身份证号码：1202241989****4829
摘要：为适应现代电能传输新要求，无线电能传输作为一种新型的电能传输方式应运而生，它基于现代控制理论和控制手段，利用磁场耦合技术和现代电力电子技术实现了电能从发射设备向接收设备的无线传输，弥补了传统接触式电能传输方式的诸多缺陷，拥有广泛的应用前景。与传统的感应式无线电能传输技术不同，磁耦合谐振式无线电能传输技术融合了近区磁场的耦合谐振，电能传输的距离和效率都得到了大幅的提高。由于该技术的基本原理是耦合谐振，只有谐振频率与系统相同的谐振体才有可能受到影响，所以该技术对周围物体和人体产生的危害是可以控制在合理范围的。
关键词：无线电能传输；智能控制；电气参量；实验平台
引言
电力系统在输送电能的时候，一般就是选择同轴电缆来进行传输，不过这种措施会消耗较多的能力，而且由于存在线路老化以及尖端放电的情况，所以比较容易产生火花，进而影响到供电设备以及电力系统的稳定性和安全性。无线电能传输可以降低电能传输对于能量的消耗，而且可以在那些特定的情况中使用，例如海洋这种地方，如此不仅可以减少对于设备的损耗，而且可以消除存在的安全隐患，这样就需要增强对于无线电能传输技术的分析和探讨。
1 硬件设计
系统包括多个部分，其中含有单片机、压力传感器、蓝牙通信模块、GSM通信模块以及谐振式无线电能传输模块。单机片主要就是进行控制，确保其他的模块能够顺利地运行。压力传感器采集停车位上的压力会发生变化，将产生的脉冲信号传递给单片机，这样可以掌握车位上是否存在车辆。蓝牙通信模块主要就是把充电系统和待充电的汽车电脑联系，掌握相关的型号信息和数据，要是电池数据显示为满电，就会关闭谐振式无线电能传输模块。
在系统中能够选择增加自适应阻抗匹配网络和自适应频率跟踪系统，选择正确的匹配算法，要是处于负载和谐振频率变化的话，就可以及时地做到阻抗匹配，使得工作频率恢复一个正常的状态，这样可以显著提升系统的传输效率和稳定性。GSM通信模块主要就是为了和用户建立远距离无线通信，电量要是处于充满的状态，就要把这个信息传递给用户，用户能够借助这个模块来和停车场进行联系，掌握汽车的所在位置。
通信模块选择的就是德国西门子公司的TC35i，这个模块可以传输SMS短信，能够进行语音通话等，主要以GSM网络为基础。单片机借助过RS232串口与GSM模块通信，而且会选择AT命令来控制GSM模块，这样可以做到无线通信。谐振式无线电能传输模块对于充电系统来说是比较重要的，可以把电能进行转换，借助谐振线圈来对于充电汽车进行充电。
2 无线电能传输发展现状
2.1 多模兼容技术
无线电能在传输的时候需要具备统一的传输标准，使得机器变得更加智能、更加方便。通过使用多模兼容技术可以在一个系统里面使用多种传输方法，这样可以在接收端设计智能能量识别器，在发送端会设计多模合体模块，给无线传输以及电能传输提供更加可靠的保障。
2.2 换能器研制技术
换能器的使用情况和无线电能的传输有着紧密的联系，这个器件的主要部分就是对于天线的设计以及制作，而且包括对于线圈的研发。要想降低产品的成本，减小产品面积，能够借助优化平面螺旋单线圈的设计方法，并研发最新型的二极管和频率技术，以此来优化天线和阵列设计。
2.3 工作频率选择和稳定技术
工作频率是在不同的情况下选择最适合的能量传输频率，而在不同能量环境中，需要合理的分配频率点。且为了确保工作时的稳定性和精准率，首先要优化电路设计，并从中选择最合适的材质和器件，进一步对工艺流程进行优化，以此来确定最合适的稳定技术和频率，特别是在工作频率共振方式，能够进一步的分析电路中的非线性性质以及能量传输机制，最终目标则是防止无线电能传输过程中的分叉现象。
3 无线电能传输智能控制系统实验研究
3.1 实验装置
为便于研究无线电能传输控制系统，本文采用无线供电动车模型进行研究，有利于对不同工作状况进行讨论分析。实验装置由无线电能传输智能控制系统、无线供电铁路模型和无线供电动车组列车模型组成，启动本系统，列车模型开始在轨道上运行，逆变器交流侧的电压、电流波形如图所示。
