【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及输电线路在线监测，具体为基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法及系统。
技术介绍
1、随着传感技术与无线通信技术的快速发展，以及电网数字化、智能化建设的推进，电网设备状态感知与监测需求急剧增加。其中输电线作为电力系统安全稳定运行的关键一环，在实际运行中易受到气象变化影响。气温、湿度等因素变化会导致输电线的电导率、介电常数产生变化，从而影响电力传输的质量和稳定性，通过对输电线进行温湿度监测，能够帮助电网工作人员及时发现和解决潜在问题。
2、稳定持续的能量供应是无线温湿度测量系统正常工作的保障，由于架空输电线采用低压电力线供电引线困难、成本高。目前，常使用锂电池、太阳能、风能、磁场能量收集对监测系统进行供电，但电池供电存在携带电量有限、维护困难、成本高等缺点，自取能能量源存在间歇性和输出功率不稳定等缺点。而输电线等级确定之后电压便不再变化，提供的电场能量也将稳定存在，是理想的稳定能量源。
3、为满足监测系统供电需求，电场取能器功率需要进一步进行提升，使用位移电流给容值较小的蓄能电容充电至较高电压后放电到储能电容中能够显著提升取能器的输出功率，但现存的取能电路方案使用了大量的mos管、电压比较器、驱动器及ldo芯片来进行蓄能电容的放电阈值电压控制，造成了取能电路复杂度、功率损耗以及成本的提升。且多级串联电路结构一旦确定，无法进行修改，通用性大大降低。
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术解决的
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法，包括：
4、使用圆筒型取能极板，产生感应电势和位移电流，构建整流电路将感应电场中的交变位移电流整流为直流电流，对蓄能电容充电；
5、构建高压欠压锁闭电路储存取能极板在电场中产生的能量，并监测电压值，控制开启和切断蓄能电容与dc-dc电路之间的连接；
6、dc-dc电路储存各蓄能电容释放的电能并经过稳压芯片输出稳定的供电电压至温湿度传感器；
7、温湿度采集系统测量输电线环境温湿度信息，转换为可量化的数字信号，发送至终端设备，实现输电线温湿度的无线测量。
8、作为本专利技术所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法的一种优选方案，其中：所述圆筒型取能极板包括，圆筒型取能极板为内腔中空的金属极板，套装于高压输电线上，增大耦合电容，产生感应电势和位移电流为后端高压欠压锁闭取能电路充电；
9、所述感应电势包括，圆筒型极板在高压电场中产生感应电势，其大小与电场的变化率有关；若电场是交变电场则感应电势表示为：
10、
11、其中，表示磁感应强度，表示极板上的微小面积元素。
12、作为本专利技术所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法的一种优选方案，其中：所述高压欠压锁闭电路包括，高压欠压锁闭电路由三极管、mos管、稳压二极管和电压监测芯片组成；
13、储存取能极板在电场中产生的能量，并监测其电压值，开启或切断蓄能电容与dc-dc电路之间的连接。
14、作为本专利技术所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法的一种优选方案，其中：所述整流电路包括，整流电路的交流端与高压输电线及圆筒型极板相接，将感应电场中的交变位移电流整流为直流电流，并给蓄能电容充电；整流电路将交流电转换为直流电；使用理想二极管，整流过程可以简化为：
15、idc(t)＝|iac(t)|
16、其中，idc(t)表示整流后的直流电流，iac(t)表示交流电流。
17、作为本专利技术所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法的一种优选方案，其中：所述dc-dc稳压电路包括，dc-dc稳压电路则将储能电容不稳定的直流电压转换为稳定电压提供给无线温湿度传感系统，驱动温湿度传感器工作，并通过无线模块将传感器信息发送至终端设备，实现测量系统的稳定工作；则dc转换器的输出电压表示为：
18、vout＝d×vin
19、其中，vout表示输出电压；vin表示输入电压；d表示pwm控制的占空比；无线传感系统的传输功率公式表示为：
20、ptx＝pin-ploss
21、其中，ptx表示发射功率，pin表示输入功率，ploss表示系统损耗。
22、作为本专利技术所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法的一种优选方案，其中：所述控制开启和切断蓄能电容与dc-dc电路之间的连接包括，当蓄能电容电压达到高压欠压锁闭电路设计的上限阈值电压值时，蓄能电容开始向后端电路放电，给储能电容进行充电；
23、当蓄能电容电压值小于高压欠压锁闭电路设计的下限阈值电压值时，切断蓄能电路与后端电路的连接，并使蓄能电容重新回到充电状态；
24、蓄能电容的电压不超过额定电压，约束表示为：
25、vth，up<vrated
26、dc-dc转换器的最佳输入电压范围vdc_opt公式表示为：
27、vth，up≈vdc_opt，max
28、安全裕度电压vmargin约束表示为：
