CN108242856A - 高压输电线路用电设备的wpt系统电源装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压输电线路用电设备的WPT系统电源装置，包括：取能模块，用于从高压侧母线获取交流电能；发射端电能变化装置，用于将获取的交流电能转换高频振荡的电磁场，传递给电磁发射线圈；电磁发射线圈，将接收自发射端电能变化装置的能量，通过共振磁耦合将电能传送至电能接收线圈；电磁接收线圈，通过共振磁耦合接收电磁发射线圈发射出的能量，并传送至接收端电能变化装置；接收端电能变化装置，将接收自电磁接收线圈的能量变换为直流电能；壳体，便于设置在高压输电线路上。该电磁学电源装置使用方便，系统便捷、运行稳定、安全可靠，为智能电网在高电压领域的发展提供帮助，同时也为WPT技术在能源互联网领域拓展了应用空间。

Description

高压输电线路用电设备的WPT系统电源装置及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种无线电能传输装置，具体涉及一种高压输电线路用电设备的WPT系统电源装置及其运行方法。

背景技术

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。

无线电能传输技术大致可分为三种：第一种为感应耦合式电能传输，它利用松耦合变压器原理进行传能，发射端与接收端一般存在降低回路磁阻的铁心装置。第二种为电磁耦合谐振式电能传输，通过高品质因数的谐振器上电感与分布式电容发生谐振传输能量。第三种为电磁辐射式电能传输，在该技术中电能被转换为微波形式，传输距离超过数千米，可实现电能的远程传送。其中电磁耦合谐振技术利用非辐射电磁场近场区域完成电能传输，一方面较之电磁感应式传能，在传输距离上有了很大的扩展；另一方面相比电磁辐射式传能，近场区域能量具有非辐射的特点，该技术有较好的安全性，因此目前得到很大的关注和研究。

现有的高压输电线路用电设备供电技术转化效率相对较低且受环境因素波动大。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提出了一种高压输电线路用电设备的WPT系统电源装置及其运行方法。

本发明提供一种高压输电线路用电设备的WPT系统电源装置，包括：

取能模块，利用电磁感应原理通过CT取电装置从高压侧母线获取交流电能；

发射端电能变化装置，用于将获取的交流电能转换为高频振荡的电磁场，传递给电磁发射线圈；

电磁发射线圈，将接收自发射端电能变化装置的能量，通过共振磁耦合传送至电磁接收线圈；

电磁接收线圈，通过共振磁耦合接收电磁发射线圈发射出的能量，并传送至接收端电能变化装置；

接收端电能变化装置，将接收自电磁接收线圈的能量变换为恒定直流电；

进一步，所述发射端电能变化装置包括第一整流模块、滤波模块、调压模块和大功率高频模块。

进一步，所述接收端电能变化装置包括第二整流模块、稳压模块、储能模块和在线监测模块。

进一步，所述发射端电能变化装置中的第一整流模块，将从取能模块输出的交流电通过整流电路变为直流；

所述滤波模块，采用LC低通滤波电路滤除第一整流模块输出电流的高次谐波；

所述调压模块，利用电压串联负反馈来稳定滤波模块的输出电压，实现自动调节；

所述大功率高频模块，通过电容电感的谐振产生高频振荡的电磁场，传递给电磁发射线圈；

所述接收端电能变化器中的第二整流模块，将接收自电磁接收线圈的能量整流成恒定的直流电；

所述稳压模块，使第二整流模块的输出电压恒定，得到稳定的直流电，为储能模块供电；

所述储能模块，将接收的电能进行存储；

所述在线监测模块，实时监测WPT系统电源装置的电流和电压是否在正常运行的范围内方便实现及时的过压过流保护。

进一步，所述大功率高频模块包括：高频振荡电路和功率放大电路；所述高频振荡电路用于产生高频振荡电流。

进一步，所述电源装置包括壳体，所述壳体为挂锁式结构，所述挂锁式结构上部为钳型结构，下部为矩形壳体；所述钳型结构设有折线式钳口，所述矩形壳体的底端设有透气孔，所述透气孔方便工作过程中各模块电路的散热。

进一步，所述取能模块设于钳型结构内；所述发射端电能变化装置、电磁发射线圈、电磁接收线圈和接收端电能变化装置设于所述矩形壳体内；

所述电源装置通过所述钳型结构挂设在高压输电线路上，将钳口紧密闭合形成环形闭合磁路，实现高压侧的取能输出，经过第一整流模块、滤波模块、发射线圈等单元后，最终可实现电源装置的对低压侧的供电功能。

