一种多中继WPT系统参数测试方法及装置

本发明涉及无线电能传输，特别是一种多中继wpt系统参数测试方法及装置。

背景技术：

1、无线供电系统利用高频电磁场近场耦合原理，以高频磁场作为传输介质，通过发射线圈和接收线圈间的磁场耦合实现电能的无线传输。常见的两线圈无线供电系统主要由两个部分组成，一部分是连接在电源一侧的发射端，另一部分是位于负载侧的接收端，能量通过电磁感应的方式由发射端传输到接收端。无线供电系统具有电气与机械隔离的特点，可以用于高压、无尘等严苛的工作环境。

2、为了提高无线供电系统的传输距离，同时保持线圈之间的电气隔离，可在发射与接收线圈之间插入多个中继线圈，从而形成多中继无线供电系统。能量主要从第一个发射线圈，逐渐通过中继线圈，传递至接收线圈和负载。这种多中继无线供电方式可用于高压场景，如在电力输电线路杆塔上对监测设备进行供电等。

3、然而，由于多中继无线供电系统存在多个交叉耦合的线圈、传输距离远，随着线圈数量的增加，对多中继无线供电线圈自感和互感的测量变得越来越复杂且耗时长；此外，现有的测量方法需要把各级线圈环路断开，而当线圈进行外壳封装固定后，更加难以对实际的线圈参数进行测量。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种多中继wpt系统参数测试方法及装置。用于解决现有技术中多中继wpt系统线圈参数测量过程复杂、耗时长且需要将各级线圈环路断开的问题。

2、一种多中继wpt系统参数测试方法，具体步骤为：

3、s1：初始化多中继wpt系统的参数，构建待预估参数数组p和参数偏差数组a，并以待预估参数数组p和参数偏差数组a构建二维矩阵q；

4、s2：以工作频率f为变量，测量在每个工作频率fk下，多中继wpt系统的输入相角θin_k，以及负载组件的直流电压vout_k，获得输入相角数组θ和输出电压数组v；

5、s3：通过输入相角数组θ和输出电压数组v对二维矩阵q中的元素迭代更新，通过更新后二维矩阵q中的元素对多中继wpt系统的参数进行估算。

6、作为优选，步骤s1中初始化多中继wpt系统的参数，并构建待预估参数数组p和参数偏差数组a的具体步骤为：

7、s1.1:设置多中继wpt系统的初始工作频率为f0，无线能量传输方向上q个线圈中第i个线圈自感的初始估计值为li0，第i个线圈补偿电容的初始估计值为ci0，线圈之间互感的初始估计值为mij0，交流负载电阻为rleq，i,j＝1,…,q,i≠j；构成初始化参数数组：

8、p0＝[l10,c10,l20,c20,…lq0,cq0,m120,m130,…m1q0,…mq-1q0]

9、则待预估参数的数组p为：

10、p＝[l1,c1,l2,c2,…lq,cq,m12,m13,…m1q,…mq-1q]

11、s1.2:设置参数偏差数组a：

12、a＝[a1,a2,a3,…,al]

13、ai表示了对待估计参数初始值的一个偏差，共存在l种偏差情况。

14、作为优选，步骤s1中构建的二维矩阵q有m行、n列，列数n等于数组p的元素个数，行数m等于数组a的元素个数；

15、二维矩阵q中的每个元素代表第n个参数对应参数偏差为m时的价值，价值越高，表示该参数越可能存在这样的偏差，初始时刻，二维矩阵q的所有元素均设置为0。

16、作为优选，步骤s2中测量输入相角数组θ和输出电压数组v的具体方法为：

17、设置多中继wpt系统工作运行的频率范围[fl,fh]，电源组件的工作频率从fl开始，以步长δf，逐渐增加至fh；

18、在每一个工作频率fk下，测量多中继wpt系统的输入相角θin_k以及负载组件上的直流电压vout_k；当完成一次频率变化过程后，所有测量结果形成一个输入相角数组θ和一个输出电压数组v。

19、作为优选，步骤s3中对参数进行预估的具体步骤为：

20、s3.1：设迭代次数为w，每一次迭代中步数为s，初始时刻w＝1，s＝1；

21、s3.2：在第k次迭代的第n步中，通过二维矩阵q中第n列的元素对多中继wpt系统的第n个参数进行迭代更新，并根据更新后的参数，计算在频率fk下的系统输入相角估计数组和输出电压估计数组

