一种四自由度双向无线电能传输系统双参数监测方法

摘要

本发明公开的一种四自由度双向无线电能传输系统双参数监测方法，对影响系统功率因数和传输效率的关键参数进行实时在线监测来掌握其动态变化，为系统在较高的功率因数和传输效率下进行能量互动提供了一定的保证。具体利用放置在双向无线电能传输系统1、2侧谐振线圈中间点处的监测线圈及与之串联的监测电阻作为监测平台本身，以监测线圈与两个谐振线圈的互感为媒介来获取系统变换器1、2侧变换器输出电压的幅值比和相位差，具体是通过监测电阻的电压相量来间接反映。该监测平台能够在参数变化较大范围内对其进行监测，同时参数监测结果具有较高的精度。

主权项

一种四自由度双向无线电能传输系统双参数监测方法，其特征在于：所述双向无线电能传输系统包括相对平行设置的1侧谐振线圈T_x和2侧谐振线圈R_x，所述谐振线圈T_x和R_x均为半径均为r的圆形线圈，线圈匝数均为N；所述双参数监测方法基于的监测平台包括串联的圆形监测线圈和监测电阻，所述圆形监测线圈设置在谐振线圈T_x和R_x中间位置，所述监测线圈的半径为(1/3～1/2)r，匝数n满足N:n＝3～5:1，监测电阻的阻值R满足R:ωL＝10～15:1，ω为系统的谐振角频率，L为监测线圈电感值；以所述谐振线圈T_x和谐振线圈R_x圆心连线的中点为原点，建立空间直角坐标系，监测线圈的位置为：沿x轴或z轴偏移，或以原点为中心绕z轴旋转偏移，或以原点为中心绕x轴旋转偏移；所述双参数监测方法包括对双向无线电能传输系统1侧控制器输出电压U_ab和2侧控制器输出电压U_cd的电压比和相角差进行监测，包括如下步骤：首先，根据监测平台的设置计算出监测线圈与谐振线圈T_x、R_x的互感分别为M₁和M₂；在双向无线电能传输系统运行时，控制U_cd保持在某一电压值，获取监测电阻两端的电压波形；然后以U_cd为基准，对电压波形进行傅里叶变换，得到所述监测电阻的电压相量其中θ为电压U_ab和电压U_cd之间的相角差，系数k₁＝ω²M₁C₁，系数k₂＝ω²M₂C₂，C₁、C₂分别为双向无线电能传输系统1侧和2侧的LCL型谐振网络中的电容值，并满足C₁＝C₂；对所述电压相量进行处理：定义相量则相量的幅值$B=\sqrt{{\left(k_1{U}_{ab}cos\right(\theta )+k_2{U}_{cd})}^2+{\left(k_1{U}_{ab}sin\right(\theta \left)\right)}^2},tan\left(\delta \right)=\frac{k_1{U}_{ab}sin\left(\theta \right)}{k_1{U}_{cd}cos\left(\theta \right)+k_2{U}_{cd}},$δ为其相角；由于k₁＝k₂，则定义相量${\stackrel{·}{B}}^{\prime }=\stackrel{·}{B}/\left(k_2{U}_{cd}\right),$其幅值$B^{\prime }=\frac{B}{k_2{U}_{cd}}=\sqrt{{\left(\sigma cos\right(\theta )+1)}^2+{\left(\sigma sin\right(\theta \left)\right)}^2},$相量与B'的相角一致，则其中σ＝U_ab/U_cd，σ即为电压U_ab和电压U_cd的电压比；实时监测B'和δ的变化即可实现对相角差θ和电压比σ的变化的实时监测。