近年来，建筑电气节能的研究设计成为热点课题[1-3]。陈冲等[4]采用层次分析法确定建筑电气节能的指标集，建立灰色关联模型，确定节能的最佳方案。吴丽珍等[5]采用LLCL并网逆变器谐振的新方法。本文建立谐振拓扑模型，提出整流电路和逆变电路的设计方案，降低无功功率对电网的影响。在系统的仿真设计方面建立谐振拓扑模型，设计无线电能传输系统的传输线圈。1谐振补偿Z1=R1+jωL1 （1）Z2=R2+jωL2+1jωC2+R2 （2）式中：L1、L2——线圈电感；C1、C2——补偿电容；I1、I2——线圈电流；Z1、Z1——等效阻抗。线圈发生互感后得到接收和发射线圈的电流：I˙2=-jωMU˙Z1Z2+ωM2 （3）I˙1=U˙Z1+(ωM)2Z2 （4）结合基尔霍夫定律，代入式（1）和（2）中得到无线传输中的输入功率、输出功率及传输效率：Pin=UI1=U2Z2Z1Z2+ωM2 （5）Pout=I22RL=(ωM)2U2RLZ1Z2+ωM22 （6）η=PoutPin=ωM2RLZ1Z2+ωM2Z2×100% （7）将发生谐振后线圈中电感的感抗与电容的容抗相互抵消，可得：Z1=R1 （8）Z2=R2+RL （9）ω=1C1L1=1C2L2 （10）谐振后的输出功率及传输效率：η=ωM2U2RLR1(R2+RL)+ωM2(R2+RL)×100% （11）Pout=ωM2U2RLR1(R2+RL)+ωM22 （12）进一步计算得到反映阻抗：ReZr=(R2+RL)ω4M2C22ω2L2C2-12+(R2+RL)2ω2C22 （13）ImZr=-jω3C2M2(ω2C2L2-1)(ω2C2L2-1)2+(RL+R2)2ω2C22 （14）电路中的电阻远小于阻抗，可以忽略不计。等效电路如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.025.F001图1等效电路谐振状态下系统初级侧的电流以及负载消耗的功率分别为：I1=UZr=U(RL+R2)(ωM)2 （15）PL=ωMI12Zr=U2R2+R1ωM2 （16）通过以上公式得出的参数可以设计出谐振补偿网络。为了实现整个系统的稳定运行，需要设计补偿拓扑实现补偿系统的无功分量。2线圈的设计无线电能传输系统线圈的结构会受传输距离、线圈自身大小、线圈成本、应用场合等影响[6]。M=ϕIf=∬BdSIf （17）在线圈面积固定和电流相同的条件下，互感值的大小主要由传输线圈间的磁感应强度B决定[7]。因此，采用等效电路对系统整体进行分析，采用电感、电阻、电容表征各部分之间的耦合性。影响互感值的要素较多，如果要精确分析，可通过PEEC法原理分析互感，将传输线圈分割成若干个小回路，使所分割的每个回路电流相等，再将每一部分回路的电感求和计算，可得到最终传输线圈的总互感。3仿真与分析3.1线圈传输效率分析由于MCRWPT传输线圈具有松耦合特性，一般情况下，传输线圈的耦合系数k0.5，为了使电路传输功率达到最大，常用的方法是通过使用补偿拓扑网络补偿线圈的自感，以实现系统正常运行在谐振状态。电能传输过程中，线圈与线圈之间会自动存储一些较大的磁场能量。接收端的感应电压为：U12=I2(R2+RL)=ωkL1L2I1 （18）式中：R2——接收线圈的内阻；RL——负载端的电阻等效值。定义原边与副边的线圈品质因数分别为Q1=ωL1/R1,Q2=ωL2/R2，原边到副边线圈的传输效率：η=I2R2I1R1+I2R2+I2RL=RL(R2+R1)2k2Q1Q2R2+(R2+RL) （19）为简化等式便于计算，令n=RL/R2，则：η(n)=1n+1/n+2k2Q1Q2+1/n+1 （20）要求传输效率取到最值的条件是：∂ηn∂n=0 , ∂2ηn∂2n=0 （21）通过以上推导计算了传输效率的全过程，但推导中并未明确补偿具体结构，因此得到的结果具有普适性，适合任意的谐振补偿结构，为准确预测系统的最大传输效率提供了一定参考。仿真实验目的为了对逆变、谐振线圈、整流电路进行分析验证，通过检测耐压电压的波形选取补偿电容。本次仿真设计由全桥逆变电路、线圈和整流稳压电路等组成，频率为50.3 kHz，死区时间为1 μs。逆变电路部分由驱动电路控制，整流部分由二极管控制。将测出稳压后的电压与理论电压进行对比，结果验证了本次实验的可进行性和准确性。仿真电路如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.025.F002图2仿真电路3.2谐振线圈仿真分析初级线圈如图3所示，次级线圈如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.025.F003图3初级线圈10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.025.F004图4次级线圈3.3整流电路仿真分析电压已达到所需的12 V电压要求，完全符合实验设计的要求。电流非常低，达到实验所要求的电流。整流电压如图5所示，整流电流如图6所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.025.F005图5整流电压10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.025.F006图6整流电流4结语通过对谐振式无线输电系统进行仿真分析，得到系统整体性能受耦合线圈参数值的影响，需要调整品质因数与耦合系数的值，提高系统整体性能。通过建立谐振拓扑模型，提出对整流电路和逆变电路的设计方案，并对线圈传输效率进行分析。分析线圈偏移得到线圈的位置对系统稳定性具有一定的影响，仿真验证了实验电路的可靠性和可行性。