一种基于P＆O法与模型预测的无线电能传输控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于P&O法与模型预测的无线电能传输控制方法及系统，属于无线电能传输控制技术领域，解决了现有技术中无线电能传输系统最大效率点难以跟踪以及频繁出现的电压超调、功率振荡问题，本发明专利技术包括以下步骤：a.针对于无线电能传输系统原边控制，设计基于自适应扰动观察法的系统效率优化方案；b.针对于无线电能传输系统副边控制，建立LCL

【技术实现步骤摘要】
一种基于P＆O法与模型预测的无线电能传输控制方法及系统


[0001]本专利技术属于无线电能传输控制
，一种基于P&O法与模型预测的无线电能传输控制方法及系统。

技术介绍

[0002]磁耦合式无线电能传输系统(IPT)是一种灵活可靠的非接触式供能方式，能够避免传统插电系统存在的火花与漏电等安全隐患，具有可靠、安全、方便以及低维护成本等优势，已广泛应用于医疗设备、便携式电子设备、智能家居、交通和航空航天等领域，其功率范围从毫瓦级到兆瓦级不等。
[0003]磁耦合式无线电能传输系统通常包括高频变换器、耦合线圈与补偿网络等部分。系统效率与功率传输的稳定性是无线电能传输系统最为关键的两项指标，而在无线电能传输系统负载、耦合系数以及输入直流电压的变化均可能导致系统效率降低、连续功率振荡甚至系统失稳。
[0004]针对于无线电能传输系统效率优化的问题，现有文献通常采用基于阻抗匹配的最大效率追踪法(MEET)，即通过合理选择高频变换器的导通角以实现系统的负载匹配，从而实现系统AC
‑
AC的效率优化。但该方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于P&O法与模型预测的无线电能传输控制方法，其特征在于，包括以下步骤：针对于无线电能传输系统原边控制，建立基于自适应扰动观察法的系统效率优化控制方案；针对于无线电能传输系统副边控制，建立LCL
‑
LCL补偿双向无线电能传输系统的输出电压动态模型；基于所建立的输出电压动态模型，建立基于扩张状态观测器的无电流传感器有限集模型预测控制动态性能优化方案。2.根据权利要求1所述的一种基于P&O法与模型预测的无线电能传输控制方法，其特征在于，效率优化控制包括以下步骤：步骤1):检测当前控制周期直流输入电流I
in
(k)，计算直流输入电流增量ΔI
in
(k)、主边逆变器移相角增量与电流变化率I
r
，设定电流变化率阈值I
thr
；步骤2):确定记录扰动方向的变量N(k)的取值，计算t个连续周期变量N的和sum；如果sum小于t并且I
r
小于I
thr
，则设定系统状态位flag为1，对应系统的扰动状态；否则，设定flag为0，对应系统的寻优状态；步骤3):根据系统状态位设定自适应扰动步长Δ
adj
(k)；若flag为1，自适应扰动步长等于Δ
const
；若flag为0，则Δ
adj
(k)＝Δ
step
‑
Δ
adj
(k
‑
1)；若Δ
adj
(k)<Δ
min
，则Δ
adj
(k)＝Δ
min
且N(k)＝0；步骤4):比较系统输出直流电压V
out
(k)与参考电压V
ref
；若V
out
(k)<V
ref
,则,则且程序结束；否则，实施步骤5)；步骤5):判定ΔI
in
(k)与的乘积是否小于0；若小于0，下一个控制周期的逆变器移相角否则，3.根据权利要求1所述的一种基于P&O法与模型预测的无线电能传输控制方法，其特征在于，LCL
‑
LCL补偿双向无线电能传输系统包括高频变换器、耦合线圈和补偿网络；双向无线电能传输系统的原边侧包括依次串接的直流电源连接的原边逆变器、原边补偿网络以及原边耦合线圈；副边侧包括依次串接的副边耦合线圈、副边补偿网络、副边整流器、整流滤波电容以及直流负载。4.根据权利要求3所述的一种基于P&O法与模型预测的无线电能传输控制方法，其特征在于，其中V
in
与I
in
为无线电能传输IPT系统的直流输入电压与电流，V
out
与I
out
为IPT系统的直流输出电压与电流，L
pi
、C
pt
、L
si
与C
st
为双边补偿网络成分，L
pt
与L
st
为双边耦合线圈的自感，M为双边耦合线圈的互感，S
p1
‑
S
p4
为主边逆变器的开关信号，S
s1
‑
S
s4
为副边整流器的开关信号，R
pi
、R
pt
、R
si
与R
st
为L
pi
、L
pt
、L
si
与L
st
的内阻，C
f
为整流滤波电容；设定系统的工作角频率为ω，其满足：逆变器输出电压与电流(V
pi
、I
pi
)、整流器输入电压与电流(V
si
、I
si
)与耦合线圈电流(I
pt
、I
st
)表示为：
系统输出有功功率P
out
与无功功率Q
out
近似表示为：其中与为逆变器与整流器的内移相角，θ为逆变器与整流器的外移相角；忽略开关损耗，系统功率损耗P
loss
表示为：则系统效率η表示为：定义系统电压增益为G，满足G＝V
si
/V
pi
；令dη/dG＝0，得到系统最大效率工作点处的电压增益G
opt
：进而最大效率工作点处主边逆变器的移相角表示为：5.根据权利要求3所述的一种基于P&O法与模型预测的无线电能传输控制方法，其特征在于，引入变量N以记录扰动的方向，Δ表示相邻两周期变量的差值；通过对t(t≥3)个连续周期的N值求和以判定系统追踪最大效率点的状态：当系统处于寻优状态时，一个大的扰动步长Δ
const
应该被设置以确保系统能够快速地追踪最大效率工作点；当系统处于扰动状态时，大扰动步长Δ
const
在每个控制周期减小Δ
step
直到减小至一个较小的扰动步长Δ
step
；系统扰动补偿保持为Δ
step
直到系统负载发生显著变化；当系统扰动等于Δ
step
时，令N(k)＝0，将系统锁定在步长为Δ
min
的扰动状态；系统输入直流电流的变化率I
r
用于判定是否系统负载发生显著变化，表示为：I
thr
为预设的电流变化率阈值，如果I
r
>I
thr
，表明系统的最大效率工作点发生显著偏移，系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁文，陈硕，师帅，胡汭明，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：