一种高压大功率电力电子器件的无线能量传输供能系统技术方案

本发明专利技术提供了一种高压大功率电力电子器件的无线能量传输供能系统，该系统包括依次连接的能量输入模块、能量输出模块、电源装换装置、分布式传输系统和断路器功率器件模块，其特征在于，所述能量输入模块和能量输出模块的连接方式为无线能量传输连接，分布式传输系统的能量传输包括：无分级隔离变压器方式和含分级隔离变压器方式。本发明专利技术提供的技术方案可以实现高低电位间的绝缘要求，无需导体连接，节省投资，灵活性强，可根据负载需求及实现难易度选择分布式传输系统为后级负载供能。

【技术实现步骤摘要】
一种高压大功率电力电子器件的无线能量传输供能系统
本专利技术属于电力系统，具体讲涉及一种高压大功率电力电子器件的无线能量传输供能系统。
技术介绍
高压大功率电力电子器件需要驱动电路才能正常工作，而驱动电路在获取能量的条件下，才能够保证可靠工作。在实际应用中，电力电子器件通过串联处于一个高压电位，其驱动电路与其直接电气连接，处于同一电位，如图1所示。上述设备均处于高电位，致使其不能直接与地面供电系统连接，只能在高电位取能或者通过电气隔离从地电位向其供能。在直流线路中，无交变电磁场，直接取能困难重重，因此需要通过电气隔离从地电位向高压大功率电力电子器件供能。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种高压大功率电力电子器件的无线能量传输供能系统。一种高压大功率电力电子器件的无线能量传输供能系统，所述系统包括依次连接的能量输入模块、能量输出模块、电源装换装置、分布式传输系统和断路器功率器件模块，其特征在于，所述能量输入模块和能量输出模块的连接方式为无线能量传输连接，分布式传输系统的能量传输包括：无分级隔离变压器方式和含分级隔离变压器方式。进一步的，所述无线能量传输包括：电磁耦合无线传输、电磁共振无线传输和光电耦合无线传输。进一步的，所述电磁耦合无线传输系统包括：原边依次连接的工频电源、整流滤波电路、高频逆变电路和原边补偿电路，副边依次连接的副边补偿电路、整流滤波电路和电源转换装置。进一步的，所述电磁耦合无线传输系统的运行方法包括：所述工频电源经整流滤波电路变成直流电，所述直流电经高频逆变电路变成交流电，所述交流电加载到原边补偿电路，原边绕组通过空间磁场的感应耦合将电能传输给副边补偿绕组，所述电能经过副边补偿电路和整流滤波电路传输至电源转换装置。进一步的，所述空间磁场是空气磁路，所述空间磁场是可移动的。进一步的，所述电磁共振无线传输系统包括：低电位依次连接的工频电源、整流电路、高频逆变电路和发射线圈，所述发射线圈与传感器连接，所述传感器与控制器连接，所述控制器与高频逆变电路连接；高电位依次连接的接收线圈、高频整流电路和电源转换装置。进一步的，所述电磁共振无线传输系统的运行方法包括：所述工频电源通过整流电路得到稳定的直流电，所述直流电经过高频逆变电路变成交流电，所述交流电加载到发射线圈上，经过谐振式强磁耦合传输到接收线圈，所述接收线圈上的电能经过高频整流电路传输至电源转换装置。进一步的，所述光电耦合无线传输系统包括：低电位依次连接的工频电源、光电转换装置和发射装置，高电位依次连接的接收装置、整流滤波电路和电源转换装置。进一步的，所述光电耦合无线传输系统的运行方法包括：所述工频电源通过光电转换装置将电能转化为光能，所述光能通过发射装置将能量传递到高电位的接收装置，所述能量经过整流滤波电路传输至电源转换装置。进一步的，所述光能包括：无线电波、微波或激光。进一步的，所述无分级隔离变压器方式包括：电源转换装置输出经过一条高压电缆和分布式磁环向高压大功率电力电子器件m*n级的后级负载供能。进一步的，所述含分级隔离变压器方式包括：电源转换装置输出通过分级式隔离变压器、n条高压电缆和分布式磁环向高压大功率电力电子器件m*n级的后级负载供能。与最接近的现有技术比，本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：1、本专利技术提供的技术方案中无线能量传输供能技术通过低电位与高电位间的空气隔离可以实现高低电位间的绝缘要求。2、本专利技术提供的技术方案中无线能量传输供能技术实现能量由低电位到高电位的无线传输，无需导体连接，节省投资。3、本专利技术提供的技术方案中无线能量传输供能技术可根据负载需求确定电源转换装置的输出频率，灵活性强。4、本专利技术提供的技术方案中无线能量传输供能技术可根据负载需求及实现难易度选择分布式传输系统为后级负载供能。附图说明图1为电力电子器件在实际应用中的系统组成示意图；图2为本专利技术系统流程图；图3为电磁耦合式无限能量传输系统原理框图；图4为电磁共振式无线传输系统原理框图；图5为光电耦合式无线传输系统工作示意图；图6为无分级隔离变压器方式示意图；图7为含分级隔离变压器方式示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术主要介绍一种用于高压大功率电力电子器件的无线能量传输供能技术。该技术拓扑结构如图2所示，拓扑结构中主要包括无线能量传输、电源转换装置、分布式能量传输装置等。本专利所提及的无线能量传输技术包含以下三种方式：电磁耦合、电磁共振和光电耦合。1、电磁耦合电磁耦合式无限能量传输技术的基本原理是电磁感应，以可以分离变压器或松耦合变压器为磁路结构进行电能无线传输。工频电源经整流滤波变成直流电压，再经过高频逆变电路变成交流电加载到补偿后的原边绕组，原边绕组通过空间磁场的感应耦合能将能量传输给副边绕组，再经过副边补偿和整流滤波传递至电源转换装置，如图3所示。电磁耦合式无限能量传输系统的原边绕组与副边绕组之间有较大的空气磁路，是可移动的，而传统变压器磁路属于紧耦合，需要直接的物理链接，两端绕组不能移动。因空气的磁阻远大于变压器的磁芯磁阻，磁路的磁动势降主要分布于空气磁路。2、电磁共振电磁共振式无限能量传输系统采用分别位于高低电位的发射线圈和接收线圈，组成谐振系统，两侧装置自谐振频率相同，在高低电位间形成强耦合，实现能量传输，如图4所示。系统的工作流程：工频电源首先通过整流模块进行整流，得到稳定的直流电。直流电经过高频逆变，加到发射线圈之上，经过谐振式强磁耦合传输到接收线圈。接收线圈上的电能再经过高频整流传输至电源转换装置。系统在工作的时候通过检测发射线圈上的电流信号，来判断系统的工作状态，一次来调整逆变电路的控制信号，以达到稳定系统输出的目的。3、光电耦合光电耦合式无线传输系统以无线电波、微波或者激光的形式，通过发送和接收装置，实现远程能量传输。系统的工作流程为在低电位通过光电转换装置将电能转化为光能(无线电波、微波或者激光)，通过发射装置将能量传递到高电位的接收装置，经过整流滤波电路传递至电源转换装置，如图5所示。能量传输至高电位，通过电源转换装置将能量转换为工频或几十kHz甚至MHz的交流电能传输给分布式传输系统。分布式传输系统可采用以下两种方式实现能量传输：无分级隔离变压器方式和含分级隔离变压器方式：1、无分级隔离变压器方式：电源装换装置输出直接经过一条高压电缆和分布式磁环向高压大功率电力电子器件n层m级共m*n级后级负载供能，如图6所示；2、含分级隔离变压器方式：电源装置输出通过分级式隔离变压器、n条高压电缆和分布式磁环向高压大功率电力电子器件n层m级共m*n级后级负载供能，如图7所示。最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本专利技术进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本专利技术的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本专利技术精神和范围的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压大功率电力电子器件的无线能量传输供能系统，所述系统包括依次连接的能量输入模块、能量输出模块、电源装换装置、分布式传输系统和断路器功率器件模块，其特征在于，所述能量输入模块和能量输出模块的连接方式为无线能量传输连接，分布式传输系统的能量传输包括：无分级隔离变压器方式和含分级隔离变压器方式。

