一种高可靠性无线供能系统及方法与流程

本发明涉及无线输电技术领域，更具体地说，涉及一种基于共振磁耦合、适用于输电线路巡检无人机的高可靠性无线供能系统及方法。

背景技术：

在电力系统领域，无人机在输电线路巡检等方面得到了越来越广泛的应用。传统输电线路巡视主要依靠线路维护人员翻山越岭，通过人工配合相机及望远镜的方式巡查。遇到电网紧急故障和异常气候条件，传统的电力巡检员进行人工巡检，受巡检人员的经验及技能水平、户外恶劣工作环境、生理及心理状况等影响较大，存在漏巡、漏检、误检的可能性，并且不仅存在较大的巡视过程风险，效率还比较低。另一方面，由于近年来投运高压输电线路增多，巡线线路距离也较远，在巡检期内出现事故或大风、大雪及雷雨后因集控站无法出车不能及时巡视时，造成集控站值班员不能及时了解输电线路状态，存在隐患，危及电力系统的安全运行。特别是无法及时了解出现问题的输电线路情况，失去优先处理的机会。传统巡线方式时间长、劳动强度大，不能完全适应现代化电网建设与发展的需求。巡检无人机的应用，正好可以弥补人工巡检及时性、可靠性差的弊端，在恶劣条件下还可以降低巡检人员的人身伤害风险。

将无人机应用到电力巡线方面可大大提高电力维护和检修的速度和效率，降低作业人员劳动强度，提高作业人员安全性，降低作业成本，并且巡线速度快、应急迅速，在出现自然灾害的情况下仍然能够对受灾区域的电力线路进行巡检，同时能够及时发现各类缺陷、避免各种线路事故的发生。随着无人机在输电线路巡检中的不断应用，充电问题成为制约其长期稳定运行自主巡检的关键因素。目前输电线路巡检无人机采用电池组供电，续航能力一般只有几小时，电力快消耗完毕时无人机导航至充电口，与充电口完成对接，进行有线方式充电。这样对无人机导航定位精度要求较高，且可能存在充电口卡住无人机难以移动的情形，影响重新开始巡检等问题。此外，有线充电线路及接口易磨损，易触电，多次插拔后可能松动造成电能传输不可靠等问题。因此，亟需一种巡检无人机的无线充电技术解决上述问题。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提出了一种基于共振磁耦合、适用于输电线路巡检无人机的高可靠性无线供能系统及方法，解决了传统有线接触式充电口磨损、机械松动故障导致接触不良等问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

设计一种基于共振磁耦合、适用于输电线路巡检无人机的高可靠性无线供能系统，包括无线取能单元与无线充电平台单元，所述无线取能单元包括电流互感器、整流器、高频逆变器、送电线圈和受电线圈，所述电流互感器、整流器、高频逆变器、送电线圈依次连接；所述无线充电平台单元包括无线充电线圈和蓄电池组，所述受电线圈的输出端分别与蓄电池组的输入端、整流逆变控制箱的输入端连接，所述蓄电池组的输出端与整流逆变控制箱的输入端连接。

其中，所述电流互感器、整流器、高频逆变器及送电线圈安装在绝缘子串远离电力铁塔的一端，所述受电线圈安装在绝缘子串靠近电力铁塔的一端。

所述无线充电平台单元还包括固定在电力铁塔上的支架，所述无线充电线圈和蓄电池组设置在支架底部构成无线充电平台，所述整流逆变控制箱固定在位于支架下方的电力铁塔上；所述支架上还安装有超声波驱鸟器，所述电力铁塔上还安装有无线续传基站，所述蓄电池组为超声波驱鸟器、无线续传基站提供电能。

该高可靠性无线供能系统的工作原理如下：所述电流互感器将输电线路高压侧的高压交流电转换为低压交流电，所述低压交流电通过整流器转换为直流电，所述高频逆变器将直流电转换为高频共振交流电并输出至送电线圈，所述送电线圈与受电线圈在共振频率下产生共振磁耦合作用并将电能传送给受电线圈，所述受电线圈为蓄电池组提供电能。当无人机需要充电时，其降落在无线充电平台上，所述受电线圈的电能或/和蓄电池组的电能通过整流逆变控制箱激励无线充电线圈与无人机上的无人机受电线圈发生磁耦合共振，为无人机上的储电池充电。

