【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及感应电场能量收集，具体涉及一种基于电容极板取能的高压输电线路感应电场能量收集方法及系统。
技术介绍
1、随着电网智能化的不断推进，电网需要监控的量越来越多，在线监测装置的供电问题越来越突出，需要为监测装置提供可靠的供电设备。
2、目前常见的监测装置供电设备有蓄电池、太阳能、激光和电磁。蓄电池供能稳定，但是需要定期更换，且存在污染环境的风险；太阳能供能虽然清洁，但是能量吸收设备占用面积大，且储能体系还不完善；激光供能是利用激光二极管电源在低压侧产生光能，经过光功率转换和dc-dc变换器后为监测装置提供电能，这种方式稳定性高，但是光电转换效率低，设备成本高；利用电磁感应原理进行供能，最典型的代表是将电流互感器置于高压输电线路上进行取能，该方法的安装过程复杂，对器件绝缘性能要求高，安装时需要停电，如果输电线路电流变化范围较大时，很可能导致铁芯涡流过大过热，直接危害二次电路。
3、高压输电线路周围存在大量的电场能和磁场能，这种能量不受恶劣天气和地理环境的影响，伴随着输电线路长期稳定存在。因此，将高压输电线周围的能量收集起来为在线监测装置供能，可以克服其他装置易受天气影响、二次设备寿命短、安装复杂、效率低成本高等缺点。
技术实现思路
1、本专利技术是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种基于电容极板取能的高压输电线路感应电场能量收集方法，基于电容极板收集输电线路电场能量，达到为监测装置供电的效果。本专利技术不仅能电网在线监测装置供电需求，还具有稳定性、成
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
3、本专利技术提供一种高压输电线路感应电场能量收集方法，包括：
4、s1：建立电容极板能量收集的等效电路图；
5、s2：计算高压输电线路感应电场的电场强度分布特征；
6、s3：建立模型计算电容极板上的感应电压，分析电容极板的位置和尺寸对感应电压大小的影响；
7、s4：计算不同尺寸和位置的电容极板产生的电能，选取最合适的电容极板，使得它能满足监测装置对能量的需求。
8、进一步，在所述步骤s1中，将电容极板直接放置于高压输电线路下方，建立由串联的c参数和c收集以及并联在c收集两端的电路等效阻抗构成的收集输电线路感应电场能量的等效电路图。
9、进一步，在所述步骤s2中，建立三维有限元模型计算距离输电线路下方垂直距离1～5m处的电场强度，并将其绘制成场强分布曲线。
10、进一步，在所述步骤s3中，通过悬浮导体电位计算模型计算电容板上的感应电压；并进一步得到感应电压和电容极板的尺寸和电容极板与输电线路的距离。
11、进一步，步骤s3中，首先建立模型，将电容极板置于高压输电线路下方，极板上就会感应出电压，该电压为一悬浮电位；
12、在场域ω中含有电位悬浮导体边界γ0：
13、
14、式中：qc为电位悬浮导体γ0上带的净电荷；为悬浮导体γ0上待求电位值。
15、令本电容网络节点关联矩阵为a，支路电容元件电荷列向量为qb，支路电压列向量为ub，节点电位列向量为φb；节点净电荷列向量为qn，支路电容对角矩阵为c，s为刚度矩阵元素矩阵，f为有限元边界形状函数列向量矩阵；
16、根据节点电荷守恒定律、基尔霍夫电压定律和电容支路的库伏关系可以求解出能量二次型：
17、
18、电位悬浮导体的电场分布计算问题可以归结为能量最小问题，用矩阵表示为sφ＝f
19、对应的能量泛函数为
20、
21、设场域有l个电位悬浮导体，则
22、
23、
24、令a＝[α1 α2…αl],b＝[β1 β2…βl]
25、可以得到悬浮导体的电位为
26、φc＝-(bta)-1(btφ0+qn)
27、进一步，通过步骤s3得到以下结论：
28、(3)比较电容极板放置在不同水平位置时的感应电压发现，放在a、c相正下方与b相下方时，感应电压值相差很大；如果想获得更大的感应电压，需要把电容极板放置在a、c相下方；
29、(4)电容极板与输电线路距离越近，感应电压越大；
30、从而直接用于找到能量收集的最优解。
31、进一步，步骤s4中进行感应电能的计算时，将寄生电容和电容极板共同等效为电流源再进行电能计算，根据公式进行大致计算，改变电容极板尺寸和电容极板与输电线路的距离，计算电能值，根据电能需求找到最合适的电容极板。
