一种高压输电线路用电设备无线供电系统技术方案

本发明专利技术提供一种高压输电线路用电设备无线供电系统，所述无线供电系统包括：取能电流互感器CT，用于从高压侧获取电能；发射端电能变换装置用于将获取的电能转换为单一频率高频交流电；电能发射线圈，接收所述单一频率高频交流电，并通过共振磁耦合将电能传送至电能接收线圈；电能接收线圈，将接收到的交流电能送至接收端电能变换装置；接收端电能变换装置，接收的交流电能变换为直流电能，输出到直流侧为高压线路用电设备供电；所述接收端电能变换装置包括整流模块、储能模块、过压保护模块、DC/DC稳压模块和电源管理模块；所述储能模块包括超级电容和锂电池。本发明专利技术中超级电容的使用，使得能量密度大，转换效率高，在任何环境下都能可靠供电。

A wireless power supply system for high-voltage transmission lines

The present invention provides a wireless power supply system for electric equipment for high voltage transmission lines. The wireless power supply system includes: an energy acquisition current transformer CT for obtaining electrical energy from the high voltage side; the emitter end power conversion device is used to convert the acquired electric energy into a single frequency high frequency alternating current; an electric energy emitting coil receives the single frequency. High frequency alternating current (HF), and transmission of electric energy to electric energy receiving coil through resonance magnetic coupling; electric energy receiving coil to send the received alternating current to the receiver electric energy conversion device; the receiving end electric energy conversion device, the received alternating current energy is converted into DC power, and the output to the DC side is supplied to the high voltage line electric equipment; The receiving terminal electric energy conversion device includes the rectifier module, the energy storage module, the overvoltage protection module, the DC/DC voltage stabilizing module and the power management module, and the energy storage module includes the super capacitor and the lithium battery. In the invention, the use of super capacitors makes energy density and conversion efficiency high, and can reliably supply power in any environment.