【技术特征摘要】
1.一种高压大功率电力电子器件的无线能量传输供能系统，所述系统包括依次连接的能量输入模块、能量输出模块、电源装换装置、分布式传输系统和断路器功率器件模块，其特征在于，所述能量输入模块和能量输出模块的连接方式为无线能量传输连接，分布式传输系统的能量传输包括：无分级隔离变压器方式和含分级隔离变压器方式。2.如权利要求1所述的一种高压大功率电力电子器件的无线能量传输供能系统，其特征在于，所述无线能量传输包括：电磁耦合无线传输、电磁共振无线传输和光电耦合无线传输。3.如权利要求2所述的一种高压大功率电力电子器件的无线能量传输供能系统，其特征在于，所述电磁耦合无线传输系统包括：原边依次连接的工频电源、整流滤波电路、高频逆变电路和原边补偿电路，副边依次连接的副边补偿电路、整流滤波电路和电源转换装置。4.如权利要求3所述的一种高压大功率电力电子器件的无线能量传输供能系统，其特征在于，所述电磁耦合无线传输系统的运行方法包括：所述工频电源经整流滤波电路变成直流电，所述直流电经高频逆变电路变成交流电，所述交流电加载到原边补偿电路，原边绕组通过空间磁场的感应耦合将电能传输给副边补偿绕组，所述电能经过副边补偿电路和整流滤波电路传输至电源转换装置。5.如权利要求4所述的一种高压大功率电力电子器件的无线能量传输供能系统，其特征在于，所述空间磁场是空气磁路，所述空间磁场是可移动的。6.如权利要求2所述的一种高压大功率电力电子器件的无线能量传输供能系统，其特征在于，所述电磁共振无线传输系统包括：低电位依次连接的工频电源、整流电路、高频逆变电路和发射线圈，所述发射线圈与传感器连接，所述传感器与控制器连接，所述控制器与高频逆变电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵岩，刘远，李婷婷，张升，王成昊，孙泽来，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，国家电网公司，国网福建省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11