一种电能传输设备的制作方法

本发明涉及电力设备技术领域，具体涉及一种电能传输设备。

背景技术：

电能传输设备是一种传递电力的设备，已知的电能传输的设备(俄罗斯专利№2340064，公报33)，是将发电机电压通过高压变压器增加到1-1000千伏，然后馈送到受控的高速电流换向器，紧接着馈送到由电容和电感组成的串联谐振电路，形成高频高压变压器的初级绕组。谐振电路的电容充电至电压达到1-1000千伏，在谐振模式下且频率为0.4-1000千赫兹时进行放电。通过电感和高速电流断续器，在电流为1-500千安时，在10-1000微秒可在高频变压器磁场中累积发电机能量。断开初级绕组电流换向器电路，将存储的磁场能量转换成高频变压器次级绕组中的电能。将电压增加到10-100000千伏，并在谐振模式下将其传输给消费者。该设备包含一个输出电压为1-1000千伏的升压变压器，将其输入端连接到发电机，并与发电机拥有相同的频率，而输出端并联连接到受控的高速电流换向器，换向电流为1-500千安，电流脉冲持续时间为10-1000微秒。电流换向器与升压高频变压器的串联谐振电路并联连接，其谐振频率为0.4-1000千赫兹，单导线路电压为10-100000千伏。

另一种已知的电能传输的设备(俄罗斯专利№2273939，公报10)，在谐振模式下在地下或在水下通过单导绝缘电缆传输电能，其中谐振频率为50赫兹-50千赫兹，电压为1-1000千伏，电流密度为1-500安/平方毫米，特别是通过长为1-20000千米﹑横截面为0.01-1000平方厘米的多芯电缆传输电能时，电缆直径超过导体直径5-100倍。

在谐振模式下在地下或在水下传输电能时，另外一种已知的电能传输方式是通过沿着轴对称的单线波导传输，在密封的中空电介质圆柱型管道内充满绝缘气体，特别是六氟化硫，需要压力1-10千克/平方厘米。

还有一种传输电能的方式，是通过表面波的单个静电屏蔽和电绝缘波导传输，中空圆柱型屏蔽和密封电介质管道内充满绝缘气体。高压线可铺设在地下或水下，作为单线波导，长1-20000千米，横截面为0.01-1000平方厘米，轴对称地安装在直径为0.02-10米﹑由介质材料组成的管线内。为了增加传输电压和功率，波导由绝缘厚度为3-300毫米的电绝缘电缆制成，并且波导和管线间的空间填充有压力下的电绝缘气体，例如填充六氟化硫。高压线作为单线波导，长1-20000千米，横截面为0.01-1000平方厘米，轴对称地安装在直径为0.02-10米﹑由介质材料组成的管线内，并含有一个电屏蔽，是由大量相互电绝缘的未闭合圆柱型导电层组成，其总长度等于波导长度，每个导电层的长度为1-1000米。

再有一种已知的沿单导线传输电能的方法(专利№97117756)，是通过借助于具有有效放大元件的高频振荡器，获得高频电流，并将指定的电流提供给升压变压器的初级绕组，升压变压器次级绕组断开，单导传输线和负载连接到升压变压器。其特点是，使用升压变压器，其初级绕组为三级，它的抽头与高频振荡器的有效放大元件相连，形成自激振荡器，高频振荡器在三点电路上运行，在包含自激振荡器﹑升压变压器﹑单导传输线和负载的系统中，自动调节和维持谐振电振荡。这种情况下，单导传输线与升压变压器次级绕组的一端相连接，或者升压变压器补充添加一个单级绝缘元件，位于升压变压器内部或外部，用于收集升压变压器辐射的能量，而单导传输线连接到这个指定的元件上。

这些方法的缺点是负载(消费者)是谐振电路的一部分，负载的变化会影响电路的参数。鉴于此，输电线路上电压改变，相应地消费者的负载也会发生改变。此外，采用这些电能传输的方法，电路中电压在空载运行时的振荡，超过在负载下工作数值的几倍，因此，在输送设备中流动着相当大的无功电流，这大大消耗了发电机的电能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种电能传输设备，以实现降低电能传输过程中的能量损耗。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种电能传输设备，包括：

变频器，所述变频器的输入端与外部电源相连；

谐振电路，所述谐振电路的输入端与所述变频器的输出端相连，用于采用高频谐振震荡的方式传递所述变频器输出的电能；

转换电路，所述转换电路的输入端与所述谐振电路的输出端相连，所述转换电路的输出端与负载相连，用于对由所述谐振电路输出的交流电进行ac-dc/dc-ac流转换，并将转换后的信号提供给负载。

