高速移动环境下列车实时受流非接触式牵引供电系统关键技术研究

The train power supply system can reduce maintenance costs and improve safety by using inductive coupled power transmission technology. Contactless traction power supply system is the new traction power supply technology focus on the development direction. There are three key problems: segmented power supply, high-power dynamic coupling resonant circuit compensation and control, dynamic modeling and control of the electromagnetic hybrid system need to be solved by the contactless power supply technology. Aiming at the key problem, firstly, an improved particle swarm optimization algorithm is used to optimize the coupling structure parameters of segmented power supply. By using a new variable - structure high - frequency inverter, a control strategy of power supply coil sliding mode switching is proposed by combining with the recursive least squares support vector machine inverse system linearization and integral sliding mode control method. Secondly, on the basis of the analysis and parameter optimization of the improved resonant compensation circuit, a dynamic modeling method based on resonant coupling mode is presented by changing the variable description of system coupling resonance. The robust H∞ guaranteed performance control strategy is studied and verified experimentally to achieve effective suppression of various disturbance factors and parameter uncertainties in the system. The results of these studies provide new ideas and new approaches to the improvement of traditional power supply methods for rail transit.

利用感应耦合电能传输技术为列车供电能够降低维护成本，提高安全性，是未来新型牵引供电技术的重点发展方向。列车高速移动环境下分段供电、大功率动态耦合谐振电路补偿与控制、电磁混杂综合系统动态建模与控制问题是非接触供电需要解决的关键问题。针对关键问题：首先，采用改进粒子群智能优化算法对分段供电耦合结构参数进行优化，利用一种新型变拓扑结构大功率高频逆变器，将递归最小二乘支持向量机逆系统线性化与积分滑模控制方法相结合，提出一种供电线圈滑模切换控制策略。其次，在对改进型谐振补偿电路进行分析与参数优化的基础上，通过改变系统耦合谐振描述变量给出一种基于谐振耦合模式的动态建模方法。研究系统鲁棒H∞保性能综合控制策略并进行实验验证，实现对系统中多种扰动因素和参数不确定性的有效抑制。通过对移动非接触牵引供电系统的深入研究，解决关键技术难题并取得创新性成果，为轨道交通领域传统供电方式的改进提供新思路和新方法。

利用感应耦合电能传输技术为列车供电能够降低维护成本，提高安全性，是未来新型牵引供电技术的重点发展方向。列车高速移动环境下分段供电、大功率动态耦合谐振电路补偿与控制、电磁混杂综合系统动态建模与控制问题是非接触供电需要解决的关键问题。针对以上关键问题，本项目首先对高速移动环境ICPT分段式供电方法进行研究，设计了具有容错开关的可变补偿拓扑移动式ICPT分段供电系统总体结构，给出了双线圈副边主动探测负载位置检测法和多频点式负载位置检测法，通过将改进的指数趋近律和变速趋近律进行组合，给出了一种在滑模运动前期采用改进指数趋近律，在滑模运动后期采用变速趋近律的改进组合趋近律滑模切换控制方法，解决了线圈切换引起的系统拾取电压的波动等问题；其次对移动ICPT系统双向谐振补偿技术进行了研究，利用阻抗分析法建立谐振系统的数学模型，采用优化算法对谐振参数进行优化以提高移动式ICPT系统的电能传输能力；利用灰色关联度分析方法建立移动式ICPT系统综合指标评价体系，全面评估系统各参数在系统运行时对其的影响，选择对移动式ICPT系统运行影响大的参数进行优化，从而提高移动式ICPT系统的工作效率及稳定性；第三，开展了移动式ICPT系统的建模与控制研究，建立了双拾取ICPT系统的不确定模型，设计了一种基于D-LCL补偿的双拾取ICPT系统的鲁棒H∞保性能控制器，使得闭环系统在参数摄动和外部扰动下拥有较好的鲁棒稳定性和鲁棒性能；最后搭建了移动ICPT系统实验平台，验证了本项目所提出的供电线圈参数设计、双向LCL谐振补偿电路的参数、移动ICPT系统建模分析以及鲁棒控制策略的有效性。研究所取得的成果对无线电能传输的工程应用以及轨道交通的无线供电提供了理论支撑。