磁耦合谐振式多装置无线电能传输系统的建模方法、装置及设备与流程

本技术涉及无线电力传输，尤其涉及磁耦合谐振式多装置无线电能传输系统的建模方法、装置及设备。

背景技术：

1、磁耦合谐振式无线电能传输技术已广泛用于配用电系统中多类监测装置、传感器及巡检设备的无线供电，并通常通过电路模型或耦合模方程对系统传能过程进行分析。

2、然而，在面向多装置集群系统时，现有的建模方案要么依赖大量非线性方程求解，计算复杂度高、实时分析能力受限，要么对耦合关系作固定化简，难以准确表征互感变化及暂态响应，因而难以支撑动态负载调整、稳定性分析和故障诊断。

3、因此，如何在多装置无线电能传输系统中降低建模计算复杂度并提高对动态特性及扰动响应的描述精度，成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术提供磁耦合谐振式多装置无线电能传输系统的建模方法、装置、装置及设备，用以解决上述的技术问题。该方法面向包含多个发射模块和多个接收模块的磁耦合谐振式多装置无线电能传输系统，围绕系统中多模块之间的磁耦合传能关系，构建能够统一表征发射端、接收端及其相互耦合特性的模型，并在此基础上形成适用于系统动态分析的建模结果，从而兼顾多装置场景下的建模效率与对动态行为、扰动响应的描述能力。

2、第一方面，本技术提供了磁耦合谐振式多装置无线电能传输系统的建模方法，包括：

3、获取多装置无线电能传输系统的电路模型；所述多装置无线电能传输系统包括多个发射模块和多个接收模块，所述发射模块和所述接收模块中均包含谐振回路，且任意两个所述发射模块之间、任意两个所述接收模块之间以及所述发射模块与所述接收模块之间均通过互感实现磁耦合；

4、基于所述电路模型确定所述多装置无线电能传输系统的耦合模方程；

5、将所述耦合模方程中的模幅值分解为实部与虚部，并将分解后的实部与虚部代入所述耦合模方程，分离所述耦合模方程的实部与虚部，得到实值耦合模方程；

6、基于离散时间状态平均法对所述实值耦合模方程进行处理，得到所述多装置无线电能传输系统的离散时间状态平均模型。

7、在一种可能的设计中，所述实值耦合模方程表示为：

8、；

9、其中，表示模块序号，；n是所有模块的总数量；为第i个模块的模幅值的实部分量；为第i个模块的模幅值的虚部分量；k为求和遍历的模块序号，代表与第i个模块发生磁耦合的其他模块；表示多装置无线电能传输系统的谐振角频率；表示第i个模块的线圈与第k个模块的线圈之间的互感，表征两个线圈间的磁耦合强度；表示第i个模块的线圈电感；表示第k个模块的线圈电感；表示第i个模块的损耗电阻；表示第i个接收模块的负载电阻；表示模块类型标识系数，用于区分发射模块和接收模块；表示第i个发射模块的交流电源电压有效值；表示交流电源的工作角频率。

10、在一种可能的设计中，所述基于离散时间状态平均法对所述实值耦合模方程进行处理，得到所述多装置无线电能传输系统的离散时间状态平均模型，包括：

11、确定平均化状态变量；其中，所述平均化状态变量为模幅值的实部分量或虚部分量在一个谐振周期内的平均值；

12、将所述平均化状态变量代入所述实值耦合模方程，得到状态平均化数学模型；

13、基于采样序号和采样周期，对所述状态平均化数学模型进行离散化处理，得到所述离散时间状态平均模型。

14、在一种可能的设计中，所述确定平均化状态变量，包括：

15、将单个谐振周期确定为计算区间，对所述模幅值的实部分量、虚部分量分别在计算区间内进行积分平均运算；

16、将运算得到的区间状态平均值确定为对应的所述平均化状态变量。

17、在一种可能的设计中，所述离散时间状态平均模型的方程表示为：

18、；

19、其中，表示采样时刻序号，为非负整数；表示采样周期，为相邻两个采样时刻之间的固定时间间隔；表示第i个模块的模幅值实部分量的离散平均状态变量；表示第i个模块的模幅值虚部分量的离散平均状态变量。

20、在一种可能的设计中，所述发射模块的谐振回路包含串联连接的第一补偿电容、发射线圈、交流电源以及第一损耗电阻，所述接收模块的谐振回路包含串联连接的第二补偿电容、接收线圈、第二损耗电阻以及负载电阻，且所述发射模块的谐振回路的谐振频率与所述接收模块的谐振回路的谐振频率一致。

21、在一种可能的设计中，还包括：

22、基于所述离散时间状态平均模型，在所述多装置无线电能传输系统的稳定工作点引入扰动量，得到所述多装置无线电能传输系统的小信号模型；其中，小信号模型用于分析所述多装置无线电能传输系统的暂态特性。

23、在一种可能的设计中，所述小信号模型的方程表示为：

24、；

25、其中，代表第i个模块在第个采样时刻，模幅值实部平均状态量的扰动量；代表第i个模块在第个采样时刻，模幅值虚部平均状态量的扰动量。

26、第二方面，本技术提供磁耦合谐振式多装置无线电能传输系统的建模装置，包括：

27、获取模块，用于获取多装置无线电能传输系统的电路模型；所述多装置无线电能传输系统包括多个发射模块和多个接收模块，所述发射模块和所述接收模块中均包含谐振回路，且任意两个所述发射模块之间、任意两个所述接收模块之间以及所述发射模块与所述接收模块之间均通过互感实现磁耦合；

28、耦合模方程建立模块，用于基于所述电路模型确定所述多装置无线电能传输系统的耦合模方程；

29、方程分解模块，用于将所述耦合模方程中的模幅值分解为实部与虚部，并将分解后的实部与虚部代入所述耦合模方程，分离所述耦合模方程的实部与虚部，得到实值耦合模方程；

30、离散处理模块，用于基于离散时间状态平均法对所述实值耦合模方程进行处理，得到所述多装置无线电能传输系统的离散时间状态平均模型。

31、第三方面，本技术提供一种电子设备，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；

32、所述存储器存储计算机执行指令；

33、所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现如第一方面任一项所述的方法。

34、第四方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如第一方面任一项所述的方法。

35、第五方面，本技术实施例提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述的方法。

36、本技术提供的磁耦合谐振式多装置无线电能传输系统的建模方法、装置及设备，该方法，通过构建包含多发射模块与多接收模块且任意模块间均存在互感磁耦合的电路模型并推导对应耦合模方程，保留了多装置集群系统的全耦合拓扑关系，避免了对耦合关系固定化简导致的精度偏差，准确表征互感动态变化对传能过程的影响；通过将耦合模方程中的模幅值分解为实部与虚部并分离得到实值耦合模方程，消除了复数求解的运算开销，有效降低了建模与求解的计算复杂度，提升了系统实时分析能力；进一步通过离散时间状态平均法对实值耦合模方程进行处理得到离散时间状态平均模型，可精准刻画系统的暂态响应特性，能够有效支撑多装置无线电能传输集群系统的动态负载调整、稳定性分析与故障诊断工作，兼顾了建模计算效率与动态特性、扰动响应的描述精度，适配配用电系统中多类监测装置、传感器及巡检设备集群化无线供电的应用需求。