[发明专利]适用于有序负载的一对多无线电能传输系统及其控制方法

权利要求书

1.一种适用于有序负载的一对多无线电能传输系统的控制方法，其特征在于，包括适用于有序负载的一对多无线电能传输系统、开关控制方法和效率优化控制方法；

所述适用于有序负载的一对多无线电能传输系统包括直流电压源E，其特征在于：还包括与直流电压源E依次连接的直流电压变换器V_DCB和高频逆变器V_T，所述高频逆变器V_T交流输出端的一端并联若干个开关S_n，其中，n≥1，所述若干个开关S_n串联若干个发射线圈，所述高频逆变器V_T交流输出端的另一端连接一个LCL补偿网络，所述LCL补偿网络的第二谐振电感L_PT2的另一端与若干个发射线圈连接，所述若干个发射线圈通过电磁耦合与若干个接收线圈连接，所述若干个接收线圈与若干个负载R_Ln连接，其中，n≥1；

一个发射线圈包括串联的一个发射线圈电感L_Pn，其中，n≥1，和一个发射线圈补偿电容C_Pn，其中，n≥1；

一个接收线圈包括串联的一个接收线圈电感L_Sn，其中，n≥1，和一个接收线圈补偿电容C_Sn，其中，n≥1，所述接收线圈电感L_Sn与发射线圈电感L_Pn互感；

所述开关控制方法的前提条件是保证至少有一个开关处于闭合状态，稳态时，系统只有一个开关闭合，暂态时，开关切换过程存在两个开关同时闭合，具体包括以下步骤：

步骤1.1：保证至少有一个开关处于闭合状态，假设初始状态时，开关S_n处于闭合状态；

步骤1.2：判断是否有负载增加或减少；

步骤1.3：若步骤1.2没有负载增加或减少，则保持闭合开关S_n，系统处于稳态，开关切换结束；

步骤1.4：若步骤1.2有负载增加，则闭合开关S_n+1，系统处于暂态，然后断开开关S_n，开关切换结束；

步骤1.5：若步骤1.2有负载减少，则闭合开关S_n-1，系统处于暂态，然后断开开关S_n，开关切换结束；

所述效率优化控制方法，具体包括以下步骤：

步骤2.1：按第1个到第n个发射线圈的顺序依次增加负载R_L1、R_L2、……、R_Ln，确定实际负载的个数，即n的值；

步骤2.2：测量系统中发射线圈电感L_P1、L_P2、……、L_Pn与发射线圈补偿电容C_P1、C_P2、……、C_Pn两端的电压U_RP1、U_RP2、……、U_RPn，和直流电压变换器V_DCB的输出电压U_DC；

步骤2.3：计算高频逆变器VT的输出电压U_PT；

步骤2.4：计算负载R_L1、R_L2、……、R_Ln吸收的有功功率P_Leq1、P_Leq2、……、P_Leqn；

步骤2.5：用数字分析方法计算出使系统效率达到最高的直流电压变换器V_DCB的感应电压U_DCopt；

步骤2.6：设置直流电压变换器V_DCB的输出电压为U_DCopt，从而使无线电能传输系统的效率优化到最高值；

所述步骤2.3中，根据公式(1)计算高频逆变器V_T的输出电压U_PT，所述公式(1)为：

所述步骤2.4中，根据公式(2)计算负载R_L1、R_L2、……、R_Ln吸收的有功功率P_Leq1、P_Leq2、……、P_Leqn，所述公式(2)为：

其中，P_Leqi为负载R_Li吸收的有功功率，Re[ ]为取复数的实部，U_PRi为发射端电压，表达式为U_PRi＝U_Pi+I_PiR_Pi，U_Pi为L_Pi和C_Pi上的电压之和，I_Pi为通过L_Pi的电流，M_i为第i个发射线圈电感L_Pi与第i个接收线圈电感L_Si的互感值，M_i＝M，R_Pi为第i个发射线圈的内阻，R_Pi＝R_P，R_Si为第i个接收线圈的内阻，R_Si＝R_S，ω为系统谐振角频率，L_PT1为第一谐振电感的电感值，L_PT2为第二谐振电感的电感值；

其中，C_PT为谐振电容的容值，C_Pi为第i个发射线圈补偿电容的容值，C_Si为第i个接收线圈补偿电容的容值，L_PT1为第一谐振电感的电感值，L_PT2为第二谐振电感的电感值；

所述步骤2.5中，用数字分析方法计算公式(4)：

其中，

其中，α为增益系数，由上述公式(4)和公式(5)可得出使系统效率达到最高的直流电压变换器V_DCB的感应电压U_DCopt。