【技术实现步骤摘要】
一种高压输电线路用电设备无线供电系统
本专利技术涉及一种供电系统，具体涉及一种高压输电线路用电设备无线供电系统。
技术介绍
无线供电是指通过非物理接触的电能传输方式，是继无线通讯、无线网络之后的第三次无线革命，是一项具有基础应用性意义的前沿科技，其跨产品应用范围广，有望推动全国乃至世界通信、电子、物联网、新能源等产业的突破和创新。实现无线输电的方法大致有两种，一种是两个线圈的电磁感应方法，另一种是将电能以激光或者微波的形式，发射到远端的接收天线，然后通过整流、调制等处理后，作用于负载。目前广泛应用的无线供电主要有以下4种方式：电磁耦合、光电耦合、电磁共振、微波方式。长期以来，利用磁耦合原理实现电能传输只是在传统变压器和感应电机当中得到了运用，近年来，无线供电受到了热捧，给移动设备进行无线供电技术(WirelessPowerTechnology)，简称WPT，成为人们越来越关心的课题，无线供电技术(WPT)是一种新型的电能传输技术，其具备两大优点：一是让电器与电源完全隔离，使电器的灵活性、美观性、安全性、密封性的完美展现；二是WPT可以通过非导体来传播电能，如水、空气、土壤、玻璃等，因此可以实现隔物供电。高压输电线路用电设备所处环境复杂，其供能问题是制约高压输电线路在线监测发展的瓶颈之一。相对于传统的锂电池供能、太阳能供能、分压电容取能、激光供能等方式，电流互感器CT取能具有适用电压范围广，绝缘封装简单、体积小、成本低等优点。但现有的电流互感器取能电源存在效率低、铁芯易饱和、输出电压不稳定、存在供电死区等缺陷。为克服上述缺陷本专利技术提供一种用于高压输电线路用电设备的无线供电系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种新型的高压输电线路用电设备无线供电系统，利用高压线路CT取能与超级电容、锂电池相结合的方法，基于共振磁耦合无线传能理论，建立一套新型高压输电线路用电设备无线供电系统。本专利技术提供的一种用于高压输电线路用电设备的无线供电系统，包括取能电流互感器CT，用于从高压侧获取电能；发射端电能变换装置用于将获取的电能转换为单一频率高频交流电；电能发射线圈，接收所述单一频率高频交流电，并通过共振磁耦合将电能传送至电能接收线圈；电能接收线圈，将接收到的交流电能送至接收端电能变换装置；接收端电能变换装置，将接收的交流电能变换为直流电能，输出到直流侧为高压线路用电设备供电；所述取能电流互感器CT的铁芯开有V型气隙。所述发射端电能变换装置包括依次连接的整流模块、滤波模块、调压模块和大功率高频模块。所述发射端电能变换装置将获取的电能经整流模块进行AC-DC-AC变换和分频、经滤波模块进行高通滤波和低通滤波，经调压模块和大功率高频模块进行推挽放大处理。所述发射端电能变换装置悬挂于高压输电线路上，通过线缆与电能发射线圈相连；所述接收端电能变换装置设于杆塔上，通过线缆与接收线圈相连。所述电能发射线圈位于绝缘子串与输电线路相连的一侧；所述电能接收线圈位于绝缘子串与杆塔相连的一侧。所述接收端电能变换装置包括整流模块、储能模块、DC/DC稳压模块和电源管理模块；所述整流模块、DC/DC稳压模块和电源管理模块依次连接，所述DC/DC稳压模块和电源管理模块分别与所述储能模块连接；所述储能模块包括超级电容和锂电池。所述超级电容包括：第一超级电容器和第二超级电容器，所述DC/DC稳压模块为所述第一超级电容器充电，第一超级电容器为第二超级电容器充电，第二超级电容器为负载供电。所述接收端电能变换装置进一步包括：过压保护模块，所述的过压保护模块的输入端与整流模块的输出端连接，过压保护模块的一路输出端与所述锂电池的充电端连接，另一路输出端与DC/DC稳压模块输入端连接。所述电源管理模块包括超级电容充电控制电路和锂电池充电控制电路；所述DC/DC稳压模块通过超级电容充电控制电路给第一超级电容充电，同时DC/DC稳压模块通过锂电池充电控制电路给锂电池充电，锂电池为负载供电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：本专利技术提供的技术方案利用共振磁耦合实现高压用电设备的无线供电，可保证高压侧和低压侧之间无直接的电气联系，实现电能从高压线路向用电设备的可靠高效地传送；本专利技术提供的技术方案能实现高压输电线路在线取电以给用电设备供电，超级电容的使用，使得能量密度大，转换效率高，在任何环境下都能可靠供电。此外，当高压输电线路用电设备有数据远传装置时，超级电容的瞬时大功率放电特性可很好地满足发送数据瞬间的大功率需求，而不会引起大幅压降；本专利技术的储能模块采用锂电池与超级电容结合的方式能给用电设备同时提供高比能量和高比功率，使得供电更加高效可靠；本专利技术的取能CT的铁芯采取开V型气隙，更能满足稳压模块最小输入电压的要求；同时在母线大电流阶段感压电压变化较缓慢，对后续电路冲击更小。附图说明图1是本专利技术一种用于高压输电线路用电设备的无线供电系统的整体功能示意图；图2是本专利技术一种用于高压输电线路用电设备的无线供电系统的接收端电能变换装置及其与用电设备连接示意图；图3是本专利技术一种用于高压输电线路用电设备的无线供电系统的电能发射线圈与接收线圈安装示意图；图4是本专利技术一种用于高压输电线路用电设备的无线供电系统的取能CT铁芯开口方式示意图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术一种高压输电线路用电设备无线供电系统做进一步详细的说明。本专利技术利用超级电容能够被多次快速充放电的性能特点，结合锂电池作为续能电源，设计了一套基于共振磁耦合无线电能传输理论的，取能效率高、防CT饱和性能好、无供电死区、具有瞬时大功率的新型高压输电线路无线供电系统。如图1所示，本专利技术一种高压输电线路用电设备无线供电系统，包括取能CT、发射端电能变换装置、发射线圈、接收线圈和接收端电能变换装置。其中，发送端电能变换转置包括冲击保护模块、整流模块、滤波模块、调压模块、大功率高频模块；接收端电能变换装置包括整流模块、过压保护模块、稳压模块、锂电池与超级电容及电源管理模块。系统工作过程为：通过取能CT从高压侧获取电能，再将工频电源经AC-DC-AC变换和分频、高通滤波、低通滤波、推挽放大处理后获得的单一频率高频交流电送入电能发射线圈，电能发射线圈通过电磁耦合装置将电能传送至电能接收线圈，电能接收线圈将接收到的交流电能送至交直流变换电路变换为直流后为高压线路用电设备供电，通过利用共振磁耦合原理，实现电能由高压线路向用电设备的可靠传送，可保证高压侧和低压侧之间没有直接的电的联系。为了防止雷电冲击电流和瞬时故障大电流时烧毁电源电路，在发射端电能变换装置的整流桥前使用了双向瞬变抑制二极管(TVS)(即冲击保护电路)，TVS限制了感应线圈输出的冲击电压。即所述的电流互感器输出端接至冲击保护电路的输入端，所述冲击保护电路的输出端则接至整流电路的输入端。系统采用6个单相桥式整流贴片MB10S并联组成整流模块，可持续通过5A电流，反向耐压上kV，瞬时可承受电流上百A，满足取能电源的需求。电能发射线圈是紧密缠绕的漆包线，通过高频电源激磁，并由共振磁耦合原理使发送的磁场能量最大程度地传送到接收侧线圈处；最后通过电能接收线圈接收产生的高频磁场，依电磁感应定理在低压侧感应电动势，并由后续电路处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压输电线路用电设备无线供电系统，其特征在于，所述系统包括：取能电流互感器CT，用于从高压侧获取电能；发射端电能变换装置用于将获取的电能转换为单一频率高频交流电；电能发射线圈，接收所述单一频率高频交流电，并通过共振磁耦合将电能传送至电能接收线圈；电能接收线圈，将接收到的交流电能送至接收端电能变换装置；接收端电能变换装置，将接收的交流电能变换为直流电能，输出到直流侧为高压线路用电设备供电。

