[发明专利]基于LCC的无线电能传输系统发射线圈长度优化方法

说明书

本发明公开了一种基于LCC的无线电能传输系统发射线圈长度优化方法，具体为：针对有轨电车无线电能传输系统成本与发射线圈长度之间的非线性关系，引入生命周期成本理论LCC，构建有轨电车无线电能传输系统的LCC模型，确定优化的目标函数以及约束条件，使用优化算法进行求解，得出发射线圈的最优长度；本发明建立有轨电车无线供电系统的LCC模型，明晰有轨电车无线电能传输系统成本与发射线圈长度之间的非线性关系，使用优化算法进行求解得出最优的发射线圈的长度，能在保证系统的供电能力的前提下，降低系统的成本。

技术领域

本发明属于城市轨道交通无线供电系统的实际应用领域，具体涉及一种基于LCC的无线电能传输系统发射线圈长度优化方法。

背景技术

无线电能传输技术已经成为了电能传输领域研究的热点与未来的重要发展方向，其中尤以电磁感应耦合式应用最广。与接触式供电系统相比，非接触式供电系统的优点在于消除外部裸露导线，占用空间面积小、美化城市景观等。法国阿尔斯通和加拿大庞巴迪已经生产非接触供电型的公交车与有轨电车，我国南京麒麟线和河西线也采用非接触供电方式传输电能。

在无线电能传输系统的设计过程中，发射线圈长度的设计是一项重要的内容，如果单个发射线圈过长，则发射线圈电能的传输效率较低，供电系统每年的电费支出增加，如果单个发射线圈过短，则相应的设备投资增加。

发明内容

为了在保证系统的供电能力的前提下，降低系统的成本，本发明提供一种基于LCC的无线电能传输系统发射线圈长度优化方法。

本发明针对有轨电车无线电能传输系统成本与发射线圈长度之间的非线性关系，引入生命周期成本理论(LCC)。生命周期成本包括建设成本和未来成本，建设成本为无线电能传输系统线路、设备等生产安装调试成本。未来成本表示在建成通车后发生的成本，主要包括后期一次性成本如改建、扩建和拆除成本；重复性成本由运营成本，维护成本，修理成本组成。

本发明的基于LCC的无线电能传输系统发射线圈长度优化方法，具体步骤为：

步骤1：构建有轨电车无线电能传输系统的LCC模型：

(1)计算谐振补偿装置PHC与电能变换装置PCD装置的投资成本，并折算至一年，建立成本模型；

式中，C_PHC为PHC的总成本，C_PCD为PCD的总成本，P_V,P为PHC和PCD年度投资成本折算系数，F_PHC为每套PHC设备固定成本，F_PCD为每套PCD设备固定成本，F_ptai为每套PHC和PCD设备的运输及安装成本，r₀为折算系数，m_p为PHC和PCD装置的使用寿命；N为发射线圈数量，由下式计算：

N＝2*ceil(1000*L/l) (2)

式中，L为有轨电车线路的总长度，l为单根发射线圈长度，满足l＝l_i，i＝1，2，…，N，l_i为第i个发射线圈的长度。

(2)计算发射线圈的投资成本，并折算至一年，建立成本模型：

式中，C_T为发射线圈的总成本，P_V，T为发射线圈年度投资成本折算系数，F_T为单位长度发射线圈的成本，l_w为单位长度发射线圈的宽度，m_T为发射线圈的使用寿命，F_ttai为每个发射线圈的运输及安装成本，由下式计算：