一种高压输电线路用电设备的WPT系统电源运行方法，所述方法包括：

取能模块利用电磁感应原理从高压侧母线获取交流电能，将获取的交流电能传送至发射端电能变化装置；

所述发射端电能变化装置将获取的交流电能转换为高频振荡的电磁场，传递给电磁发射线圈；

所述电磁发射线圈将接收自发射端电能变化装置的能量，通过共振磁耦合将电能传送至电磁接收线圈；

所述电磁接收线圈通过共振磁耦合接收电磁发射线圈发射出的能量，并传送至接收端电能变化装置；

所述接收端电能变化装置将接收自电磁接收线圈的能量变换为恒定直流电。

所述发射端电能变化装置将获取的交流电能转换为高频振荡的电磁场包括：

第一整流模块将交流电变为直流电，将所述直流电传送至滤波模块；所述滤波模块采用LC低通滤波电路滤除所述直流电的高次谐波，调压模块利用电压串联负反馈来稳定滤波模块的输出电压，实现自动调节；大功率高频模块将滤波后的直流电通过电容电感的谐振产生高频振荡的电磁场，传递给电磁发射线圈。

所述接收端电能变化装置将接收自电磁接收线圈的能量变换为恒定直流电包括：

第二整流模块将接收自电磁接收线圈的能量重新整流成恒定的直流电，为储能模块供电，稳压模块使整流模块的输出电压恒定，得到稳定的直流电；储能模块将接收的能量进行存储；在线监测模块实时监测WPT系统电源装置的电流和电压是否在正常运行的范围内方便实现及时的过压过流保护。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

本发明提供的WPT系统电源装置，是采用整流模块、滤波模块、调压模块、发射线圈等组成的无线高压设备供电装置，将这些元器件合理有效的焊在发射端与接收端变化装置上，提高了无线电源装置的空间资源利用率，可以实现高压输电线路中用电设备的有效供电。

本发明提供的WPT系统电源装置使用方便，系统便捷、运行稳定、安全可靠，为智能电网在高电压领域的发展提供帮助，同时也为WPT技术在能源互联网领域拓展了应用空间。

本发明整体提高了无线电源装置的空间资源利用率，可以实现高压输电线路中用电设备的有效供电，其中线路取能模块采用钳式结构，将取能模块以钳状开合嵌于输电导线，大大提升了取电部分的可靠性和安装维护便捷性。

附图说明

图1是本发明WPT系统电源装置的整体功能示意图；

图2是大功率高频模块的工作原理图；

图3是本发明WPT系统电源装置的安装结构图；

图4是本发明WPT系统电源装置壳体的主视图；

图5是本发明WPT系统电源装置壳体的仰视图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做出进一步详细地说明。

如图1所示，本发明提供的一种应用于高压输电线路用电设备的WPT系统电源装置，包括取能模块、发射端电能变化装置和接收端电能变化装置；

所述发射端电能变化装置包括了第一整流模块、滤波模块、调压模块、大功率高频模块；接收端电能变化装置包括了第二整流模块、稳压模块、储能模块、在线监测模块四个部分；两者通过发射线圈和接收线圈之间的共振磁耦合作用联系在一起。

取能模块，利用电磁感应原理通过CT取电装置从高压侧母线获取交流电能；

第一整流模块，使用整流电路将从高压侧取能输出的电流变为直流电流；

滤波模块，采用LC低通滤波电路滤除第一整流模块输出电流的高次谐波，且对整流模块的影响小；

调压模块，可利用电压串联负反馈来稳定滤波模块的输出电压，可实现自动调节；

大功率高频模块，通过电容电感的谐振产生高频振荡的电磁场，传递给电磁发射线圈；

电磁接收线圈，通过共振磁耦合接收电磁发射线圈发射出的能量；

第二整流模块，将接收的能量重新整流成恒定的直流电；

稳压模块使第二整流模块的输出电压恒定，得到稳定的直流电，为储能模块供电；

所述储能模块将接收的电能进行存储；

在线监测模块，可实时监测WPT系统电源装置的电流和电压是否在正常运行的范围内方便实现及时的过压过流保护。

如图2所示，所述大功率高频模块主要由高频振荡电路与功率放大电路组成。高频振荡电路主要是用于产生高频振荡电流供下一单元使用。555定时器是一种多用途的数字－模拟混合集成电路，该电路功能灵活、适用范围广，只要外围电路稍作配置，即可构成多谐振荡器，完全可以满足设计要求。功率放大则由功率管IRF540N来实现。

如图3所示，本发明WPT系统电源装置的壳体，所述壳体为挂锁式，上部为钳型结构，下部为矩形壳体；所述钳型结构设有折线式钳口，方便牢固地卡设在高压输电线路中，且实际尺寸较小，可避免重力因素对高压输电线路的不利影响。所述取能模块设于钳型结构内；所述电源装置挂设在高压输电线路上时，将钳口紧密闭合形成环形闭合磁路，实现高压侧的取能输出，经过整流模块、滤波模块、发射线圈等单元后，最终可实现电源装置的对低压侧的供电功能。