可选的，上述电能传输设备中，所述变频器至少包括：

控制器、功率级联和反馈单元；

所述控制器用于将所述反馈单元的输出的采样信号与设定值进行比较，依据比较结果输出用于控制所述功率级联的工作状态的控制信号，以使得所述功率级联的输出频率与所述电能传输设备中的输电线的谐振频率同步；

所述功率级联用于响应所述控制器的控制信号，将所述外部电源的输入信号转换并输出，所述功率级联输出信号的频率与所述控制器输出的控制信号相匹配；

所述反馈单元，用于对所述功率级联的输出频率进行采样，将采样得到的采样信号发送给所述控制器。

可选的，上述电能传输设备中，所述变频器还包括：

负载稳定单元，所述负载稳定单元用于对所述转换电路的输出电压进行采样，将采样的到的采样电压发送给所述控制器；

所述控制器还用于：将所述负载稳定单元的输出的采样电压与设定电压进行比较，依据比较结果调整所述功率级联的输出电压。

可选的，上述电能传输设备中，所述谐振电路至少包括：

第一谐振线圈，所述第一谐振线圈的第一端与所述功率级联的正输出端相连；

第一电容器，所述第一电容器的第一端与所述第一谐振线圈的第二端相连，所述第一电容器的第二端与所述功率级联的负输出端相连；

第一变压器，所述第一变压器的主绕组的第一端与所述第一谐振线圈的第二端相连，所述第一变压器的主绕组的第二端接地或绝缘电容，所述第一变压器的次级绕组与所述转换电路输入端相连。

可选的，上述电能传输设备中，所述谐振电路至少包括：

第二电容器，所述第二电容器的第一端与所述功率级联的正输出端相连；

第二变压器，所述第二变压器的主绕组的第一端与所述第二电容器的第一端相连，所述第一变压器的主绕组的第二端与所述功率级联的负输出端相连；

第三变压器，所述第三变压器的主绕组的第一端与所述第二变压器的次级绕组的第一端相连，所述第三变压器的主绕组的第一端以及所述第二变压器的次级绕组的第二端接地或绝缘电容；所述第三变压器的次级绕组与所述转换电路输入端相连。

可选的，上述电能传输设备中，所述转换电路为整流器或逆变器。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的电能传输设备在传输电能时，电能传输设备首先通过变频器对外部电源所提供的电信号进行转换，并采用谐振电路进行信号传输，将高频震荡信号传递给转换电路，所述转换电路再将高频震荡信号转换为与负载相匹配的电信号提供给负载，降低了电能在传递过程中的损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的电能传输设备的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的电能传输设备的变频器的结构示意图；

图3为本申请另一实施例公开的电能传输设备的变频器的结构示意图；

图4为本申请另一实施例公开的电能传输设备的结构示意图；

图5为本申请另一实施例公开的电能传输设备的结构示意图；

图6为本申请另一实施例公开的电能传输设备的结构示意图；

图7为本申请另一实施例公开的电能传输设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了降低电能传输设备在对电能进行传输时，所产生的电能消耗，本申请公开了一种电能传输设备，参见图1，所述电能传输设备包括：

变频器100，所述变频器100的输入端与外部电源相连，所述变频器100用于：依据设定工况对由外部电源采集到的电能进行转换并输出，优选的，为了提高传输电能的能力，在本申请实施例公开的技术方案中所述变频器100的输出电压可以为与所述电能传输设备的输电线路所能承载的最大值，即，所述变频器100通过自反馈的控制方式将输电线中的电压值保持在最大负载的恒定水平上；

谐振电路200，所述谐振电路200的输入端与所述变频器100的输出端相连，用于采用高频谐振震荡的方式传递所述变频器100输出的电能，其中，所述谐振电路200用于采用高频震荡的方式对所述变频器100输出的电信号进行传递，并且，经研究表明，震荡电路在对电能进行传递时，电能在传递过程中所产生的损耗较低；

转换电路300，所述转换电路300的输入端与所述谐振电路200的输出端相连，所述转换电路300的输出端与负载相连，用于对由所述谐振电路200输出的交流电进ac-dc/dc-ac流转换，并将转换后的信号提供给负载。

在本申请上述实施例公开的技术方案中，所述电能传输设备首先通过变频器100对外部电源所提供的电信号进行转换，并采用谐振电路200进行信号传输，将高频震荡信号传递给转换电路300，所述转换电路300再将高频震荡信号转换为与负载相匹配的电信号提供给负载，降低了电能在传递过程中的损耗。

