[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

摘要

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。

主权项

1.基于LCC的无线电能传输系统发射线圈长度优化方法，其特征在于，具体步骤为：/n步骤1：构建有轨电车无线电能传输系统的LCC模型：/n(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；/n /n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：/nN＝2*ceil(1000*L/l) (2)/n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；/n(2)计算发射线圈的投资成本，并折算至一年，建立成本模型：/n /n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：/n /n式中，r₁，r₂为常数，F_tt为单位长度发射线圈的运输及安装成本；/n(3)计算年度检修成本与年度故障成本，并建立成本模型：/nCo＝ξ(C_PHC+C_PCD+C_T) (5)/n /n式中，C_O为年度检修成本，C_M为年度故障成本，ξ为常数，λ_Pi为单套PHC和PCD设备故障的概率，C_Pi为单套PHC和PCD设备故障的维修成本，T_Pi为单套PHC和PCD设备的维修时间，λ_Ti为单套发射线圈故障的概率，C_Ti为单套发射线圈故障的维修成本，T_Ti为单套发射线圈的维修时间；分别由下式计算：/n /n /n式中，c_ti为单位长度发射线圈的维修成本，t_ti为单位长度发射线圈的维修时间；/n(4)计算年度电费支出，用电量考虑列车牵引能耗及发射线圈发热损失两部分，建立电费成本模型：/n /n式中，C_E为年度电费支出，P_load为电车的年度耗电量，η_i为第i个发射线圈的传输效率，η_i为考虑输电线路和变压器损耗的电能传输效率，C_r为每度电的电价，χ为常数；/n理想条件下，当发射线圈与接收线圈处于完全谐振的状态，有/n /n式中，ω为无线电能传输系统的谐振频率，M为发射线圈与接收线圈之间的互感，R为负载电阻，R_p和R_s分别为发射线圈和接收线圈的内阻，r为单位长度发射线圈的内阻；/n(5)构建有轨电车无线电能传输系统的LCC模型：/n /n式中，C_LCC为有轨电车无线电能传输系统的年度总成本；/n步骤2：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，得出发射线圈的长度；/n /n式中，P₀表示负荷的额定功率，P_i表示第i个电源的额定功率，I_i表示第i个供电导轨线圈上的电流大小，T_min表示开关器件的从开通到关断的最小切换时间，V_max表示列车运行最高时速，η_min表示传输效率最小值。/n