线圈尺寸过大的问题，并且增加能量传输距离。但是由于线圈数量增多导致谐振电路回路数增加使得系统特性变得复杂，对参数变化更加敏感，找到系统对应最优工作频率就显得格外重要。多级磁谐振无线传能系统因频率偏移会导致输出电流不稳定，在无线传能过程中由于频率波动无法保证恒流输出的效果。因此，现有技术中存在无线电能传输装置由于频率波动无法保证恒流输出的问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率确定方法，以至少解决相关技术中存在无线电能传输装置由于频率波动无法保证恒流输出的问题。

2、根据本发明实施例的第一方面，提供了一种多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率确定方法，该方法包括：根据多级磁谐振无线传能系统的发射回路相位角以及输出回路电流随频率和负载的变化关系曲线确定发射回路相位为零时对应的多个候选频率点；选取与所述多个候选频率点对应的多个频率范围内输出回路电流相对变化最小时的候选频率点作为多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率。

3、可选地，在所述根据多级磁谐振无线传能系统的发射回路相位角以及输出回路电流随频率和负载的变化关系曲线确定发射回路相位为零时对应的多个候选频率点之前，所述方法还包括：采用电学定律根据多级磁谐振无线传能系统对应的去耦等效电路建立电路模型；基于二端口网络相关定律根据所述电路模型确定多级磁谐振无线传能系统对应的二端口网络的输入电流和输入阻抗的表达式；根据所述输入电流和输入阻抗的表达式确定多级磁谐振无线传能系统恒流频率等于发射回路零相角频率。

4、可选地，所述方法还包括：利用电路模型通过扫频法改变多级磁谐振无线传能系统的工作频率得到多级磁谐振无线传能系统的发射回路相位角以及输出回路电流随频率和负载的变化关系曲线。

5、可选地，所述方法还包括：建立多级磁谐振无线传能系统对应的时域微分模型；根据所述时域微分模型验证多级磁谐振无线传能系统在最优工作频率下发射回路电流和电压相位角是否为零。

6、可选地，当系统处于候选频率点时，系统输出回路电流不受输出回路的等效负载影响。

7、可选地，输出回路电流相对变化最小时的候选频率点的发射回路相位相对变化也最小。

8、根据本发明实施例的第二方面，还提供了一种多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率确定装置，该装置包括：第一确定模块，用于根据多级磁谐振无线传能系统的发射回路相位角以及输出回路电流随频率和负载的变化关系曲线确定发射回路相位为零时对应的多个候选频率点；选取模块，用于选取与所述多个候选频率点对应的多个频率范围内输出回路电流相对变化最小的候选频率点作为多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率。

9、可选地，所述多级磁谐振无线传能系统的去耦等效电路包括：顺次连接的发射回路、多个中继线圈以及输出回路；所述发射回路、多个中继线圈以及输出回路均为s型谐振补偿电路，所述发射回路还包括直流电源，所述输出回路还包括整流器和直流电阻的等效负载。

10、可选地，所述装置还包括：第一建立模块，用于采用电学定律根据多级磁谐振无线传能系统对应的去耦等效电路建立电路模型；第二确定模块，用于基于二端口网络相关定律根据所述电路模型确定多级磁谐振无线传能系统对应的二端口网络的输入电流和输入阻抗的表达式；第三确定模块，用于根据所述输入电流和输入阻抗的表达式确定多级磁谐振无线传能系统恒流频率等于发射回路零相角频率。

11、可选地，所述装置还包括：得到模块，用于利用电路模型通过扫频法改变多级磁谐振无线传能系统的工作频率得到多级磁谐振无线传能系统的发射回路相位角以及输出回路电流随频率和负载的变化关系曲线。

12、可选地，所述装置还包括：第二建立模块，用于建立多级磁谐振无线传能系统对应的时域微分模型；验证模块，用于根据所述时域微分模型验证多级磁谐振无线传能系统在最优工作频率下发射回路电流和电压相位角是否为零。

13、可选地，当系统处于候选频率点时，系统输出回路电流不受输出回路的等效负载影响。

14、可选地，输出回路电流相对变化最小时的候选频率点的发射回路相位相对变化也最小。

15、根据本发明实施例的第三方面，还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；其中，存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于通过运行所述存储器上所存储的所述计算机程序来执行上述任一实施例中的方法步骤。

16、根据本发明实施例的第四方面，还提供了一种计算机可读的存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一实施例中的方法步骤。

17、在本发明实施例中，根据多级磁谐振无线传能系统的发射回路相位角以及输出回路电流随频率和负载的变化关系曲线确定发射回路相位为零时对应的多个候选频率点；选取与多个候选频率点对应的多个频率范围内输出回路电流相对变化最小时的候选频率点作为多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率。多级磁谐振无线传能系统即无线电能传输装置由于环境温度、机械系统老化等因素都会导致频率漂移，此时无法保证系统恒流输出，本发明通过仿真得到的曲线确定多个候选频率点，选取频率变化对输出电流影响最小的候选频率点作为最优工作频率，达到了维持系统稳定输出以及减小系统无功功率，提高系统效率的效果，解决了相关技术中存在的无线电能传输装置由于频率波动无法保证恒流输出的问题。

18、在本发明实施例中，通过建立多级磁谐振无线传能系统对应的时域微分模型；根据时域微分模型验证系统在最优工作频率下发射回路电流和电压相位角是否为零，证明了系统频率偏移后使用最优工作频率进行调整能够达到使系统恢复谐振状态的效果，实现了对最优工作频率有效性的验证。

技术特征：

1.一种多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率确定方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率确定方法，其特征在于，在所述根据多级磁谐振无线传能系统的发射回路相位角以及输出回路电流随频率和负载的变化关系曲线确定发射回路相位为零时对应的多个候选频率点之前，所述方法还包括：

3.根据权利要求2所述的多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率确定方法，其特征在于，所述方法还包括：

4.根据权利要求1所述的多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率确定方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.根据权利要求1所述的多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率确定方法，其特征在于，当系统处于候选频率点时，系统输出回路电流不受输出回路的等效负载影响。

6.根据权利要求1所述的多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率确定方法，其特征在于，输出回路电流相对变化最小时的候选频率点的发射回路相位相对变化也最小。

7.一种多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率确定装置，其特征在于，所述装置包括：

8.根据权利要求7所述的多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率确定装置，其特征在于，所述多级磁谐振无线传能系统的去耦等效电路包括：顺次连接的发射回路、多个中继线圈以及输出回路；

9.一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口和所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信，其特征在于，

10.一种计算机可读的存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项中所述的方法步骤。

技术总结
本发明提供了一种多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率确定方法，其中，该方法包括：根据多级磁谐振无线传能系统的发射回路相位角以及输出回路电流随频率和负载的变化关系曲线确定发射回路相位为零时对应的多个候选频率点；选取与多个候选频率点对应的多个频率范围内输出回路电流相对变化最小时的候选频率点作为多级磁谐振无线传能系统的最优工作频率。通过本发明，解决了相关技术中存在的无线电能传输装置由于频率波动无法保证恒流输出的问题。

技术研发人员：李春龙,鞠登峰,黄辉,梁云,李勇,熊俊杰,左石,冉启华,李福超,李砚玲,曾鹏飞,高志东,刘野然,杨环宇,邓辉,孙晓艳,黄莉,黄凤,田文锋,杨智豪,王瑶,于温方,宋磊,孟繁波
受保护的技术使用者：国网智能电网研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11