进一步的，在本申请上述实施例公开的技术方案中，为了进一步降低传输过程中的电能损耗，所述变频器100输出信号的震荡频率可以与电能传输设备中的传输线路的谐振频率相匹配，具体的，在本申请实施例公开的技术方案中，参见图2，所述变频器100至少包括：

控制器110、功率级联120和反馈单元130；

所述控制器110用于将所述反馈单元130的输出的采样信号与设定值进行比较，依据比较结果输出用于控制所述功率级联120的工作状态的控制信号，以使得所述功率级联120的输出频率与所述电能传输设备中的输电线的谐振频率同步；

所述功率级联120用于响应所述控制器110的控制信号，将所述外部电源的输入信号转换并输出，所述功率级联120输出信号的频率与所述控制器110输出的控制信号相匹配；

所述反馈单元130，用于对所述功率级联120的输出频率进行采样，将采样得到的采样信号发送给所述控制器110。

在方案实施过程中，所述反馈单元130对所述功率级联120的输出信号的震荡频率进行采样，将采样结果发送给所述控制器110，所述控制器110将采样得到的震荡频率与设定值进行比较，依据比较结果输出用于控制所述功率级联120的工作状态的控制信号，以使得所述功率级联120的输出频率与所述电能传输设备中的输电线的谐振频率同步，在这里，所述预设值可以指的是所述电能传输设备中的输电线的谐振频率，或谐振电路200的谐振频率，当然也可以指的是两者的均值或者是两者依据预设权重占比得到的谐振频率。

在本申请另一实施例公开的技术方案中，所述电能传输设备中的输电线的规格相同，例如，所述第一电容器220的一端与所述第一变压器的主绕组230的第一端之间的输电线。

进一步的，为了保证负载的输入电压稳定，参见图3，所述变频器100还包括：

负载稳定单元140，所述负载稳定单元140用于对所述转换电路300的输出电压进行采样，将采样的到的采样电压发送给所述控制器110；所述控制器110还用于：将所述负载稳定单元140的输出的采样电压与设定电压进行比较，依据比较结果调整所述功率级联120的输出电压，其中，所述功率级联120在执行本操作时的优先级，高于变频器100中的功率级联120通过自反馈的控制方式将输电线中的电压值保持在最大负载的恒定水平上的优先级。

本申请还公开了一种所述谐振电路200的具体结构，与图2提供的实施例相匹配，参见图4，所述谐振电路200至少包括：

第一谐振线圈210，所述第一谐振线圈210的第一端与所述功率级联120的正输出端相连；

第一电容器220，所述第一电容器220的第一端与所述第一谐振线圈210的第二端相连，所述第一电容器220的第二端与所述功率级联120的负输出端相连；

第一变压器，所述第一变压器的主绕组230的第一端与所述第一谐振线圈210的第二端相连，所述第一变压器的主绕组230的第二端接地或绝缘电容，所述第一变压器的次级绕组240与所述转换电路300输入端相连。

其中，所述第一电容器220的一端与所述第一变压器的主绕组230的第一端之间通过输电线7相连，所述第一电容器220的一端与所述控制器110的输入端之间通过输电线6相连。

在图4给出的电能传输设备工作时，电能传输通过电能传输设备中的高频谐振振荡电路传输进行，该电路由谐振电路200﹑变压器﹑和它们之间相连的单导输电线组成。电源电压的通过频率从所述反馈电路处进行电压反馈转换，本实施例为了将输电线中的输出电压值保持在最大负载的恒定水平上，还进行了频率反馈转换，以使得使所述变频器100的与输出谐振电路200及输电线的谐振频率同步。

与图3提供的实施例相匹配，参见图5，

所述变频器100包括：控制器110、功率级联120、反馈单元130和负载稳定单元140；

所述谐振电路200至少包括：第一谐振线圈210、第一电容器220、第一变压器、输电线7、输电线6；

在图5给出的电能传输设备工作时，电能传输通过电能传输设备中的高频谐振振荡电路传输进行，该电路由谐振电路200﹑变压器﹑和它们之间相连的单导输电线组成。电源电压通过频率进行三次反馈转换，第一次是电压反馈在所述功率级联120内部完成，为了将输电线中的电压值保持在最大负载的恒定水平上，第二次是频率反馈是由所述控制器110、反馈单元130以及功率级联120共同完成的，为了使变频器100的输出信号的震荡频率与输出谐振电路200及输电线的谐振频率同步，第三次反馈是由所述负载稳定单元140以及功率级联120共同完成的，是为了负载中电压的稳定。

