基于改进型LCL-S的电网巡检机器人无线充电系统仿真研究

摘要

在电力传输中，变电站具有重要的作用，其沟通了输电和发电环节，它的正常工作是保证电力供应的基础。随着人工智能的发展，变电站巡检机器人将会承担变电站巡检的大部分工作，对变电站中的诸多电力设备及电力线路进行检测。在电网中运用巡检机器人可以提升设备的巡检质量，减少人工成本，此外自动化操作适合在复杂的环境下工作，这就避免了因环境或天气等问题而致使的人工操作的不便，还有利于变电站无人值守的实现。随着巡检机器人各项技术的快速发展以及性能的不断提升，巡检机器人以其高可靠性、高适应性等特性不断拓展在变电站的应用空间。无线充电是通过磁场耦合实现的，电气上没有直接连接，且具有智能化控制、自主充电、灵活安全和无摩擦磨损等优点。同时，巡检机器人传统的充电模式在实践中存在较多的问题，本文拟基于无线电能传输技术给出一套巡检机器人的无线充电方案，可为变电站巡检机器人的充电提供新的选择。 本文首先论述了机器人自主充电技术以及改进型LCL-S型ICPT系统以及无线充电系统需求分析的国内外现状，说明本文的研究意义和研究目的。然后分析了LCL-S型ICPT系统的基本结构，并对LCL-S型ICPT系统谐振补偿技术进行了改进和优化，使用了基于改进型LCL-S电路的双线圈ICPT系统，通过叠加双线圈感应生成的磁场，实现大功率输出，以此来提高巡检机器人的工作效率。此外，还具体分析了巡检机器人无线充电模式以及对接方式，选择RFID和红外对接方式相结合的对接方式实现巡检机器人和充电桩的精确对接。本文采用锂电池进行无线充电，应用Simulink构建系统搭建仿真模型，并对电路中各个模块进行了仿真，仿真结果表明电网巡检机器人无线充电系统性能较为稳定，工作性能较好。最后基于以上理论分析，在巡检机器人无线充电系统电路设计中完成了电能发射模块、电能接受模块以及系统保护模块等硬件设计。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 研究意义

1.4 研究内容

1.5 论文组织结构

第2章电网巡检机器人无线充电系统分析

2.1 巡检机器人无线充电模式以及对接方式

（1）现有无线充电对接方式

（2）无线充电模式以及对接方式确定

2.2 巡检机器人自主充电方法

2.2.1 无线充电定位

2.2.2 无线充电对接策略

2.3 巡检机器人锂电池充电方式及管理

2.3.1 锂电池充电方式

2.3.2 锂电池充电管理

2.4 巡检机器人无线充电系统需求分析

2.4.1 充电系统需求分析

2.4.2 充电模式

2.4.3 可行性分析

2.5 本章小结

第3章改进型LCL-S ICPT系统的建模及仿真分析

3.1 ICPT系统基本结构

3.2 LCL-S型补偿结构及传输特性分析

3.3 LCL-S型ICPT系统模型建立

3.4 改进型 LCL-S型ICPT系统

3.5 系统仿真分析及验证

3.5.1 电能传输分析

3.5.2 对接分析

3.6 本章小结

第4章 巡检机器人无线充电系统电路设计

4.1 无线充电系统电路结构

4.2 电能发射模块设计

4.2.1 高频逆变电路设计

4.2.2 控制模块电路设计

4.2.3 电源电路设计

4.3 电能接收模块设计

4.3.1 整流电路设计

4.3.2 调节电路设计

4.4 系统保护模块设计

4.4.1 空载保护电路设计

4.4.2 过温保护电路设计

4.4.3 过流保护电路设计

4.5 本章小结

第5章 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