基于无线电能传输的刀闸状态实时检测系统与方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于无线电能传输的刀闸状态实时检测系统与方法，在刀闸摆臂上设置接收线圈和能量接收电路，相对接收线圈设置有发射线圈和能量发射电路，刀闸摆臂沿水平旋转摆动实现刀闸分合，发射线圈在发射线圈旋转控制装置的控制下沿水平旋转，在发射线圈与接收线圈之间还设置有多个中继线圈，每一个中继线圈上均连接有中继电能拾取电路和电压检测电路，发射线圈的旋转路径、接收线圈的旋转路径以及多个中继线圈的分布路径在不同高度的水平面上呈相对设置，通过分析每一个中继线圈上的检测电压实现刀闸位置和分合方向的判断。其效果是：可实时监测刀闸位置和运行方向，减少运维强度，节省运维时间﹐提升工作效率和安全性。节省运维时间﹐提升工作效率和安全性。节省运维时间﹐提升工作效率和安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于无线电能传输的刀闸状态实时检测系统与方法


[0001]本专利技术涉及变电站自动化控制技术，具体涉及一种基于无线电能传输的刀闸状态实时检测系统与方法。

技术介绍

[0002]在变电站中，刀闸设备是一种非常重要的设备，它是由计算机、智能电子装置、操作机构等按照严格的操作条件、规范的操作顺序，来代替现场人工，自动地完成一系列设备的倒闸操作任务的装置。刀闸运行过程中，最大的设备隐患就是不能正确启动和关闭，这将导致触头发热、电弧产生，并可能导致一次装置燃烧和爆炸，因此，程序化运行过程中有一个重要的"双确认"运行原则，也就是当一次装置处于远方控制运行状态时，至少有两项不同的工作原理或者不同的工作状态发生相应的改变，并且全部改变后，才能确定一次装置已经运行就绪。
[0003]当前，程序化控制仅考虑“运行、热备、冷备”三种状态之间的切换，所涉及到的一次装置主要为断路器和隔离开关。在实际应用中“双确认”的主要判断依据是断路器与断路器的开合处的辅助触点，而在断路器的开合处，则以电流、电压等遥测数据为辅助判断依据。当前，断路器的状态判定主要有三种方式：人工现场检验、图像识别和安装姿态传感器。
[0004]人工现场检验主要是通过检验人员现场观察判断刀闸分合的正确性，这种方法费时费力、低效、人为因素较多，不利于智能电网的发展。
[0005]图像识别技术是利用摄像机拍摄下刀闸开关的运行状态，并利用图像处理软件对其进行判断。这种方法很复杂，费用也很高，而且受光线、雨、雾等因素的影响，极易产生误判，很难精确地判断出开合刀闸有没有分合到位。
[0006]使用姿态传感器与刀闸一起转动，可以获得一种位移或角度位移的数据，通过这种方法可以获得传感器的转角和位移，进而对其开闭合状态进行判断。然而，在机器人的机械旋转过程中，测得的线缆很可能与机器人连接件相缠绕，导致测量结果发生偏移，严重制约了其在实际中的应用。
[0007]此外，随着无线电能传输技术的发展，申请人在前期研究过程中也曾提出了一种基于无线电能传输的刀闸分合位置实时检测系统及方法，专利申请号：202211598705.3；该专利通过在刀闸上设置接收线圈，通过在地面上设置发射线圈，通过控制发射线圈的旋转来确定刀闸的分合位置。但是其存在的问题是：由于信号处理的滞后性，要想准确把控发射线圈的转动角度，往往需要按照预定的步进控制发射线圈旋转，完成当前角度的检测后再进入下一角度检测，效率相对较低，实时性不强，而且在刀闸分合过程中也无法判定其转动方向。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术的第一目的在于提出一种基于无线电能传输的刀闸状态实时检测系统，该系统可以实时性的判定刀闸的位置，且在刀闸分合过程中也能判定其转动方向。
[0009]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0010]一种基于无线电能传输的刀闸状态实时检测系统，其关键在于：在刀闸摆臂上设置接收线圈和能量接收电路，相对所述接收线圈设置有发射线圈和能量发射电路，所述刀闸摆臂在刀闸旋转控制模块的控制下沿水平旋转摆动实现刀闸分合，所述发射线圈在发射线圈旋转控制装置的控制下沿水平旋转，在所述发射线圈与所述接收线圈之间还设置有多个中继线圈，每一个中继线圈上均连接有中继电能拾取电路和电压检测电路，所述发射线圈的旋转路径、所述接收线圈的旋转路径以及所述多个中继线圈的分布路径在不同高度的水平面上呈相对设置，通过分析每一个中继线圈上的检测电压实现刀闸位置和分合方向的判断。
[0011]可选地，所述发射线圈、所述接收线圈和所述中继线圈均为倾斜设置的平面线圈，当所述发射线圈和所述接收线圈旋转到其中一个中继线圈所处的角度位置时，三个线圈相互平行正对，且该中继线圈上的电压检测电路所检测到的电压最大值U
max
为预设的正对电压参考值U
ref
。
[0012]可选地，所述能量发射电路包括交流电源、整流逆变电路和LCC补偿网络，所述LCC补偿网络与发射线圈构成LCCL拓扑实现所述发射线圈恒流输出，所述能量接收电路包括副边电容补偿模块和用电负载。