22、s3.3：通过输入相角数组θ和输出电压数组v以及输入相角估计数组和输出电压估计数组对第n个参数对应的q元素值进行计算和更新；

23、s3.4：令n＝n+1，重复步骤s3.2-s3.3，对第n+1个参数及其对应的q元素值进行计算和更新；

24、s3.5：令k＝k+1，若k+1>imax，则从二维矩阵q第n列中选择最大元素对应的偏差值对第n个参数进行更新，并作为第n个参数最终的参数估算值，反之，则返回步骤s3.2，其中：imax为最大迭代次数。

25、作为优选，步骤s3.2中计算在频率fk下的系统输入相角估计数组和输出电压估计数组的具体步骤为：

26、s3.2.1：在第k次迭代的第n步中，对第n个参数进行更新：

27、p(n)＝p0(n)·(1+ak,n)

28、

29、式中，ak,n为对参数p(n)的偏差更新方式，ε为一个随机产生的数，ε的值在[0,1]之间，ε0为一个阈值，当ε大于或等于ε0时，从二维矩阵q的第n列中，选择元素值最大的行在a中对应的偏差ai对p中的第n个参数进行更新，否则，当ε小于ε0时，从a中任意选择一个偏差as对p中的第n个参数进行更新；

30、s3.2.2：在p中的第n个参数p(n)得到更新后，并根据更新后的参数，计算在频率fk下的系统输入相角估计数组和输出电压估计数组

31、作为优选，步骤s3.2中对第n个参数对应的q元素值进行计算和更新的具体步骤为：

32、s3.3.1：设用于测量和计算的频率点数量为nf，计算系统输入相角估计值与测量输入相角、系统输出电压估计值与测量输出电压之间的平方误差h：

33、

34、s3.3.2：计算第k次迭代，第n步参数估计更新后的收益rk,n为：

35、

36、s3.3.3：按照以下公式对二维矩阵q中，对应第n列，偏差ak,n的元素进行更新：

37、

38、式中，α为学习速率，γ为折扣率，下标k表示第k次迭代前的数值，k+1表示第k次迭代后的数值。

39、一种多中继wpt系统参数测试系统，用于实现上述的多中继wpt系统参数测试方法，包括电源组件、负载组件、测量台架和上位机；

40、待测试的多中继wpt系统设置在测量台架上，所述电源组件的输出端与多中继wpt系的输入端连接，所述负载组件的输入端与多中继wpt系统的输出端连接；

41、所述电源组件包括用于测量并记录数据的第一测量记录装置，所述负载组件包括用于测量并记录数据的第二测量记录装置，所述第一测量记录装置与第二测量记录装置均与上位机数据互通。

42、作为优选，所述电源组件还包括pfc直流电源、dc-dc变换器和高频逆变器；

43、所述pfc直流电源的输入为v工频交流市电，其输出为一个固定的直流电压作为dc-dc变换器的输入；dc-dc变换器的输出连接至高频逆变器的输入；高频逆变器的输出为整个输入电源组件的输出接口，用于连接多中继wpt系统的输入端；第一测量记录装置与高频逆变器的直流输入端和交流输出端相连。

44、所述负载组件还包括高频整流器和可调电子负载；

45、高频整流器的输入端为整个输出负载组件的输入接口；高频整流器的输出端与可调电子负载的输入端相连；第二测量记录装置与可调电子负载的输入端相连。

46、作为优选，所述上位机包括参数估计模块、人机交互模块和电路控制模块；

47、所述参数估计模块的输入端与输入电源组件、负载组件中的第一测量记录装置、第二测量记录装置输出端相连；

48、参数估计模块的输出端与人机交互模块的输入端相连；人机相互模块的输出端、参数估计模块的输出端与电路控制模块的输入端相连；

49、电路控制模块的输出端与输入电源组件的dc-dc变换器、高频逆变器、第一测量记录装置以及负载组件的可调电子负载、第二测量记录装置相连。

50、由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

51、本技术提供的多中继wpt系统参数测试方法通过待预估参数数组p和参数偏差数组a构建二维矩阵q，并通过输入相角和输出电压对二维矩阵q进行迭代更新，并通过更新后的二维矩阵q对参数进行预估计算，在整个参数估算过程中无需将各级线圈环路断开且耗时较短，参数估算精度高。

52、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。