本发明专利技术公开一种高压侧电场和机械能量复合取能装置，涉及智能电网技术领域，包括：高压侧取能模块，获取高压侧电场能和机械能，并将高压侧电场能和机械能转换为交流电能；电源管理模块，对转换的交流电能进行整流、降压、滤波和稳压处理后为电网状态监测装置供电。本发明专利技术还提供一种高压侧电场和机械能量复合取能供电方法。本发明专利技术的电场能量来源为电网中的负载电流所产生的交流电场能，机械能量主要来源于自然环境中的风能和雨滴能，两种能量经过取能模块转化为交流电能，接着经电源管理模块进行整流、降压、滤波和稳压等处理后，为电网监测装置供电。置供电。置供电。
【技术实现步骤摘要】
一种高压侧电场和机械能量复合取能装置和方法
[0001]本专利技术涉及智能电网
，具体涉及一种高压侧电场和机械能量复合取能装置和方法。
技术介绍
[0002]在智能电网快速发展的大背景下，电网呈现出广域、海量式的状态监测装置，稳定、可靠的供电技术是电网状态监测装置正常运行的基本保障。目前主流的高压侧电网状态监测装置取能的方式分为从被测系统外部取能，如风能、光伏取能和激光供电等；从被测系统内部取能，主要包括电场取能、磁场取能和温差取能等。以上几种取能技术能量来源单一，并且外部环境和系统运行状态对取能源的影响较大，供电可靠性有待提升。组合自取能可以通过集成的取能装置和电源管理模块实现单一取能和组合取能，很好地提升了监测装置供电可靠性，增大了输出功率。
[0003]工程应用最广泛的是电流感应取能和光伏取能，其中电流互感器供电是电流感应取能中最典型的一种，但供电性能受一次侧电流起伏变动的影响，存在发热严重、供电死区和磁路过饱和等问题；并且线圈式的取能装置重量较重，会加重导线应力；另外，传统磁场取能的能量来源是由负载电流产生的磁场，当高压侧出现跳闸、线路停运等断电故障时，将导致监测装置无法正常工作。光伏取能转换效率较低，极易受如温度、季节、光照强度、浮沉等环境因素的影响，存在供电间歇性问题，且取能装置体积较大，需定期维护。电容分压式取能的输出能量有限，输出特性易受杂散电容和周围温度的影响，且会出现影响取能电源与后续工作电路间的绝缘安全问题。温差取能存在能量密度较低，可靠性不足，使用场景有限等缺点。除此之外，上述取能技术均存在能量来源单一，受系统运行状态或周围环境影响较大，供电可靠性较差，因此面向单一能量源的自取能技术具有一定的局限性。现有技术中还有对电流互感器与人造光源协同供电的复合式供电电源，但人造光源需要有低压侧电源进行供电，经济性差且不适合偏远地区电网。
[0004]目前电网状态监测装置供电技术主要应用的取能方式能量来源单一、稳定性有待提高、普遍存在功率不足、取能装置耐受性差等缺点。组合自取能技术基本都是对几种取能技术的简单组合，集成化成度低，电路设计复杂。尤其对于高压侧特殊工作环境和绝缘要求，高压侧状态监测装置的供电问题是亟待解决的一个关键问题。
技术实现思路
[0005]为了解决上述现有技术存在的不足，针对目前主流的自取能技术能量来源单一，组合自取能集成化程度低等缺点，提出了一种高压侧电场和机械能量复合取能装置和方法，通过同一取能装置结构俘获电网环境中存在的电场能和机械能。
[0006]本专利技术提出的技术方案为：
[0007]一种高压侧电场和机械能量复合取能装置，包括：
[0008]高压侧取能模块，获取高压侧电场能和机械能，并将高压侧电场能和机械能转换
为交流电能；
[0009]电源管理模块，对转换的交流电能进行整流、降压、滤波和稳压处理后为电网状态监测装置供电。
[0010]作为本专利技术的进一步技术方案为，所述高压侧取能模块：包括风能或雨滴能取能装置、封装外壳、缓冲层、摩擦材料层、转子电极、定子电极、绝缘层、输电线路；
[0011]所述风能或雨滴能取能装置设置于封装外壳上并与封装外壳的外侧连接，所述封装外壳的内侧设置凹槽，所述凹槽内嵌入缓冲层，所述缓冲层的内侧设置转子电极；所述转子电极的内侧设置摩擦材料层，所述摩擦材料层的内侧设置定子电极，所述定子电极的内侧设置绝缘层，所述绝缘层的内侧为输电线路。
[0012]作为本专利技术的进一步技术方案为，所述缓冲层为泡沫棉材料制作的缓冲层。
[0013]作为本专利技术的进一步技术方案为，所述风能或雨滴能取能装置为风杯、风板、弧形叶片。
[0014]作为本专利技术的进一步技术方案为，所述风能或雨滴能取能装置为一个或多个，水平排列与封装外壳的外侧。
[0015]作为本专利技术的进一步技术方案为，所述摩擦材料层为聚四氟乙烯、尼龙纤维和聚全氟乙丙烯中的一种。