3.2 系统控制精度测试与实验
3.2.1 系统开环控制精度测试
与实验主控板中下载开环控制程序，给系统不同的电压、电流给定值，使用数字万用表测量实际输出值，并将给定值与输出值进行对比，得到相对误差曲线如图所示。
由图可知，系统使用开环控制算法时，系统的误差在可接受的范围内，此时控制精度已经满足一般要求，但开环控制容易受传感器和ＤＡ转换器的影响，若对控制精度有更高要求，需要使用闭环控制算法进行控制。
3.2.2 系统闭环控制精度测试
与实验主控板中下载闭环控制程序，给系统不同的电压、电流给定值，使用数字万用表测量实际输出值，并将给定值与输出值进行对比，得到相对误差曲线如图所示。
由图可得，系统使用闭环控制算法后，系统相对误差明显小于系统开环工作时，说明控制算法对系统的精度有较大的提高。本智能控制系统将采用闭环控制算法。
4 软件设计
要是停车位有车辆，地面压力传感器会把压力信号传递给单片机，单片机在接收到脉冲信号之后，会借助蓝牙模块和电动汽车进行通信，最开始需要把车位信息传输到单片机里面，之后在行车电脑里面得到车辆的电池数据，要是现阶段的电池处于充满的状态，就不需要开展后续操作。要是电池处于未满电状态，蓝牙模块就会在行车电脑里得到车型信息，之后传输到单片机里面，这样可以及时地掌握车型的充电技术参数，启动合理的发射线圈，借助磁场来给汽车电池充电。
在此期间，单片机会周期性地扫描电池状态，当电池状态显示为电量已充满时，单片机会向充电设备发出指令停止充电，充电设备回到不供电状态，同时，单片机通过通信模块与用户通信，报告充电已完成的信息。此外单片机在车辆停上时和开始充电时，分别启动对应的计时器，将车辆停车时间和充电时间发送至后台服务器，它根据收费标准进行计费，并在车辆离开停车场时将账单发送至用户手机，通过第三方支付例如支付宝、微信等渠道进行收费。
5 系统不同工作条件下的实验研究
5.1 列车模型正常行驶时的系统实验研究
列车模型正常行驶时，逆变器直流侧电压、电流波形如图所示。
列车模型正常行驶时，逆变器交流侧电压、电流波形如图所示
比较图可知，列车模型正常行驶时，逆变器直流侧电压、电流波形比较平直；逆变器交流侧电流没有明显波动，系统的电能传输处于比较稳定的状态。
5.2 列车模型爬坡或转弯时系统实验研究
列车模型爬坡时，逆变器直流侧电压、电流波形如图所示。
列车模型爬坡时，逆变器交流侧电压、电流波形如图所示。
比较图可知，列车模型爬坡时，行驶阻力增加，逆变器直流侧电压波形比较平直，而电流有明显增加；逆变器交流侧电流有效值明显增加，系统的电能传输功率上升。列车模型通过坡道后，电流值恢复至正常水平。
结束语
本文基于磁耦合谐振式无线电能传输基本原理，根据无线电能传输系统的电气参数控制的理论与技术设计并制作了无线电能传输智能控制系统。系统软、硬件结构完整；器件选择合理；控制算法结构比较严谨。在实际的测试与使用中取得了理想的效果。通过实验，表明本系统在控制精度上满足了要求，使用和维护也比较易于操作。
参考文献
[1]赵俊锋.三维无线电能传输系统研究[D].东南大学,2015.
[2]邢丽坤,耿晓峰,李良光,凌六一.基于无线电能传输的实践教学研究[J].教育教学论坛,2015(23):148-149.
[3]彭张柱.人体植入式无线传能及其智能充电管理系统的研究[D].中国海洋大学,2015.
[4]雷阳.用于家用电器的双负载无线电能传输系统的研究[D].哈尔滨工业大学,2014.
[5]全国家用电器标准化技术委员会智能家电分技术委员会及无线电能传输家电分技术委员会成立[J].现代建筑电气,2014,5(04):65.
[6]周博.谐振耦合无线电能传输系统研究[D].西南交通大学,2013.
论文作者:张丽
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：电能论文; 系统论文; 谐振论文; 模块论文; 电流论文; 逆变器论文; 单片机论文; 《电力设备》2019年第1期论文;