靈活高效的電場耦合無線電能傳輸系統關鍵技術研究

《靈活高效的電場耦合無線電能傳輸系統關鍵技術研究》是依託重慶大學，由蘇玉剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：靈活高效的電場耦合無線電能傳輸系統關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：蘇玉剛
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

電場耦合電能無線傳輸（ECPT）技術是以高頻電場為媒介實現電能無線傳輸的新技術。本項目圍繞電場耦合機構、電能變換拓撲及參數最佳化、系統動力學分析、魯棒綜合控制與系統性能提升等方面展開研究，實現電場耦合模式下的靈活、高效無線傳能。針對耦合機構擴距引起的電通量密度低及邊緣電場泄漏與交疊問題，研究電極幾何特徵參量與耦合機構電通量密度的關係，提出一種具有非對稱壓紋面的耦合機構，實現電場的高效耦合；針對耦合機構高頻高壓激勵需求與高頻開關器件低檔棄付壓需求之間相互制約矛盾，提出一種電能變換拓撲，並給出基於複合型人工智慧理論的電能變換器多目標參數最佳化方法；針對高階非線性特性，祝拔擔提出一種系統整體建模分析方法，為系統分析和設計提供理論指導；針對系統參數不確定性引起的穩定性較差的問題，提出一種多目標魯棒綜合控制及性能提升方法。本項目的成果將推動電場耦合無線電能傳輸技術基礎理論體系的完善，推廣其套用並促進相關學科發展。

結題摘要

本項目以高效、靈活、穩定的電能無線傳輸為目標，圍繞電場耦合電能傳輸（ECPT）系統耦合機構性能提升、電能變換拓撲構建及參數最佳化、系統建模及動力學分析、多目標魯棒綜合控制及系統綜合性能提升等歸應蘭刪關鍵問題展開了研究。在拓撲構建、參數最佳化與耦合機構方面，提出了多種複合諧振式ECPT系員腿統拓撲，建立了系統模型，給出了系統參數設計方法，實現了在所允許的負載變化範圍內，系統的輸出特性基本不受負載變化的影響；巴灑戶提出了一種F型補償的ECPT系統拓撲並給出了參數設計方法，實現了在負載投入時，系統能夠高效穩定地為負載傳輸需要的功率，在負載移除後工作在低功耗待機狀態，提升了系統的靈活性、可靠性和負載自適應能力；針對能量與信號並行傳輸的ECPT系統，給出了一種在多約束條件下，以電能道妹充傳輸通道增益、信號傳輸通道增益和電能串擾增益綜合最佳為目標的系統參數最佳化方法，提升了ECPT系統能量與信號並行傳輸性能；針對耦合機構傳講疊盼敬輸性能的提高及系統安全性問題，提出了一種層疊式耦合機構，建立了耦合機構的數學模型，給出了極板電壓的計算表達式，並提出了一種以抑制系統漏電場為目標併兼顧系統傳輸性能的系統參數設計方法。在多目標魯棒綜合控制、性能提升與系統動力學行為特性分析方面，針對 LCL 複合諧振型 ECPT 系統的參數敏感性較高的問題，建立了系統的電壓增益模型，分析了負載品質因數、LCL 網路電感比值和電容比值對系統電壓增益的影響規律，實現了高階 ECPT 系統的低參數敏感性運行，為 ECPT 系統的實際套用提供了理論指導；提出了一種基於NSGA-II算法的ECPT系統PID控制器最優參數設計方法，提升了系統的動態性能、魯棒性和穩定性；提出了一種共享通道式的能量與信號並行傳輸系統拓撲以及同端干擾信號抑制方法，實現了電能與信號的串擾隔離及抑制，有助於系統實現更好的控制，同時還解決了傳送端和接收端信息互動的問題。本項目的研究成果形成了較為系統的ECPT系統基礎理論及技術實現體系，為促進ECPT技術的工程套用奠定了理論基礎。