[0016]作为本专利技术的进一步技术方案为，所述绝缘层是聚四氟乙烯。
[0017]作为本专利技术的进一步技术方案为，所述转子电极和定子电极为平板状、栅状或网状弧形结构。
[0018]作为本专利技术的进一步技术方案为，所述封装外壳为圆柱体、棱柱或长方体结构。
[0019]本专利技术还提供一种高压侧电场和机械能量复合取能方法，包括以下步骤：
[0020]利用高压侧取能模块获取高压侧电场能和机械能，并将高压侧电场能和机械能转换为交流电能；
[0021]对转换的交流电能进行整流、降压、滤波和稳压处理后为电网状态监测装置供电。
[0022]本专利技术的有益效果为：
[0023]1、本专利技术的电场能量来源为电网中的负载电流所产生的交流电场能，机械能量主要来源于自然环境中的风能和雨滴能，两种能量经过取能模块转化为交流电能，接着经电源管理模块进行整流、降压、滤波和稳压等处理后，为电网监测装置供电。
[0024]2、本专利技术的风杯通过绝缘外壳和泡沫棉缓冲层与转子电极连接，风杯俘获风能后，带动转子电极转动。
[0025]3、泡沫棉缓冲层的上端和两侧通过封装外壳的凹槽镶嵌在封装外壳内，底端固定在转子电极上，泡沫棉缓冲层除起到对转子电极在转动过程中的缓冲、减震作用外还可以增加转子电极与定子电极之间的摩擦效果。
[0026]4、摩擦材料层位于转子电极和定子电极之间，摩擦材料层包裹定子电极的顶部和两侧，不仅作为摩擦起电材料，而且可以有效避免定子电极在高场强下的尖端放电。
[0027]5、定子电极包裹在摩擦材料层中，底部固定在绝缘层上，绝缘层包裹在输电线路的四周，起到可靠绝缘作用。
附图说明
[0028]图1为本专利技术提出的一种高压侧电场和机械能量复合取能装置结构图；
[0029]图2为专利技术提出的高压侧取能模块结构示意图；
[0030]图3为专利技术提出的高压侧电场感应取能等效电路图；
[0031]图4为专利技术提出的俘获电场能和机械能的电压输出波形图；
[0032]图5本专利技术提出的一种高压侧电场和机械能量复合取能方法流程图；
[0033]图中所示：
[0034]1、风杯，2、封装外壳，3、泡沫棉缓冲层，4、摩擦材料层，5、转子电极，6、定子电极，7、绝缘层，8、输电线路。
具体实施方式
[0035]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0036]参见图1，一种高压侧电场和机械能量复合取能装置，包括：
[0037]高压侧取能模块，获取高压侧电场能和机械能，并将高压侧电场能和机械能转换为交流电能；
[0038]电源管理模块，对转换的交流电能进行整流、降压、滤波和稳压处理后为电网状态监测装置供电。
[0039]本专利技术所述的一种高压侧电场和机械能量复合取能装置和方法的流程图。其中电场能量来源为电网中的负载电流所产生的交流电场能，机械能量主要本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高压侧电场和机械能量复合取能装置，其特征在于，包括：高压侧取能模块，获取高压侧电场能和机械能，并将高压侧电场能和机械能转换为交流电能；电源管理模块，对转换的交流电能进行整流、降压、滤波和稳压处理后为电网状态监测装置供电。2.根据权利要求1所述的一种高压侧电场和机械能量复合取能装置，其特征在于，所述高压侧取能模块：包括风能或雨滴能取能装置、封装外壳、缓冲层、摩擦材料层、转子电极、定子电极、绝缘层、输电线路；所述风能或雨滴能取能装置设置于封装外壳上并与封装外壳的外侧连接，所述封装外壳的内侧设置凹槽，所述凹槽内嵌入缓冲层，所述缓冲层的内侧设置转子电极；所述转子电极的内侧设置摩擦材料层，所述摩擦材料层的内侧设置定子电极，所述定子电极的内侧设置绝缘层，所述绝缘层的内侧为输电线路。3.根据权利要求2所述的一种高压侧电场和机械能量复合取能装置，其特征在于，所述缓冲层为泡沫棉材料制作的缓冲层。4.根据权利要求2所述的一种高压侧电场和机械能量复合取能装置，其特征在于，所述风能或雨滴能取能装置为风杯、风板、弧形叶片。5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹留，绳飞，陈赦，崔用江，刘玉龙，薛鹏，居来提，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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