32、采用如上所述的高压输电线路感应电场能量收集方法的收集系统，包括：
33、电容极板能量收集的等效电路图建立模块，建立由串联的c参数和c收集以及并联在c收集两端的电路等效阻抗构成的收集输电线路感应电场能量的等效电路图；
34、高压输电线路感应电场的电场强度分布特征计算模块，利用三维有限元模型计算距离输电线路下方垂直距离1～5m处的电场强度，并将其绘制成场强分布曲线；
35、电容极板上的感应电压计算模块，用于分析电容极板的位置和尺寸对感应电压大小的影响；
36、不同尺寸和位置的电容极板产生的电能计算模块，用于计算不同尺寸和位置的电容极板产生的电能，选取最合适的电容极板，使其能满足监测装置对能量的需求。
37、本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用电容极板收集输电线路电场能量，实现对在线监测装置的供电，以满足大量监测装置接入电网的需求。首先，本专利技术利用高压输电线路的电场收集能量为监测装置供能，具有经济环保的优势；也可以避免太阳能供电对天气、储能和吸收设备的依赖，能够提供稳定的电能。利用电容极板吸收电能，可以避免安装过程的复杂。其次，本专利技术考虑到电容极板的位置和尺寸对感应电压的影响，选取了最合适的电容极板，能够最大化地吸收电力。
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1.一种高压输电线路感应电场能量收集方法，其特征是，包括：
2.根据权利要求1所述的一种高压输电线路感应电场能量收集方法，其特征是，在所述步骤S1中，将电容极板直接放置于高压输电线路下方，建立由串联的C参数和C收集以及并联在C收集两端的电路等效阻抗构成的收集输电线路感应电场能量的等效电路图。
3.根据权利要求1所述的一种高压输电线路感应电场能量收集方法，其特征是，在所述步骤S2中，利用三维有限元模型计算距离输电线路下方垂直距离1～5m处的电场强度，并将其绘制成场强分布曲线。
4.根据权利要求1所述的一种高压输电线路感应电场能量收集方法，其特征是，在所述步骤S3中，通过悬浮导体电位计算模型计算电容板上的感应电压；并进一步得到感应电压和电容极板的尺寸和电容极板与输电线路的距离。
5.根据权利要求1所述的一种高压输电线路感应电场能量收集方法，其特征是，步骤S3中，首先建立模型，将电容极板置于高压输电线路下方，极板上就会感应出电压，该电压为一悬浮电位；
6.根据权利要求1所述的一种高压输电线路感应电场能量收集方法，其特征是，通过
7.根据权利要求1所述的一种高压输电线路感应电场能量收集方法，其特征是，步骤S4中进行感应电能的计算时，将寄生电容和电容极板共同等效为电流源再进行电能计算，根据公式进行大致计算，得到不同尺寸的电容极板在距离输电线路3m时的电能值，根据电能需求找到最合适的电容极板。
8.如权利要求1所述的高压输电线路感应电场能量收集方法的收集系统，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种高压输电线路感应电场能量收集方法，其特征是，包括：
2.根据权利要求1所述的一种高压输电线路感应电场能量收集方法，其特征是，在所述步骤s1中，将电容极板直接放置于高压输电线路下方，建立由串联的c参数和c收集以及并联在c收集两端的电路等效阻抗构成的收集输电线路感应电场能量的等效电路图。
3.根据权利要求1所述的一种高压输电线路感应电场能量收集方法，其特征是，在所述步骤s2中，利用三维有限元模型计算距离输电线路下方垂直距离1～5m处的电场强度，并将其绘制成场强分布曲线。
4.根据权利要求1所述的一种高压输电线路感应电场能量收集方法，其特征是，在所述步骤s3中，通过悬浮导体电位计算模型计算电容板上的感应电压；并进一步得到感应电压和电容极板的尺寸...
【专利技术属性】
技术研发人员：李学苹，王军，曹桢，李卫民，姚宏旭，李勇，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司锦州供电公司，
类型：发明
国别省市：
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