[发明专利]LCC-S型MC-WPT系统的磁耦合机构参数多目标优化方法

说明书

本发明提供了一种LCC‑S型MC‑WPT系统的磁耦合机构参数多目标优化方法，按照以下步骤进行：S1：设定线圈半径、传输距离、线圈匝数作为待优化参数；S2：以系统输出功率、传输效率和系统总谐波畸变率为目标函数，并基于步骤S1中的待优化参数和系统中其它电路元件参数确定各个目标函数的表达式；S3：确定约束条件；S4：基于NSGA‑Ⅱ优化算法确定待优化参数的优化结果。该方法以线圈半径、传输距离、线圈匝数作为决策变量，以系统传输效率、传输功率与总谐波畸变率为目标函数，采用NSGA‑II实现了系统磁耦合机构几何参数的最优化，并验证了其应用在LCC‑S型MC‑WPT系统中的可行性和有效性。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术，具体涉及一种LCC-S型MC-WPT系统的磁耦合机构参数多目标优化方法。

背景技术

无线电能传输(Wireless PowerTransfer，WPT)技术是一种综合利用电力电子技术和现代控制理论并通过软介质来实现电能无线传输的技术，该技术已成为国内外研究热点。世界经济论坛(WEF)也连续两年将无线电能传输技术列为对世界影响最大、最有可能为全球面临的挑战提供答案的十大新兴技术之一。它解决了传统导线直接电气接触带来的各种问题，具有广泛的应用前景。该项技术能灵活方便、安全可靠地为用电设备供电，并且不会对自然环境释放有害污染或形成威胁。此外，该技术不会受到环境湿度、尘埃和化学腐蚀的影响，能够实现低维护甚至免维护条件下的可靠运行。

磁场耦合式无线电能传输(Magnetic-field Coupled Wireless PowerTransfer，MC-WPT)技术，以磁场作为电能传输介质，具有系统电能传输效率高、可传输功率大、易实现等优点，该技术已广泛应用于消费电子、生物医学、电动汽车、智能家居等领域，如何通过各种技术进一步提供系统性能是目前的研究热点。

然而现有技术中大多通过预先设定磁耦合机构结构参数，通过优化其它电子元件参数来提升系统性能，而对于如何设置最佳的磁耦合机构参数却研究较少。

发明内容

有鉴于此，本发明以LCC-S型MC-WPT系统为对象，提出一种磁耦合机构参数多目标优化方法，通过求解系统传输效率、输出功率和总谐波畸变率(THD)关于线圈半径、传输距离、线圈匝数的关系式，构建表征系统传输能力的约束条件，并建立系统的非线性规划(NLP)模型。利用基于带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)在预设范围内对线圈半径、传输距离、线圈匝数寻优，得出系统输出功率、传输效率和THD三个目标函数的Pareto解集，最后根据实际需求目标，得到一组最优解，从而确保系统性能的优化。

为了实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种LCC-S型MC-WPT系统的磁耦合机构参数多目标优化方法，其关键在于按照以下步骤进行：

S1：设定线圈半径、传输距离、线圈匝数作为待优化参数；

S2：以系统输出功率、传输效率和系统总谐波畸变率为目标函数，并基于步骤S1中的待优化参数和系统中其它电路元件参数确定各个目标函数的表达式；

S3：确定约束条件；

S4：基于NSGA-Ⅱ优化算法确定待优化参数的优化结果。

可选地，LCC-S型MC-WPT系统包括电能发射端和电能接收端，所述电能发射端包括直流电源E_dc或电网交流电经整流滤波后的直流电、高频逆变模块、LCC补偿网络和发射线圈L₂，其中LCC补偿网络由电感L₁、电容C₁和电容C₂构成，所述电能接收端包括接收线圈L₃、补偿电容C₃、整流滤波模块和负载电阻；所述发射线圈L₂和所述接收线圈L₃均采用单层多匝平面圆形线圈且二者同轴放置。