一种高压输电线路在线监测设备可持续无线供电方法与流程

1.本发明属于无线供电技术领域，具体涉及一种高压输电线路在线监测设备可持续无线供电方法。


背景技术：

2.无线电能传输(wireless power transfer，wpt)技术借助空间中的能量载体(如电场、磁场、微波、电磁波等)，将电能由电源侧传递到负载侧。其中，感应式wpt技术作为一种安全、可靠的非接触式供电技术，可解决传统有线电能传输设备的诸多缺陷，避免了传统拔插系统存在的接触火花，漏电等安全问题，并使人类应用电能的方式更加灵活。目前，该技术已被广泛应用于人体植入医疗设备，感应式加热器，电动车以及手机等移动设备的无线充电平台。
3.随着wpt技术的不断发展，其传输的距离比较远，为了实现远距离无线电能传输，通常会加入中继线圈，利用中继线圈的磁耦合谐振来实现远距离能量传输。
4.随着智能电网的不断发展，采用高压输电线路在线监测设备提前发现输电线路上的故障并进行预警是实现智能监测的重要一环。现有的高压输电线路在线监测设备供电方式通常采用新能源加储能设备的方案进行供电，但新能源发电供电受外界条件限制，且供电不稳定，增加了储能设备的使用频率，这会降低储能设备的使用寿命。因此提供一种稳定、可靠、高效的供电方式是高压输电线路在线监测设备亟待解决的一大难题。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供了一种高压输电线路在线监测设备可持续无线供电方法，具体技术方案如下：
6.一种高压输电线路在线监测设备可持续无线供电方法，包括以下步骤，
7.步骤s1，搭建n线圈无线供电系统，将取能线圈放置在高压输电线路上，将取能线圈、第一整流器以及第一dc-dc变换器依次连接；将发射补偿网络与第一dc-dc变换器连接，并且将发射补偿网络与中继补偿网络磁耦合，将接收补偿网络与中继补偿网络磁耦合，接收补偿网络与第二整流器、负载电阻依次连接，并且在第二整流器后依次连接有第二dc-dc变换器和储能设备；
8.步骤s2，根据负载电阻r
l
，计算第二整流器交流输入侧等效负载r
eq
；
9.步骤s3，根据n线圈无线供电系统的等效电路模型，计算其传输效率模型；
10.步骤s4，根据n线圈无线供电系统的传输效率模型，求解出当传输效率最大时对应的最优等效负载以及对应的负载电阻上的额定电流；
11.步骤s5，采集负载电阻上流过的实时电流，并将其与负载电阻上的额定电流比较，若负载电阻上流过的实时电流大于负载电阻上的额定电流，则控制储能设备进行充电，若负载电阻上流过的实时电流小于负载电阻上的额定电流，则控制储能设备进行放电，维持负载电阻上流过的实时电流等于负载电阻上的额定电流。
12.优选地，还包括步骤s6，计算第一dc-dc变换器的输出电压v
dc
，调节第一dc-dc变换器占空比，保持第一dc-dc变换器的输出直流电压v
dc
不变。
13.优选地，所述第一dc-dc变换器的输出电压v
dc
通过以下方式计算：
[0014][0015]
其中：t为工频周期，ω为工频下的角频率，i
p
为输电线路交流母线电流，n为取能线圈匝数，t
sat
为磁芯饱和时间，r'为ct取电单元后级电路等效负载。
[0016]
优选地，所述步骤s2中第二整流器交流输入侧等效负载r
eq
通过以下方式计算：
[0017][0018]
优选地，所述步骤s3中n线圈无线供电系统的传输效率模型的计算方式如下：
[0019]
根据n线圈无线供电系统的等效电路模型列写kvl回路方程，求其各个回路电流：
[0020][0021]
根据矩阵分析相关理论，可求各回路电流为：i＝z-1
v；其中：
[0022][0023][0024]
则n线圈无线供电系统的传输效率模型为：
[0025][0026]
其中，po为系统的输出有功功率；p
in
为系统的输入的有功功率。
[0027]
优选地，所述步骤s4中传输效率最大时对应的最优等效负载通过以下方式计算：
[0028][0029]req-opt
为上式求导等于零后的解，即最优等效负载。
[0030]
优选地，所述步骤s4中负载电阻上的额定电流通过以下方式计算：
[0031]
其中：uo为负载侧直流输出电压。
[0032]
本发明的有益效果为：本发明的供电方法基于交流母线电流变化情况，通过检测负载输出电流的大小来决定储能单元中储能设备的充放电状态，使系统始终保持在不间断工作状态并且高效运行，有效改善了高压输电线路在线监测设备充电过程中效率较低的问题。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0034]
图1为本发明的流程示意图；
[0035]
图2为本发明的无线供电系统结构示意图；
[0036]
图3为本发明的无线供电系统电路拓扑图。
具体实施方式
[0037]
