高频铁心，达到提高发射线圈和接收线圈间的耦合系数的效果。
[0036]导线绕制的线圈可视为电感与电容相连构成的谐振体，谐振体包含的能量在电场与磁场之间以其自谐振频率在空间自由振荡，产生以线圈为中心、以空气为传输媒质的时变磁场。与该谐振体相隔一定距离的具有相同谐振频率的谐振体感应磁场，所感应的磁场能同样在电场与磁场间以其自谐振频率在空间自由振荡，同时两个谐振体之间不断地有磁场能交换，因此产生以两个线圈为中心以空气为媒质的时变磁场。两谐振体内电场能与磁场能振荡交换的同时谐振体之间也存在着以相同频率振荡的能量交换，即两谐振体组成耦合谐振系统。发射线圈和接收线圈设计的关键是保持驱动电路频率、发射线圈的谐振频率和接收线圈的谐振频率保持高度一致，从而在共振状态下实现无线能量传输的最大化。
[0037]源线圈通正弦电流，线圈电感周围产生时变磁场，同时向电容充电；接收线圈感应磁场，线圈电感产生电动势，同时向其电容充电。当正弦电流的频率与线圈的谐振频率相等时，源线圈电流方向改变的同时，交变磁场方向改变，接收线圈感生电动势，接收线圈的电容放电。正弦电流的方向周期性变化，接收线圈的电流被逐渐放大，直到接收线圈的电磁能达到最大。若系统没有负载(包括线圈的寄生电阻)消耗能量，源线圈与接收线圈两侧所包含的能量交替达到最大值(各时刻两线圈包含的能量之和)；若系统有负载消耗能量，源线圈将源源不断的向负载线圈传递能量，实现无线能量传输。
[0038]见图6 (a)，高频整流驱动单元采用整流桥将高频交流电整流成直流电，并依次通过第二稳流模块、第二缓冲模块稳定直流供电端的电压，为负载供电。因为高频交流电的频率很高，因此整流桥必须使用超高速快恢复二极管。整流桥和第二缓冲模块间采用第二稳流模块相连，第二缓冲模块由电池和超级电容并联构成。第二稳流模块用来控制流入第二缓冲模块的电流，保证第二缓冲模块处在稳定的充放电状态。
[0039]见图6(b)，整流桥为不控全桥整流，由四对肖特基二极管对组成，肖特基二极管对由两个肖特基二极管并联构成。本实施例中，所采用肖特基二极管型号为MBR1545CT。该整流桥可减少损耗，从而为电路提供高可靠性。
[0040]负载在线监测装置(4)核心是S3C6410型ARM处理器，其可将摄像头拍摄的系统状态通过GPRS模块发送到控制中心。另外，其还可通过CAN总线与高频电能发射装置和高频电能接收装置进行通讯，获取无线供电系统的运行状态(包括电压、电流、发射功率和接收功率等)、输电线路、配电线路在线监测装置采集的数据。另一方面，它还为本发明系统的参数调整提供通讯信道，如因线圈老化造成谐振频率点失调，则可通过GRPS远程调整线圈频率。
[0041]本发明具有如下特点:
(1)可通过GPRS、CDMA、3G等无线网络通信技术将无线供电系统的状态等信息采集至控制中心，供维护人员查看并历史归档，便于事件回放和故障分析。在GPRS通讯模式，考虑到通讯速度限制，可在无线供电系统的空闲状态发生信息。
[0042](2)静电放电抗扰度能承受“GB/T17626.2—1998电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验”第5章规定4级的静电放电试验。在试验期间及试验后，本发明系统能正常工作。
[0043](3)射频电磁场辐射抗扰度能承受“GB/T17626.3—1998电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验”第5章规定的试验等级为3级的辐射电磁场干扰试验。在试验期间及试验后，本发明系统能正常工作。
[0044](4)脉冲磁场抗扰度能承受“GB/T17626.9—1998电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验”第5章规定的试验等级为4级的脉冲磁场干扰试验。在试验期间及试验后，本发明系统能正常工作。
[0045](5)工频磁场抗扰度能承受“GB/T17626.8—1998电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验”第5章表1和表2规定的试验等级为4级的工频磁场干扰试验。在试验期间及试验后，本发明系统能正常工作。
[0046](6)浪涌(冲击)抗干扰度能承受“GB/T 17626.5—1999电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗干扰度试验”第5章规定的试验等级为4级的浪涌(冲击)干扰试验。在试验期间及试验后，本发明系统能正常工作。
[0047](7)电压暂降、短时中断和电压变化抗干扰度能承受“GB/T 17626.11 —1999电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化抗干扰度试验”中规定的电压突降ΛU为100%、电压中断为0.5s的电压暂降、短时中断和电压变化抗干扰试验。在试验期间及试验后，本发明系统能正常工作。
[0048](8)电快速瞬变脉冲群抗扰度能承受“GB/T 17626.4—1998电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验”第5章规定的试验等级为4级的电快速瞬变脉冲群抗扰度干扰试验。在试验期间及试验后，当智能电网在线监测终端无线供电装置按预期使用时，其性能降低或功能丧失不允许低或可容许的性能丧失。在试验过程中，性能下降是允许的，但不允许实际运行状态或存1C数据有所改变。