29、vth，up＝vdc_opt，max-vmargin
30、上限阈值电压的公式表示为：
31、vth，up＝min(vrated，vdc_opt，max-vmargin)
32、其中，vrated表示蓄能电容的额定电压；vdc_opt，max表示dc-dc转换器能够实现最高效率的输入电压上限；
33、高压欠压锁闭电路工作原理可以用逻辑函数表示为：
34、
35、其中，vcap表示蓄能电容的电压，vth，up和vth，low分别表示电路的上限和下限阈值电压。
36、作为本专利技术所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法的一种优选方案，其中：所述实现输电线温湿度的无线测量包括，主控芯片定时从温湿度传感器读取数据，进行滤波和异常检测；对多点采集的数据进行融合，输出平均值或关键点数据；
37、主控芯片管理能量分配，优先保证传感器和无线模块的稳定工作，通过自动传输信号切换保证信号传输的稳定性；主控芯片将处理后的数据通过无线模块发送至终端设备，通过lcd驱动芯片将数据实时显示在液晶屏上；
38、传输信号切换包括，进行信号强度rssi值检测，每隔t时间进行一次检测；
39、为了避免由于瞬时信号波动导致的频繁切换，系统使用移动平均方法来平滑信号强度值；移动平均窗口的大小被设定为n；
40、对于wi-fi模块的信号强度，移动平均值表示为：
41、
42、其中，rssiwi-fi本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法，其特征在于：所述圆筒型取能极板包括，圆筒型取能极板为内腔中空的金属极板，套装于高压输电线上，增大耦合电容，产生感应电势和位移电流为后端高压欠压锁闭取能电路充电；
3.如权利要求2所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法，其特征在于：所述高压欠压锁闭电路包括，高压欠压锁闭电路由三极管、MOS管、稳压二极管和电压监测芯片组成；
4.如权利要求3所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法，其特征在于：所述整流电路包括，整流电路的交流端与高压输电线及圆筒型极板相接，将感应电场中的交变位移电流整流为直流电流，并给蓄能电容充电；整流电路将交流电转换为直流电；使用理想二极管，整流过程可以简化为：
5.如权利要求4所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法，其特征在于：所述DC-DC稳压电路包括，DC-DC稳压电路则将储能电容不稳定的直流电压转换为稳定电压提供给无线温湿度传感系统，驱动温湿度传感器
6.如权利要求5所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法，其特征在于：所述控制开启和切断蓄能电容与DC-DC电路之间的连接包括，当蓄能电容电压达到高压欠压锁闭电路设计的上限阈值电压值时，蓄能电容开始向后端电路放电，给储能电容进行充电；
7.如权利要求6所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法，其特征在于：所述实现输电线温湿度的无线测量包括，主控芯片定时从温湿度传感器读取数据，进行滤波和异常检测；对多点采集的数据进行融合，输出平均值或关键点数据；
8.一种采用如权利要求1-7任一所述方法的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量系统，其特征在于：
9.一种计算机设备，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法，其特征在于：所述圆筒型取能极板包括，圆筒型取能极板为内腔中空的金属极板，套装于高压输电线上，增大耦合电容，产生感应电势和位移电流为后端高压欠压锁闭取能电路充电；
3.如权利要求2所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法，其特征在于：所述高压欠压锁闭电路包括，高压欠压锁闭电路由三极管、mos管、稳压二极管和电压监测芯片组成；
4.如权利要求3所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法，其特征在于：所述整流电路包括，整流电路的交流端与高压输电线及圆筒型极板相接，将感应电场中的交变位移电流整流为直流电流，并给蓄能电容充电；整流电路将交流电转换为直流电；使用理想二极管，整流过程可以简化为：
5.如权利要求4所述的基于高压电场级联取能器的无线温湿度测量方法，其特征在于：所述dc-dc稳压电路包括，dc-dc稳压电路则将储能电容不稳定的直流电压转换为稳定电压提供给无线温湿度传感系统，驱动温湿度传感器工作，并通过无线模块将传感...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢柏桦，周柯，金庆忍，莫枝阅，廖文涛，覃思，卓浩泽，陈梁远，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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