[发明专利]一种自动确定单线电能传输系统最佳工作频率的方法

说明书

技术领域

本发明提出了一种自动确定单线电能传输系统最佳工作频率的方法，属于电力工程领域。

背景技术

单线电能传输系统，即只用一根导线连接发射装置和接收装置，在不构成回路的情况下，实现电能的传输，当这根导线采用大地等自然介质代替时，即可以实现广义的“无线”电能传输，它可以解决有线电能传输技术和无线电能传输技术目前无法解决，或解决起来较为困难的问题，有望为海上孤岛和边远山区这样难以架设输电线路的地区供电。

在单线电能传输系统中，负载获取功率的多少受工作频率影响显著，一般认为负载可以获得最大功率时对应的工作频率为系统最佳工作频率。目前并没有相关文献可以详细解释单线电能传输系统的工作原理，因此，很少有学者研究单线电能传输系统，也没有人提出一种确定单线电能传输系统最佳工作频率的方法。此外，就已经确定最佳工作频率的系统而言，当系统的工作条件发生变化，如传输距离变化，或者与接收装置相连的负载改变时，系统的最佳工作频率较变化前会发生一定偏移，若系统仍工作于变化前的频率，会使负载无法获得最大功率。

由此可见，为确定单线电能传输系统的最佳工作频率，解决系统工作条件改变造成的最佳工作频率偏移问题，需要提出研究一种自动确定单线电能传输系统工作频率的方法。

发明内容

本发明的内容是，根据发射特斯拉线圈次级LC并联等效电路，初步确定单线电能传输系统最佳工作频率所在频段，在该频段范围内，测量发射特斯拉线圈在不同频率下的输入阻抗模，根据测量结果，以得到输入阻抗模极小值为目标，逐步减小测量频段带宽，当带宽精度满足要求时，即可确定单线电能传输系统的最佳工作频率。系统工作条件变化时，在原有最佳工作频率附近重新测量发射特斯拉线圈的输入阻抗模，按照上述减小测量频段带宽的方法，即可确定偏移后的最佳工作频率。这种方法可以快速准确地确定单线电能传输系统的最佳工作频率。

本发明采取的技术方案是：

首先，初步确定单线电能传输系统最佳工作频率所在频段，具体方法为：根据发射特斯拉线圈次级LC并联等效电路模型，计算得到LC并联电路的谐振频率f_r，根据谐振频率f_r，初步确定系统最佳工作频率所在频段为

其次，以得到输入阻抗模极小值为目标，测量发射特斯拉线圈在频段内不同频率下的输入阻抗模，初始测量步进值若测量过程中三个连续测量频率f_i-1、f_i、f_i+1对应的输入阻抗模|Z_i-1|、|Z_i|、|Z_i+1|满足|Z_i-₁|≥|Z_i|≤|Z_i+1|，则可以确定最佳工作频率所在频段为其中，新频段带宽为

然后，测量步进值减小为原来的即重复上述步骤，得到最佳工作频率所在频段为继续按上述规律减小步进值，直到测量精度满足设计要求，最终得到的频段为系统的最佳工作频率

最后，周期性地测量发射特斯拉线圈的输入阻抗模，测量周期若连续三次测量得到阻抗模的平均值相比之前偏差超过10％，说明系统最佳工作频率发生偏移，需要重新确定系统最佳工作频率，初始频段由原最佳工作频率f_op确定，测量步进值余下步骤同上。

本发明可以自动确定单线电能传输系统的最佳工作频率，解决系统工作条件改变造成的最佳工作频率偏移问题。测量方法简单，根据发射特斯拉线圈输入阻抗模的大小即可确定系统最佳工作频率，无需复杂的理论分析。

附图说明

图1是单线电能传输系统框图。

图2是发射特斯拉线圈等效电路模型。

图3是DSP控制器程序流程图。

具体实施方案

下面结合说明书附图和技术方案，对本发明的具体实施方案作详细说明。