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原文传递 EV-DWPT系统磁耦合机构与综合评价方法及系统优化技术

论文题名：	EV-DWPT系统磁耦合机构与综合评价方法及系统优化技术
关键词：	电动汽车;无线供电;磁耦合机构;多目标优化;动态能量传输
摘要：	电动汽车动态无线供电（Electric Vehicle Dynamic Wireless PowerTransfer,EV-DWPT）技术是电动汽车无线充/供电技术的一个重要分支。论文围绕EV-DWPT系统几个关键技术问题，如导轨系统模式与驱动系统、磁耦合机构综合指标体系与评判方法、系统多目标优化技术等展开研究。　　磁耦合机构是决定EV-DWPT系统能效水平以及运行性能的关键环节。然而，针对不同的应用需求、使用环境、负载对象等，磁耦合机构会有不同的表现特性和性能评价目标。而这些表现特性和性能评价目标，往往又是由多个指标综合评判。就目前的研发现状来看，尚缺乏一套能够综合衡量磁耦合机构性能的系列指标，以及依据这些系列指标对磁耦合机构的合理性和优劣性进行科学判断。为此，论文提出并研究能够全面、综合评价磁耦合机构的指标体系，并研究综合评价磁耦合机构性能的综合评判方法。　　EV-DWPT系统属于电磁综合系统，其非线性因素和环节较多、构成因素复杂、系统参数之间的关联性较高、参数时变性和不确定性问题严重、影响系统特性的系统扰动因素较多等。一方面，这些给系统参数设计及优化带来很大难度，另一方面，系统参数设计也需综合考虑多个系统目标的优化问题，同时，还需满足稳定性、可实现性等方面的约束。为此，论文建立了一套集系统建模、参数设计、设计评价及参数优化于一体的系统理论设计方法体系。　　论文的主要工作与研究内容：　　①EV-DWPT系统导轨驱动电路研究　　通过对EV-DWPT系统应用需求分析，明确了适用性更好的大功率电能变换器和谐振补偿网络的电路拓扑，并以此为基础构建了系统电路架构。提出并研究了基于多桥臂逆变器的分布式短导轨激励方式，对多桥臂逆变器的电路拓扑模型及驱动进行了研究；围绕LCC-LCC型EV-DWPT系统稳态电气参数、系统损耗及效率和多软开关工作点等基础研究内容展开了研究，分析了基于多桥臂逆变器和LCC-LCC谐振补偿网络的分布式短导轨驱动模式EV-DWPT系统基本电气特性。　　②EV-DWPT系统磁耦合机构研究　　结合所提出的基于多桥臂逆变器的分布式短导轨激励方式，对导轨组群运行模式以及规划设计原则进行了分析。提出并研究了交错DD型导轨结构的磁耦合机构特性，采用有限元仿真软件，对D、DD和交错DD型导轨的三种不同磁耦合机构进行了磁路参数变化对比。建立了双导轨激励方式的EV-DWPT系统能效模型，对比分析了双导轨激励方式与单导轨激励方式对系统能效特性的影响，并分析了交错DD型导轨长度对系统的能效特性和关键电气参数的影响。建立了导轨长度与车速的数学模型，明确了双导轨激励方式下，系统关键电气参数与电气性能的数学关系。　　③磁耦合机构综合指标体系构建及综合评价方法研究　　从磁耦合机构实现无线传能原理及功能、能效、性能综合保障，结合使用领域主客观需求等方面，采用逻辑层次分析法，对EV-DWPT系统磁耦合机构的指标体系进行了研究，提出了能够综合反映磁耦合机构及整个系统的能效和性能需求的多层次指标体系，给出了各层指标的数学表达式。基于模糊综合评价方法建立了磁耦合机构的多级综合评价模型，对不同磁耦合机构进行了评价和对比。　　④EV-DWPT系统参数多目标优化问题　　基于双导轨激励方式EV-DWPT系统能效模型，并根据交错DD-DD磁耦合机构的功能特性及实际应用需求，构建了系统参数多目标优化的非线性规划模型。以系统平均效率和充电设施成本作为优化目标，并以传能稳定性、关键器件（开关器件、谐振电容、线圈绕线）电气应力、导轨最大可绕匝数以及电能变换装置对应铺设充电道路长度为约束条件，引入了第三代基于非支配排序遗传算法，进而实现了系统关键参数的多目标优化，保证了系统可靠性并实现了系统能效提升。　　本论文的创新性贡献在于：　　①针对EV-DWPT系统磁耦合机构涉及参量多且参量之间强关联性而导致难以对其进行有效准确评价的问题，提出包括能效评价指标集、携能特性评价指标集和空间特性评价指标集的三大评价指标综合体系，引入层次分析法和模糊综合评价方法，实现对磁耦合机构科学、量化的评价。　　②针对由于分段导轨工作状态切换引起EV-DWPT系统输出功率不稳定的问题，提出交错DD型导轨形式，在此基础上提出双导轨激励方式，提升磁耦合机构互感值在切换域内的稳定性，进而实现系统功率的平稳输出。　　③以EV-DWPT系统平均能效特性和系统充电设施成本作为优化目标，建立整体系统的参数多目标优化模型，给出双导轨激励方式下动态能量传输过程中系统平均能效的数学描述，基于多目标优化算法给出系统关键参数的优化方法。
作者：	向利娟
专业：	控制理论与控制工程
导师：	孙跃
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文