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。
[0038]
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0039]
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0040]
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0041]
如图1所示，本发明的具体实施方式提供了一种高压输电线路在线监测设备可持续无线供电方法，包括以下步骤，
[0042]
步骤s1，搭建n线圈无线供电系统，如图2-3所示，将取能线圈放置在高压输电线路上，将取能线圈、第一整流器以及第一dc-dc变换器依次连接；将发射补偿网络与第一dc-dc变换器连接，并且将发射补偿网络与中继补偿网络磁耦合，将接收补偿网络与中继补偿网络磁耦合，接收补偿网络与第二整流器、负载电阻依次连接，并且在第二整流器后依次连接有第二dc-dc变换器和储能设备。发射补偿网络包括全桥逆变器、发射线圈l1和串联谐振电容c1；所述全桥逆变器与第一dc-dc变换器连接，所述全桥逆变器、发射线圈l1和串联谐振电容c1依次连接；发射线圈l1的寄生内阻为r1。中继补偿网络包括中继线圈l
2-l
n-1
，发射线圈l1与中级线圈l2耦合，其互感为m
12
；中继线圈l2、中继线圈l3、
……
、直端中继线圈l
n-1
相互之间磁耦合，其互感分别为m
23
、m
34
、
……
、m
(n-2)(n-1)
；各个中继线圈分别连接各自的谐振补偿电容c2、c3、
……
、直至末端的中继线圈l
n-1
连接对应的谐振补偿电容c
n-1
；中继线圈l
2-l
n-1
的寄生
内阻分别为r
2-r
n-1
。接收补偿网络包括接收线圈ln，接收线圈ln与中继线圈l
n-1
耦合，接收线圈ln和串联谐振电容cn串联，且其寄生内阻为rn；中继线圈l
2-l
n-1
分别固定在绝缘子的伞裙里面。
[0043]
步骤s2，根据负载电阻r
l
，计算第二整流器交流输入侧等效负载r
eq
；第二整流器交流输入侧等效负载r
eq
通过以下方式计算：
[0044][0045]
步骤s3，根据n线圈无线供电系统的等效电路模型，计算其传输效率模型；n线圈无线供电系统的传输效率模型的计算方式如下：
[0046]
根据n线圈无线供电系统的等效电路模型列写kvl回路方程，求其各个回路电流：
[0047][0048]
根据矩阵分析相关理论，可求各回路电流为：i＝z-1
v；其中：
[0049][0050][0051]
则n线圈无线供电系统的传输效率模型为：
[0052][0053]
其中，po为系统的输出有功功率；p
in
为系统的输入的有功功率。
[0054]
步骤s4，根据n线圈无线供电系统的传输效率模型，求解出当传输效率最大时对应的最优等效负载以及对应的负载电阻上的额定电流；传输效率最大时对应的最优等效负载通过以下方式计算：
[0055][0056]req-opt
为上式求导等于零后的解，即最优等效负载。
[0057]
负载电阻上的额定电流通过以下方式计算：
[0058][0059]
其中：uo为负载侧直流输出电压。
[0060]
步骤s5，采集负载电阻上流过的实时电流，并将其与负载电阻上的额定电流比较，若负载电阻上流过的实时电流大于负载电阻上的额定电流，则控制储能设备进行充电，若负载电阻上流过的实时电流小于负载电阻上的额定电流，则控制储能设备进行放电，维持负载电阻上流过的实时电流等于负载电阻上的额定电流。
[0061]
步骤s6，计算第一dc-dc变换器的输出电压v
dc
，调节第一dc-dc变换器占空比，保持第一dc-dc变换器的输出直流电压v
dc
不变。第一dc-dc变换器的输出电压v
dc
通过以下方式计算：
[0062][0063]
其中：t为工频周期，ω为工频下的角频率，i
p
为输电线路交流母线电流，n为取能线圈匝数，t
sat
为磁芯饱和时间，r'为ct取电单元后级电路等效负载，且r'＝v
dc
/i1，i1为流过发射补偿网络的电流。
[0064]
本发明基于交流母线电流变化情况，通过检测负载输出电流的大小来决定储能单元中储能设备的充放电状态，使系统始终保持在不间断工作状态并且高效运行，有效改善了高压输电线路在线监测设备充电过程中效率较低的问题。
[0065]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0066]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
[0067]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。