[0013]可选地，所述中继电能拾取电路包括中继电容补偿模块和整流滤波电路，所述电压检测电路包括电压检测模块、AD采样电路和副边控制器。
[0014]可选地，所述副边控制器通过WiFi/蓝牙模块与原边控制器连接，在所述原边控制器上还连接有电压比较模块，所述电压比较模块将比较结果输出至所述发射线圈旋转控制装置，在所述发射线圈旋转控制装置上还连接有用于显示刀闸状态的显示装置。
[0015]可选地，所述发射线圈、所述接收线圈和所述中继线圈与水平面都保持α角，多个所述中继线圈采用弧形空间阵列形式并依次编号为1～N，N中继线圈个数。
[0016]可选地，编号为1的中继线圈与刀闸摆臂完全分闸时所述接收线圈所处的位置正对，编号为N的中继线圈与刀闸摆臂完全合闸时所述接收线圈所处的位置正对。
[0017]基于上述系统，本专利技术还提出一种基于无线电能传输的刀闸状态实时检测方法，采用前文所述的基于无线电能传输的刀闸状态实时检测系统，其关键在于，包括以下步骤：
[0018]S1：通过发射线圈旋转控制装置控制发射线圈沿预设旋转路径水平匀速旋转；
[0019]S2：实时采集各个中继线圈的拾取电压，并获取每个中继线圈的最大电压值；
[0020]S3：判断中继线圈的最大电压值是否等于发射线圈、中继线圈和接收线圈完全正对时的参考电压，如果等于，则根据当前中继线圈的编号确定刀闸摆臂的位置，然后进入步骤S4；否则，直接进入步骤S4；
[0021]S4：判断当前中继线圈相邻两个中继线圈的最大检测电压变化情况，如果相邻两个中继线圈的最大检测电压不变，则认定为停闸状态；如果上一个中继线圈的最大检测电压变小且下一个中继线圈的最大检测电压变大，则认定为正在分闸状态；如果上一个中继线圈的最大检测电压变大且下一个中继线圈的最大检测电压变小，则认定为正在合闸状态；
[0022]S5：输出当前状态，并返回步骤S1循环进行。
[0023]可选地，发射线圈旋转角速度大于接收线圈旋转角速度。
[0024]可选地，如果第1个中继线圈的最大电压值等于发射线圈、中继线圈和接收线圈完全正对时的参考电压，则认定为刀闸处于完全分闸状态；如果第N个中继线圈的最大电压值等于发射线圈、中继线圈和接收线圈完全正对时的参考电压，则认定为刀闸处于完全合闸状态。
[0025]本专利技术的效果是：
[0026](1)本专利技术不需要工作人员直接到现场进行实时刀闸位置监测，同时还能得到刀闸运行方向，极大减少了运维人员的工作强度，可节省大量运行和维修时间﹐提升工作效率和安全性。
[0027](2)本方案能够以较低成本实现刀闸运行位置及分合方向的实时检测，检测灵敏度高，具有较高的实用性。
[0028](3)本专利技术采用无线电能传输原理，能量传输可以给中继侧供电，中继侧无需外加电源，发射线圈旋转控制模块和刀闸的旋转动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无线电能传输的刀闸状态实时检测系统，其特征在于：在刀闸摆臂上设置接收线圈和能量接收电路，相对所述接收线圈设置有发射线圈和能量发射电路，所述刀闸摆臂在刀闸旋转控制模块的控制下沿水平旋转摆动实现刀闸分合，所述发射线圈在发射线圈旋转控制装置的控制下沿水平旋转，在所述发射线圈与所述接收线圈之间还设置有多个中继线圈，每一个中继线圈上均连接有中继电能拾取电路和电压检测电路，所述发射线圈的旋转路径、所述接收线圈的旋转路径以及所述多个中继线圈的分布路径在不同高度的水平面上呈相对设置，通过分析每一个中继线圈上的检测电压实现刀闸位置和分合方向的判断。2.根据权利要求1所述的基于无线电能传输的刀闸状态实时检测系统，其特征在于：所述发射线圈、所述接收线圈和所述中继线圈均为倾斜设置的平面线圈，当所述发射线圈和所述接收线圈旋转到其中一个中继线圈所处的角度位置时，三个线圈相互平行正对，且该中继线圈上的电压检测电路所检测到的电压最大值U
max
为预设的正对电压参考值U
ref
。3.根据权利要求1所述的基于无线电能传输的刀闸状态实时检测系统，其特征在于：所述能量发射电路包括交流电源、整流逆变电路和LCC补偿网络，所述LCC补偿网络与发射线圈构成LCCL拓扑实现所述发射线圈恒流输出，所述能量接收电路包括副边电容补偿模块和用电负载。4.根据权利要求1
‑
4任一所述的基于无线电能传输的刀闸状态实时检测系统，其特征在于：所述中继电能拾取电路包括中继电容补偿模块和整流滤波电路，所述电压检测电路包括电压检测模块、AD采样电路和副边控制器。5.根据权利要求4所述的基于无线电能传输的刀闸状态实时检测系统，其特征在于：所述副边控制器通过WiFi/蓝牙模块与原边控制器连接，在所述原边控制器上还连接有电压比较模块，所述电压比较模块将比较结果输出至所述发射线圈旋转控制装置，在所述发射线圈旋转控制装置上还连接有用于显示刀闸状态的显示装置。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏晨阳，刘雷雷，刘云海，邢爱雯，杨子跃，鲁扬，陆昊，陈宇航，曹宇恒，王琪，卢辰昊，赵勇超，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：