如图4所示，本发明WPT系统电源装置的壳体的底端设有24个透气孔，以增加工作过程中的各模块电路散热。这种结构不仅节省材料，还能减轻装置的重量，安全性也更强。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种高压输电线路用电设备的WPT系统电源装置，其特征在于，该电源装置包括：

取能模块，利用电磁感应原理通过CT取电装置从高压侧母线获取交流电能；

发射端电能变化装置，用于将获取的交流电能转换为高频振荡的电磁场，传递给电磁发射线圈；

电磁发射线圈，将接收自发射端电能变化装置的能量，通过共振磁耦合将电能传送至电磁接收线圈；

电磁接收线圈，通过共振磁耦合接收电磁发射线圈发射出的能量，并传送至接收端电能变化装置；

接收端电能变化装置，将接收自电磁接收线圈的能量变换为恒定直流电。

2.如权利要求1所述的WPT系统电源装置，其特征在于，所述发射端电能变化装置包括第一整流模块、滤波模块、调压模块和大功率高频模块。

3.如权利要求1所述的WPT系统电源装置，其特征在于，所述接收端电能变化装置包括第二整流模块、稳压模块、储能模块和在线监测模块。

4.如权利要求2所述的WPT系统电源装置，其特征在于，所述第一整流模块，将从取能模块输出的交流电通过整流电路变为直流；

所述滤波模块，采用LC低通滤波电路滤除第一整流模块输出电流的高次谐波；

所述调压模块，利用电压串联负反馈来稳定滤波模块的输出电压，实现自动调节；

所述大功率高频模块，通过电容电感的谐振产生高频振荡的电磁场，传递给电磁发射线圈。

5.如权利要求3所述的WPT系统电源装置，其特征在于，所述第二整流模块，将接收自电磁接收线圈的能量整流成恒定的直流电；所述稳压模块，使第二整流模块的输出电压恒定，得到稳定的直流电，为储能模块供电；

所述储能模块，将接收的电能进行存储；

所述在线监测模块，实时监测WPT系统电源装置的电流和电压是否在正常运行的范围内方便实现及时的过压过流保护。

6.如权利要求2所述的WPT系统电源装置，其特征在于，所述大功率高频模块包括：高频振荡电路和功率放大电路；所述高频振荡电路用于产生高频振荡电流，所述功率放大电路用于放大电流。

7.如权利要求1所述的WPT系统电源装置，其特征在于，所述电源装置包括壳体，所述壳体为挂锁式结构，所述挂锁是结构上部为钳型结构，下部为矩形壳体；所述钳型结构设有折线式钳口，所述矩形壳体的底端设有透气孔，所述透气孔方便工作过程中各模块电路的散热。

8.如权利要求7所述的WPT系统电源装置，其特征在于，所述取能模块设于钳型结构内；所述发射端电能变化装置、电磁发射线圈、电磁接收线圈和接收端电能变化装置设于所述矩形壳体内；

所述电源装置通过所述钳型结构挂设在高压输电线路上，将钳口紧密闭合形成环形闭合磁路，实现高压侧的取能输出。

9.一种高压输电线路用电设备的WPT系统电源运行方法，其特征在于，所述运行方法包括：

取能模块利用电磁感应原理从高压侧母线获取交流电能，将获取的交流电能传送至发射端电能变化装置；

所述发射端电能变化装置将获取的交流电能转换为高频振荡的电磁场，传递给电磁发射线圈；

所述电磁发射线圈将接收自发射端电能变化装置的能量，通过共振磁耦合将电能传送至电磁接收线圈；

所述电磁接收线圈通过共振磁耦合接收电磁发射线圈发射出的能量，并传送至接收端电能变化装置；

所述接收端电能变化装置将接收自电磁接收线圈的能量变换为恒定直流电。

10.如权利要求9所述的WPT系统电源运行方法，其特征在于，所述发射端电能变化装置将获取的交流电能转换为高频振荡的电磁场包括：

第一整流模块将交流电变为直流电，将所述直流电传送至滤波模块；所述滤波模块采用LC低通滤波电路滤除所述直流电的高次谐波，调压模块利用电压串联负反馈来稳定滤波模块的输出电压，实现自动调节；大功率高频模块将滤波后的直流电通过电容电感的谐振产生高频振荡的电磁场，传递给电磁发射线圈。

11.如权利要求9所述的WPT系统电源运行方法，其特征在于，所述接收端电能变化装置将接收自电磁接收线圈的能量变换为恒定直流电包括：

第二整流模块将接收自电磁接收线圈的能量重新整流成恒定的直流电，为储能模块供电，稳压模块使整流模块的输出电压恒定，得到稳定的直流电；储能模块将接收的能量进行存储；在线监测模块实时监测WPT系统电源装置的电流和电压是否在正常运行的范围内方便实现及时的过压过流保护。