一种应用于高压输电线路在线监测设备的无线供电系统的制作方法

1.本实用新型涉及无线供电技术领域，并且更具体地，涉及一种应用于高压输电线路在线监测设备的无线供电系统。


背景技术：

2.高压输电线路作为电力系统的一环，其正常的工作状态对电网的稳定运行至关重要。在线监测设备能够代替人力，对输电线路的工作状态进行全方位、多功能的实时监测，对输电线路进行故障排查，并且及时反馈监测数据，降低了高压输电线路出现故障从而导致线路瘫痪的风险。
3.然而，由于工作于高压、强磁等恶性条件下，在线监测设备的供电问题成为了亟待解决的重要问题之一。目前对于高压输电线路的在线监测设备采用的传统供电方式主要包括不间断电源、电池以及稳压源等。但这些方式存在诸多缺点，例如电池的供电寿命较短，需要频繁更换，而其他供电方式如太阳能、激光等还存在体积大、造价高、负载有限等制约因素。而无线供电技术作为电力领域一项新型的电能传输技术，其无导线式的电能传输方式不像传统有线供电方式，易受恶劣环境如雨雪天气等的影响，更适用于高压输电线路在线监测设备的供电环节。
4.因此，如何针对高压输电线路中在线监测设备提供一种可靠性高且造价适宜的供电装置是急需解决的问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述诸如如何针对高压输电线路中在线监测设备提供一种可靠性高且造价适宜的供电装置的技术问题，提出了本实用新型。本实用新型的实施例提供了一种应用于高压输电线路在线监测设备的无线供电系统，包括：无线供电功率发射模块、中继模块和无线供电功率接收模块；
6.其中，无线供电功率发射模块的输入端与电网的电能输出端连接，无线供电功率发射模块的输出端与中继模块的输入端连接，中继模块的输出端与无线供电功率接收模块的输入端连接，无线供电功率接收模块的输出端与在线监测设备相连。
7.优选地，其中无线供电功率发射模块包括pfc、高频逆变器和能量发射线圈，中继模块包括若干个中继线圈，无线供电功率接收模块包括高频整流器、能量接收线圈和稳压电路；
8.其中，pfc安装于电网电能输出端，高频逆变器安装于绝缘子的能量发射端，能量发射线圈、能量接收线圈以及若干个中继线圈依次安装于绝缘子的大伞裙下，高频整流器和稳压电路安装于绝缘子的能量接收端；
9.其中，高频逆变器的输入端与pfc输出相连，高频逆变器的输出端与能量发射线圈相连，高频整流器的输入端与能量接收线圈相连，高频整流器的输出端与稳压电路的输入端相连，稳压电路的输出端与在线监测设备相连。
10.优选地，若干个中继线圈皆串联一个谐振电容，且谐振电容参数均相同。
11.优选地，能量发射线圈、能量接收线圈和若干个中继线圈均为由利兹线绕制而成的平面螺旋线圈，且参数均相同。
12.优选地，中继线圈为多米诺线圈。
13.优选地，无线供电系统还包括：发射端补偿网络，设置于高频逆变器和能量发射线圈之间，用于对能量发射线圈进行谐振补偿。
14.优选地，无线供电系统还包括：接收端补偿网络，设置于能量接收线圈和高频整流器之间，用于对能量接收线圈进行谐振补偿。
15.优选地，无线供电系统还包括：若干个中继线圈的补偿网络，与中继线圈相连，用于对中继线圈进行谐振补偿。
16.优选地，能量传输线圈安装于现有的绝缘子的大伞裙下，无需重新定制绝缘子。
17.优选地，采用磁耦合谐振式的多级无线电能传输，提高了传输距离和传输效率。
18.本实用新型提出的应用于高压输电线路在线监测设备的无线供电系统，通过磁耦合谐振式无线电能传输技术对高压输电线路的在线监测设备进行安全可靠供电，通过将多级能量线圈置于绝缘子的绝缘伞裙下，一方面使传能线圈相互平行，减少漏磁，另一方面有利于后期检修维护。相较于传统有线式供电，本磁耦合无线供电系统传输距离远、可靠性高、易于安装使用和维护，可以解决传统有线供电方式中导线易受极端天气影响的问题。此外，无线供电系统可以置于绝缘子中，解决了太阳能供电方式中光伏电板体积较大且安装不易的问题，无线供电系统也不似激光供电造价昂贵，大大提高了实用性。
附图说明
19.通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本实用新型的示例性实施方式：
20.图1为本技术实施例提供的将无线供电系统中的各个结构与电网、绝缘子和在线监测设备连接后的示意图；
21.图2为本技术实施例提供的无线供电系统的结构示意图；
22.图3为本技术实施例提供的中继模块所用线圈的结构示意图；
23.图4为本技术实施例提供的无线供电系统中的各个结构与电网、绝缘子和在线监测设备的连接关系的示意图。
具体实施方式
24.现在参考附图介绍本实用新型的示例性实施方式，然而，本实用新型可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本实用新型，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本实用新型的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
25.除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
26.与本实用新型有关术语解释如下：