【技术特征摘要】
1.一种高压输电线路用电设备无线供电系统，其特征在于，所述系统包括：取能电流互感器CT，用于从高压侧获取电能；发射端电能变换装置用于将获取的电能转换为单一频率高频交流电；电能发射线圈，接收所述单一频率高频交流电，并通过共振磁耦合将电能传送至电能接收线圈；电能接收线圈，将接收到的交流电能送至接收端电能变换装置；接收端电能变换装置，将接收的交流电能变换为直流电能，输出到直流侧为高压线路用电设备供电。2.根据权利要求1所述的一种高压输电线路用电设备无线供电系统，其特征在于，所述取能电流互感器CT的铁芯开有V型气隙。3.根据权利要求1所述的一种高压输电线路用电设备无线供电系统，其特征在于，所述发射端电能变换装置包括依次连接的整流模块、滤波模块、调压模块和大功率高频模块。4.根据权利要求3所述的一种高压输电线路用电设备无线供电系统，其特征在于，发射端电能变换装置将获取的电能经整流模块进行AC-DC-AC变换和分频、经滤波模块进行高通滤波和低通滤波，经调压模块和大功率高频模块进行推挽放大处理。5.根据权利要求1所述的一种高压输电线路用电设备无线供电系统，其特征在于，所述发射端电能变换装置悬挂于高压输电线路上，通过线缆与电能发射线圈相连；所述接收端电能变换装置设于杆塔上，通过线缆与接收线圈相连。6.根据权利要求1所述的一种高压输电线路用电设备无线供电系统，其特征在于，所述电能...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏斌，王松岑，徐翀，高超，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网浙江省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11