[0049](9)高温性能能承受“GB/T2423.2试验Bb”中严酷等级为:温度+ 70°C、持续时间16h的高温试验。在试验期间及试验后，本发明系统能正常工作。
[0050](10)低温性能能承受“GB/T2423.1试验Ab”中严酷等级为:温度-45°C、持续时间16h的低温试验。在试验期间及试验后，本发明系统能正常工作。
[0051](11)交变湿热性能满足“GB/T 2424.4试验Db”中高温温度为+ 55°C，试验周期1天，原地恢复2h的试验要求。在试验期间及试验后，本发明系统能正常工作。
[0052](12)耐高压性能能满足“GB/T 16927.1 —1997高电压试验技术第一部分一般试验要求”中距离被检装置0.5m，试验电压不低于llOkV，电压波形为正弦，试验电压频率为45?55Hz，持续时间60s的交流电压试验。装置应无破坏性放电发生。在试验期间及试验后，本发明系统能正常工作。
[0053](13)振动性能在非工作、非包装状态下智能电网在线监测终端无线供电装置应能通过如下严酷等级的正弦振动试验，本发明系统能正常工作。
[0054](14)运输性能a)产品包装后应按“GB/T6587.6—1986电子测量仪器运输试验”中规定进行试验，能承受该标准表1中等级为II的运输试验(包括自由跌落、翻滚试验)。试验后，装置能正常工作。b)产品包装后应按“QJ/T815.2—1994产品公路运输加速模拟试验方法”中规定进行试验，能承受该标准中等级为三级公路中级路面的运输试验。经过2h试验时间后，本发明系统能正常工作。
[0055](15)外壳防护符合GB4208中规定的外壳防护等级IP67的要求。
[0056](16)防雷a)终端装置有防雷击和防过电压的保护措施，并能与主地网可靠连接。b)串口和网络通信具有防雷措施。
[0057](17)可靠性指标在雷击过电压、一次回路操作、一次设备故障、二次回路操作及其它强干扰作用下，装置不损坏。装置的快速瞬变干扰试验、高频干扰试验、浪涌试验、静电放电干扰试验、辐射电磁场干扰试验等满足《远动终端设备》GB/T13729-2002规定中4级的要求；平均无故障时间不小于50000小时。
【主权项】
1.用于高压输电线路的共振式无线供电系统，其特征是，包括: 高压取电装置、高频电能发射装置和高频电能接收装置，高压取电装置和高频电能发射装置在高压线路上在线运行，高频电能接收装置设于低压侧，给负载在线监测装置供电；其中: 高压取电装置用来从高压线路获取交流电并将交流电转换为直流电，直流电传输至高频电能发射装置； 高频电能发射装置包括高频逆变单元和高频电能发射线圈，高频逆变单元用来将直流电转换为高频交流电，高频交流电通过高频电能发射线圈发射； 高频电能接收装置包括高频电能接收线圈和高频整流驱动单元，高频电能接收线圈接收高频交流电，高频整流驱动单元将高频交流电转换成直流电，并输至给负载在线监测装置； 所述的高频逆变单元以MOS管为开关管，采用单相全桥逆变电路，由两个桥臂并联构成，各桥臂均由上桥臂和下桥臂组成，同一桥臂中的上桥臂和下桥臂不能同时导通； 所述的高频整流驱动单元包括整流桥，整流桥为不控全桥整流，由四对肖特基二极管对组成，肖特基二极管对由两个肖特基二极管并联构成。2.如权利要求1所述的用于高压输电线路的共振式无线供电系统，其特征是: 所述的高压取电装置包括依次相连的取电电流互感器、整流模块、第一稳流模块、第一缓冲模块、取能电源模块，其中，第一缓冲模块由电池和超级电容并联构成。3.如权利要求1所述的用于高压输电线路的共振式无线供电系统，其特征是: 所述的MOS管型号为IRF470。4.如权利要求1所述的用于高压输电线路的共振式无线供电系统，其特征是: 所述的高频逆变单元包括二极管Dl、D2、D3、D4和MOS管S2、S3、S4、S5，其中，二极管Dl、D2、D3、D4反并联；MOS管S2和S3构成第一桥臂，S2为上桥臂，S3为下桥臂，S2和S3不能同时导通；MOS管S4和S5构成第二桥臂，S4为上桥臂，S5为下桥臂，S4和S5不能同时导通。5.如权利要求1所述的用于高压输电线路的共振式无线供电系统，其特征是: 所述的高频整流驱动单元包括依次相连的整流桥、第二稳流模块、第二缓冲模块，其中，第二缓冲模块由电池和超级电容并联构成。6.如权利要求1所述的用于高压输电线路的共振式无线供电系统，其特征是: 所述的肖特基二极管型号为MBR1545CT。
【专利摘要】本发明公开了一种用于高压输电线路的共振式无线供电系统，包括高压取电装置、高频电能发射装置和高频电能接收装置，高压取电装置和高频电能发射装置设于高压线路；高频电能接收装置设于杆塔，给负载在线监测装置供电；其中，高频逆变单元以MOS管为开关管，采用单相全桥逆变电路，由两个桥臂并联构成，各桥臂均由上桥臂和下桥臂组成，同一桥臂中的上桥臂和下桥臂不能同时导通；高频整流驱动单元包括整流桥，整流桥为不控全桥整流，由四对肖特基二极管对组成，肖特基二极管对由两个肖特基二极管并联构成。本发明结构简单，安装方便，可直接从高压线路取电，保障线路监控设备的正常运行。
【IPC分类】H02J50/10
【公开号】CN105322665
【申请号】CN201510863598
【发明人】周洪, 胡文山, 邓其军, 蒋燕, 高星冉, 汪云龙, 陈晶, 谢雄威, 高立克, 吴智丁
【申请人】武汉大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月30日