本申请还另外公开了一种所述谐振电路200的具体结构，与图2提供的实施例相匹配，参见图6，所述谐振电路200至少包括：

第二电容器250，所述第二电容器250的第一端与所述功率级联120的正输出端相连；

第二变压器，所述第二变压器的主绕组260的第一端与所述第二电容器250的第一端相连，所述第一变压器的主绕组230的第二端与所述功率级联120的负输出端相连；

第三变压器，所述第三变压器的主绕组280的第一端与所述第二变压器的次级绕组270的第一端相连，所述第三变压器的主绕组280的第一端以及所述第二变压器的次级绕组270的第二端接地或绝缘电容；所述第三变压器的次级绕组290与所述转换电路300输入端相连。

在图6给出的电能传输设备工作时，电能传输通过电能传输设备中的高频谐振振荡电路传输进行，该电路由第二变压器、第三变压器﹑和它们之间相连的单导输电线组成。电源电压的通过频率从所述反馈电路有所述第一变压器输出端处进行电压反馈转换，本实施例为了将输电线中的输出电压值保持在最大负载的恒定水平上，还进行了频率反馈转换，以使得使所述变频器100的与输出谐振电路200及输电线的谐振频率同步。

与图3提供的实施例相匹配，参见图7，所述变频器100包括：控制器110、功率级联120、反馈单元130和负载稳定单元140；

所述谐振电路200至少包括：第二电容器250、第二变压器、第三变压器。

在图7给出的电能传输设备工作时，电能传输通过电能传输设备中的高频谐振振荡电路传输进行，该电路由第二变压器、第三变压器﹑和它们之间相连的单导输电线组成。电源电压的通过频率从所述反馈电路有所述第一变压器输出端处进行电压反馈转换，本实施例为了将输电线中的输出电压值保持在最大负载的恒定水平上，还进行了频率反馈转换，以使得使所述变频器100的与输出谐振电路200及输电线的谐振频率同步。

在本申请上述实施例给出的技术方案中，所述转换电路300可以为整流器或逆变器。

在本申请上述实施例给出的技术方案中，在图6或图7所对应的实施例中，所述外部电源可以指的是电网、太阳能电池、蓄电池等，在设备工作时，电能从电网﹑太阳能电池﹑蓄电池等传送到变频器100上，然后通过第二电容器250输送到升压第二变压器(在本申请实施例公开的技术方案中，各个变压器均为高频谐振变压器)的低压绕组(主绕组)，或者是，在图4或图5所对应的实施例中，在设备工作时，电能从电网﹑太阳能电池﹑蓄电池等传送到变频器100上，然后输送到由第一电容器220、谐振线圈和第一变压器组成的串联谐振电路200。所述第一变压器的高压绕组(主绕组)通过自身的高压输出，连接到单导输电线7。第一变压器高压绕组11的低势能输出通过电容器或没有电容器进行接地。在本申请上述实施例公开的技术方案中，各个变压器或输电线路的谐振频率为1千赫兹——100千赫兹之间的任意值。单导输电线7的电压为0.5千伏——100千伏之间的任意值。

一个或多个负载通过逆变器连接到单导输电线，第一变压器或第三变压器的输出绕组(次级绕组)连接转换电路300(整流器或逆变器)，整流器或逆变器可以设置有标准输出电压。

电能传输通过电路中的高频谐振振荡传输进行，该电路由谐振电路200﹑谐振变压器﹑和它们之间相连的单导输电线组成。电源电压通过频率进行三次反馈转换，第一次是电压反馈，为了将输电线中的电压值保持在最大负载的恒定水平上，第二次是频率反馈，为了使主控振荡器与输出谐振电路200及输电线的谐振频率同步，第三次反馈是为了负载中电压的稳定。

通过上述方案，本申请所提供的电能传输设备的效果在于：

提高效率，增加从能源到消费者电能输送的距离，减少有色金属的消耗，且不论负载如何都能加强传输电压的稳定性。电能传输通过电路中的高频谐振振荡传输进行，该电路由变频器100﹑升压谐振变压器(第二变压器)﹑单导输电线和降压高频变压器(第一变压器或第三变压器)组成。变频器100具有电压反馈，为了将输电线中的输出电压值保持在最大负载的恒定水平上，还具有频率反馈，为了使变频器100的输出信号的振荡频率与输出变压器及输电线的谐振频率同步。

综上本申请发明能够将来自能源的电能转换为高频高压，且通过单导线将电能输送到安装向下变频器100的消费者。提高了电能的传输效率，能够增加从能源到消费者电能输送的距离，减少输电线中有色金属的消耗。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。