27.术语1、磁耦合谐振式无线电能传输：无线电能传输是通过发射器将电能转化为其它形式的中继能量，如电磁场能、激光、微波及机械波等，隔空传输一段距离后，再通过接收器将中继能量转换为电能，实现电能无线传输。根据能量传输过程中，中继能量形式的不同，可分为磁(场)耦合式、电(场)耦合式、电磁辐射式和机械波耦合(超声波耦合)式。磁耦合谐振式无线电能传输，是指能量无线传输过程中，发生强磁耦合谐振。强耦合谐振现象的发生依赖于谐振腔，谐振腔工作原理类似音叉共振：同等能量输入下，当激励频率为谐振腔固有频率时，谐振腔发生强磁耦合谐振，谐振腔内电流幅值是非谐振时的数倍(与品质因数有关)，谐振腔周围磁场强度加强。得益于强磁耦合谐振，磁耦合谐振式无线电能传输可在较大传输距离下实现较高效率无线电能传输。
28.术语2、多米诺线圈：多米诺线圈是在原来的双线圈基础之上，在发射端和接收端之间加入多个尺寸、参数跟原线圈完全一致的中继线圈，工作时发射线圈、多个中继线圈、接收线圈均处在谐振的状态。
29.图1是本实用新型一示例性实施例提供的将无线供电系统中的各个结构与电网、绝缘子和在线监测设备连接后的示意图，图2是本实用新型一示例性实施例提供的无线供电系统的结构示意图。结合图1和图2所示，本实用新型所提出的应用于高压输电线路在线监测设备的无线供电系统，包括：无线供电功率发射模块、中继模块和无线供电功率接收模块；其中，无线供电功率发射模块的输入端与电网的电能输出端连接，无线供电功率发射模块的输出端与中继模块的输入端连接，中继模块的输出端与无线供电功率接收模块的输入端连接，无线供电功率接收模块的输出端与在线监测设备相连。
30.优选地，如图1和图2所示，无线供电功率发射模块包括pfc、高频逆变器和能量发射线圈，中继模块包括若干个中继线圈，无线供电功率接收模块包括高频整流器、能量接收线圈和稳压电路；pfc安装于电网电能输出端，高频逆变器安装于绝缘子的能量发射端，能量发射线圈、能量接收线圈以及若干个中继线圈依次安装于绝缘子的大伞裙下，高频整流器和稳压电路安装于绝缘子的能量接收端；高频逆变器的输入端与pfc输出相连，高频逆变器的输出端与能量发射线圈相连，高频整流器的输入端与能量接收线圈相连，高频整流器的输出端与稳压电路的输入端相连，稳压电路的输出端与在线监测设备相连。
31.在本实用新型实施例中，如图1所示，本实用新型的工程应用场景是一种应用于高压输电线路在线监测设备的无线供电系统，该系统包括三个部分，无线供电功率发送模块，中继线圈模块，无线供电功率接收模块。
32.在本实用新型实施例中，如图2所示，无线供电功率发送模块主要包括pfc，功率因数校正后的直流电压作为逆变级的输入，高频逆变电路将能量转变为高频电磁场，然后由能量发射线圈发射至周围空间中，然后由中继线圈模块通过多米诺线圈进行能量传输，最后由无线供电功率接收模块的能量接收线圈接收，再经过高频整流电路、稳压电路得到稳定的输出，作为在线监测设备的稳定供电来源。
33.优选地，若干个中继线圈皆串联一个谐振电容，且谐振电容参数均相同。
34.优选地，能量发射线圈、能量接收线圈和若干个中继线圈均为由利兹线绕制而成的平面螺旋线圈，且参数均相同。
35.优选地，中继线圈为多米诺线圈。
36.其中，每个能量传输线圈的参数均相同，其配置的谐振电容参数也相同。
37.在本实用新型实施例中，如图3所示，本技术实施采用利兹线绕制而成的平面螺旋线圈，利兹线可以有效减小高频损耗，同时平面结构绕制方便，占空间小，无需定制绝缘子，可直接安置于绝缘子的绝缘伞裙下，此种安装方式也易于后期进行维护和检修。
38.需要说明的是，本实施例的中继线圈为多米诺线圈，具体个数根据传能距离和功率的需求来确定，以便适合具体运行场合。
39.优选地，能量发射线圈、能量接收线圈和若干个中继线圈统称为能量传输线圈，并且能量传输线圈安装于现有的绝缘子的大伞裙下，无需重新定制绝缘子。
40.优选地，采用磁耦合谐振式的多级无线电能传输，提高了传输距离和传输效率。
41.在本实用新型实施例中，如图4所示，无线供电系统还包括发射端补偿网络、若干个中继线圈的补偿网络和接收端补偿网络。这些补偿网络均为ss补偿网络。其中，发射端补偿网络设置于高频逆变器和能量发射线圈之间，用于对能量发射线圈进行谐振补偿。接收端补偿网络设置于能量接收线圈和高频整流器之间，用于对能量接收线圈进行谐振补偿。若干个中继线圈的补偿网络分别与中继线圈相连，用于对中继线圈进行谐振补偿。
42.从而，本技术实施例采用ss补偿网络对能量线圈(包括：能量发射线圈、能量接收线圈和若干个中继线圈)进行谐振补偿，可以分别实现恒定电压和恒定电流输出，满足不同负载对电压和电流的要求，另一方面可以使线圈工作于相同的谐振频率点，在共振的工作状态下，绝大部分能量只会在共振体之间进行交换，而非共振体之间的能量交换非常少，因此极大的提高了能量传输的效率以及传输距离。
43.从而，本实用新型提出的应用于高压输电线路在线监测设备的无线供电系统，通过磁耦合谐振式无线电能传输技术对高压输电线路的在线监测设备进行安全可靠供电，通过将多级能量线圈置于绝缘子的绝缘伞裙下，一方面使传能线圈相互平行，减少漏磁，另一方面有利于后期检修维护。相较于传统有线式供电，本磁耦合无线供电系统传输距离远、可靠性高、易于安装使用和维护，可以解决传统有线供电方式中导线易受极端天气影响的问题。此外，无线供电系统可以置于绝缘子中，解决了太阳能供电方式中光伏电板体积较大且安装不易的问题，无线供电系统也不似激光供电造价昂贵，大大提高了实用性。
44.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
45.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。