本发明还提供一种基于共振磁耦合、适用于输电线路巡检无人机的高可靠性无线供能方法，其包括以下步骤：

步骤1)：所述电流互感器将输电线路高压侧的高压交流电转换为低压交流电，所述低压交流电通过整流器转换为直流电，所述高频逆变器将直流电转换为高频共振交流电并输出至送电线圈，所述送电线圈与受电线圈在共振频率下产生共振磁耦合作用并将电能传送给受电线圈；

步骤2)：检测无线充电平台是否有无人机需要充电，若没有，则受电线圈的电能通过导线传输至蓄电池组，若有，则跳转至步骤3)；

步骤3)：判断高压母线电流大小，若高压母线电流≥300a时，则跳转至步骤4)，若高压母线电流＜100a时，则跳转至步骤5)，若高压母线电流的范围为100-300a，则跳转至步骤6)；

步骤4)：先检测蓄电池组的soc值，若soc值小于100％，受电线圈中的部分电能将对蓄电池组进行充电，受电线圈中的剩余电能通过整流逆变控制箱以100khz以上高频交流电激励无线充电线圈与无人机上的无人机受电线圈发生磁耦合共振，为无人机3上的储电池充电；若soc值等于100％，受电线圈中的全部电能通过整流逆变控制箱以100khz以上高频交流电激励无线充电线圈与无人机上的无人机受电线圈发生磁耦合共振，为无人机上的储电池充电；

步骤5)：检测蓄电池组的soc值，若soc值大于等于10％，蓄电池组的电能通过整流逆变控制箱以100khz以上高频交流电激励无线充电线圈与无人机上的无人机受电线圈发生磁耦合共振，为无人机3上的储电池充电；若soc值小于10％，受电线圈中的电能先对蓄电池组进行充电，待蓄电池组的soc值大于等于10％后，蓄电池组的电能通过整流逆变控制箱以100khz以上高频交流电激励无线充电线圈与无人机上的无人机受电线圈发生磁耦合共振，为无人机上的储电池充电；

步骤6)：检测蓄电池组的soc值，若soc值大于等于10％，蓄电池组和受电线圈1.1的电能通过整流逆变控制箱在共振磁耦合作用下激励无线充电线圈与无人机上的无人机受电线圈发生磁耦合共振，为无人机3上的储电池充电；若soc值小于10％，受电线圈的电能通过整流逆变控制箱在共振磁耦合作用下激励无线充电线圈与无人机上的无人机受电线圈发生磁耦合共振，为无人机上的储电池充电；其中，共振磁耦合作用是输电线路高压侧激励送电线圈与受电线圈在共振频率下共振产生的。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明利用共振磁耦合无线输电规律，提高无人机巡检距离，解决现有供电方式的不足；将本发明应用在输电线路上，无人机可以对整条输电线路进行准确巡检，在电量不足时落在杆塔上无线充电平台，通过共振磁耦合技术对无人机进行无线充电，待电量充足时继续巡检；通过共振磁耦合无线传递能量，解决了输电线路高压侧与低压侧的绝缘问题；无线充电平台通过无线充电线圈与无人机上的受电线圈进行耦合并采用共振磁耦合方式无线传递能量，增加了无人机的有效续航，解决了无人机充电的问题，提升了无人机的可靠性。

