现代有轨电车具有造价低、载客量大、建设周期短等优点,近十年来快速发展。无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术具有安全性高、无机械磨损、城市景观性良好等优点,近年来得到广泛关注。为进一步提升供电的灵活性,实现车辆移...
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现代有轨电车具有造价低、载客量大、建设周期短等优点,近十年来快速发展。无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术具有安全性高、无机械磨损、城市景观性良好等优点,近年来得到广泛关注。为进一步提升供电的灵活性,实现车辆移动过程中的电能实时补给并减少储能装置的体积,动态无线电能传输(Dynamic Wireless Power Transfer,DWPT)技术应运而生。本文以现代有轨电车DWPT技术为研究对象,重点研究线圈在过切换域时的切换策略和定位方法。首先论文对DWPT原理以及现代有轨电车的线路和供电结构进行介绍,对供电线路中线圈的铺设方式和控制结构进行讨论,确定多级连续式线圈、双层控制模式的DWPT应用方案。选取LCC-S型补偿拓扑,进行电压增益和效率分析。由于DWPT系统耦合线圈结构的特殊性,通过互感模型从理论和仿真两种方式分析线圈形状、尺寸、间距、匝数和磁芯分布对电磁参数的影响,并在此基础上采用参数扫描方法设计一组线圈参数用于后续分析和实验平台搭建。为设计线圈切换策略,论文对DWPT系统切换单元进行数学建模,从稳态和暂态模型推导电路参数表达式。从理论计算和仿真分析中发现系统在切换时存在的电流冲击和单原边供电时谐振电流过高的安全隐患。为解决上述问题,设计基于逆变器移相控制的线圈切换控制策略,包括恒移相角变化率启停控制和移相0°控制策略。为提高DWPT供电稳定性,对切换相位和切换位置进行分析,结果表明同相、较优切换区域切换可以提高供电稳定性。通过仿真和理论计算验证模型建立的正确性,所使用的线圈切换策略对系统运行安全和供电稳定性有良好效果。由于线圈切换需要通过线圈定位来提供切换指令,本文提出基于互感计算的线圈定位方法。通过数学建模结果推导互感计算表达式。考虑到系统工作频率较高且存在三相输入的低频振荡,引入递推平均滤波算法,并给出相应的控制流程。考虑到实际应用中存在车速较高、系统存在延时等问题,提出基于线圈互感计算的线圈位置预判方法,以保证供电的及时性。通过仿真验证所提线圈定位方法的有效性。最后搭建了DWPT实验平台进行实验验证,进行线圈切换策略和线圈定位方法的实验,从供电稳定性、效率以及电压电流冲击方面对比实验结果,验证所提方法的有效性。
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