[发明专利]基于有轨电车停车偏移误差的无线电能传输调节方法

说明书

本发明公开了一种基于有轨电车停车偏移误差的无线电能传输调节方法。它包括以下步骤：A、对城轨列车的停车精度进行设定，并分析得到城轨列车到站停车的位置与目标位置偏差的分布规律；B、对不同停车位置时的效率及概率密度进行积分，形成在停车偏移正态分布规律下，以整体效率期望为优化目标，设计优化线圈；C、对线圈尺寸进行优化设计。采用上述方法后，在有轨电车无线充电系统的耦合线圈设计中，根据停车偏移误差分布特点，采用效率期望作为优化目标，经过对线圈长度、宽度的寻优设计和原边线圈的增长设计，达到固定于有轨电车和地面的线圈在线圈发生偏移时，达到效率期望值，保证了无线充电系统效率和传输功率，实现了系统长期的最优效率。

技术领域

本发明涉及一种无线电能传输技术在有轨电车中的应用，具体地说是一种基于有轨电车停车偏移误差的无线电能传输调节方法。

背景技术

目前，无线电能传输系统（Wireless Power Transfer System，WPT）中，通过对耦合线圈的设计，可以提高系统的整体效率；无线电能传输系统的核心部分-线圈，与变压器不同，是两个分离的部分，通过原边线圈中的高频电流，建立高频磁场，副边线圈在高频磁场中通过电磁感应产生感应电流，能量通过这种方式进行传递。原副边通过串联补偿电容提高系统的功率因数和效率。由于线圈由铜线绕制，且在存在高频电阻，在原副边会产生损耗，影响了系统的效率；表征线圈间耦合关系的互感值M与原副边线圈间位置关系十分密切，考虑偏移位置关系对线圈进行优化设计，是十分重要的。

在现有的设计技术中，考虑在线圈发生偏移时，通过对线圈的形状、结构设计提高效率。现有技术中无偏移处（或者偏移最大处）的效率分别是如图1、图2所示的两种极端状况下的位置关系，现有技术均是利用这两种极端状态下的效率作为优化目标，对于线圈进行长度和宽度两个方向的抗偏移设计，设计出的线圈为正方形线圈；然而上述的技术方案，所设计出的线圈仅考虑某一点的效率作为优化的目标，设计出的线圈是在该点处的最优解。而由于线圈偏差是存在于各个位置的，因此上述设计方法缺乏整体的考虑，将其应用到有轨电车停车中，由于有轨电车在停车时存在一定的停车偏移误差，导致固定在车、地两侧的线圈不能够完全对正，影响无线充电系统效率和传输功率，另外，现有的技术方案，没有根据列车只存在前进方向的单一偏移关系这种实际情况进行，故得到的线圈是正方形，不是最合理的优化目标，不能实现效率最大化的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够在长期规律性偏移误差情况下，保证无线充电系统效率和传输功率的基于有轨电车停车偏移误差的无线电能传输调节方法。

为了解决上述技术问题，本发明的基于有轨电车停车偏移误差的无线电能传输调节方法，包括以下步骤：

A、对城轨列车的停车精度进行设定，并通过仿真与实测数据的分析得到城轨列车到站停车的位置与目标位置偏差的分布规律；由概率统计知识可知，正态分布概率密度函数如下：

           （1）

B、通过对有轨电车停车偏移误差规律的总结，对不同停车位置时的效率及概率密度进行积分，积分公式如（2）所示，形成考虑停车偏移正态分布规律下，以整体效率期望为优化目标，设计优化线圈。

   （2）

C、对线圈尺寸进行优化设计，具体过程如下：

a、根据无线电能传输系统的参数计算得到对于线圈互感值的约束条件；根据其参数计算得到对于线圈自感值的约束条件；再根据车身尺寸合理约束线圈长度宽度的约束条件，约束结果如下：

（3）

b、利用穷举法，以线圈匝数，线圈尺寸为变量，分别计算互感和自感，将互感和自感的计算结果带入以上约束条件，若符合所有约束条件，则计算效率期望，并记录，若不符合其中任意一条约束条件，则舍弃该组参数；进行穷举，将符合约束的效率期望进行比较；将效率期望最高的一组参数取出，即为设计的最优参数;