附图说明

图1为一种高可靠性无线供能系统的结构示意图；

图2为一种高可靠性无线供能方法的流程图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1所示，本发明一种基于共振磁耦合、适用于输电线路巡检无人机的高可靠性无线供能系统，包括无线取能单元与无线充电平台单元，所述无线取能单元包括电流互感器、整流器、高频逆变器、送电线圈1.2和受电线圈1.1，所述电流互感器、整流器、高频逆变器、送电线圈1.2依次连接，所述电流互感器、整流器、高频逆变器及送电线圈1.2安装在绝缘子串远离电力铁塔4的一端，所述受电线圈1.1安装在绝缘子串靠近电力铁塔的一端。所述无线充电平台单元包括无线充电线圈2.2和蓄电池组，所述受电线圈1.1的输出端分别与蓄电池组的输入端、整流逆变控制箱2.3的输入端连接，所述蓄电池组的输出端与整流逆变控制箱2.3的输入端连接；所述电流互感器将输电线路高压侧的高压交流电转换为低压交流电，所述低压交流电通过整流器转换为直流电，所述高频逆变器将直流电转换为高频共振交流电并输出至送电线圈1.2，所述送电线圈1.2与受电线圈1.1在共振频率下产生共振磁耦合作用并将电能传送给受电线圈1.1，所述受电线圈1.1为蓄电池组提供电能，所述受电线圈1.1的电能或/和蓄电池组的电能通过整流逆变控制箱2.3激励无线充电线圈2.2与无人机3上的无人机受电线圈发生磁耦合共振，为无人机3上的储电池充电。所述无线充电平台单元还包括固定在电力铁塔4上的支架2.1，所述无线充电线圈2.2和蓄电池组设置在支架2.1底部构成无线充电平台，所述整流逆变控制箱2.3固定在位于支架2.1下方的电力铁塔4上；所述支架2.1上还安装有超声波驱鸟器2.4，所述电力铁塔4上还安装有无线续传基站2.5，所述蓄电池组为超声波驱鸟器2.4、无线续传基站2.5提供电能。

本发明还提供一种基于共振磁耦合、适用于输电线路巡检无人机的高可靠性无线供能方法，如图2所示，其包括以下步骤：

步骤1)：电流互感器从输电线路高压侧感应取出电能，逆变器输出高频率交流电传送至送电线圈1.2，送电线圈1.2与受电线圈1.1达到频率共振并将电能传送给受电线圈1.1；

步骤2)：检测无线充电平台是否有无人机3需要充电，若没有，则受电线圈1.1的电能通过导线传输至蓄电池组，若有，则跳转至步骤3)；

步骤3)：判断高压母线电流大小，若高压母线电流≥300a时，则跳转至步骤4)，若高压母线电流＜100a时，则跳转至步骤5)，若高压母线电流的范围为100-300a，则跳转至步骤6)；

步骤4)：先检测蓄电池组的soc值，若soc值小于100％，受电线圈1.1中的部分电能将对蓄电池组进行充电，受电线圈1.1中的剩余电能通过整流逆变控制箱以100khz以上高频交流电激励无线充电线圈2.2与无人机3上的无人机受电线圈发生磁耦合共振，给无人机3上的储电池充电；若soc值等于100％，受电线圈1.1中的全部电能通过整流逆变控制箱以100khz以上高频交流电激励无线充电线圈2.2与无人机3上的无人机受电线圈发生磁耦合共振，给无人机3上的储电池充电；

步骤5)：蓄电池组为整流逆变控制箱供电，检测蓄电池组的soc值，若soc值大于等于10％，蓄电池组的电能通过整流逆变控制箱以100khz以上高频交流电激励无线充电线圈2.2与无人机3上的无人机受电线圈发生磁耦合共振，给无人机3上的储电池充电；若soc值小于10％，受电线圈1.1中的电能先对蓄电池组进行充电，待蓄电池组的soc值大于等于10％后，蓄电池组的电能通过整流逆变控制箱以100khz以上高频交流电激励无线充电线圈2.2与无人机3上的无人机受电线圈发生磁耦合共振，给无人机上的储电池充电；

步骤6)：检测蓄电池组的soc值，若soc值大于等于10％，蓄电池组和受电线圈1.1的电能通过整流逆变控制箱2.3在共振磁耦合作用下激励无线充电线圈2.2与无人机3上的无人机受电线圈发生磁耦合共振，给无人机3上的储电池充电；若soc值小于10％，受电线圈1.1的电能通过整流逆变控制箱2.3在共振磁耦合作用下激励无线充电线圈2.2与无人机3上的无人机受电线圈发生磁耦合共振，给无人机3上的储电池充电；其中，共振磁耦合作用是输电线路高压侧激励送电线圈1.2与受电线圈1.1在共振频率下共振产生的。

附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。