[发明专利]一种基于无线电能传输技术的高压取电及供电系统

说明书

技术领域

本发明公开了一种无线电能传输工程应用系统，具体是一种基于无线电能传输技术的高压取电及供电系统。

背景技术

高压线路上温度在线监测装置，巡检机器人，视频摄像头等检测设备的供电问题成为目前高压线路在线监测亟待解决的重要问题之一，目前国内外多半采用更换电池的方法为这些设备提供连续性电能，但由于电池供电周期短，且高压线路节点很多，所以更换起来很不方便，耗时耗力且花费很大，在现有高压监测设备供电方案中越来越不被看好。

还有少部分较先进的高压监测设备供电方法采用高压输电导线直接取电供给方式，再通过电能转换装置由光纤传导供给监测设备，此类方法既考虑了高压导线取电供电的绝缘性问题，又避免了间歇性换电池造成的各种不便，为国内外众多科研机构所推崇。

但此方案存在一个严重的问题，就是用光纤作为传播介质易折断，安装和连接需要很细的工艺，并且经受不住外界大风冰雪等严峻的环境考验，在实际应用中缺乏安全性、稳定性和可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无线电能传输技术的高压取电及供电系统，该可直接从高压线路上取电并可为高压线路在线监测设备提供长距离、高可靠性、高绝缘度、连续性供电。该系统既能满足监测设备连续性供电的需求，又能解决高压供电中的绝缘性问题，且安装方便，供电稳定可靠，不受外界环境变化的影响。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于无线电能传输技术的高压取电及供电系统，该系统包括：

高压线路直接取电装置，安装于高压线路上，利用电磁感应原理，将线路圆周上变化的磁场转化为电能，直接作为系统的初始电能；

大功率工频逆变系统，将上述获得的初始电能逆变为工频交流电；

转换电路，将上述获得的工频交流电转换为无线电能传输能量发射系统所需的输入电压；

无线电能传输能量发射系统，包括高频振荡电路和能量发射线圈，用于产生高频电磁能量场；

能量接收系统，用于接收能量发射系统产生的高频电磁能量场，并将其转化为高频电能；

负载系统，接收上述高频电能，并匹配负载所需电能，为负载供电。

所述高压线路直接取电装置和大功率工频逆变系统之间还包括整流稳压电路，用于产生稳定的直流电压。所述整流稳压电路采用全桥不可控整流电路将高压线路直接取电装置获得的电能整流为直流电，所述全桥不可控整流电路通过串联滤波电感及并联超级电容将直流电稳定。

所述转换电路包括工频变压器电路和升压电路，所述工频变压器电路和升压电路将工频交流电转换为无线电能传输能量发射系统所需的二路输入电压，所述工频变压器电路由低压变压器组成，所述升压电路由电解电容、二极管组成电容-二极管式升压电路。

所述无线电能传输能量发射系统的高频振荡电路为电子管—Colpitts电容三点式高频振荡电路，其包括811式电子管、高频高耐压陶瓷振荡电容及可调高频高耐压真空电容，所述811式电子管、高频高耐压陶瓷振荡电容及可调高频高耐压真空电容并联，高频振荡电路的振荡频率通过调节可调高频高耐压真空电容改变。

所述能量接收系统由能量接收线圈、谐振频率补偿电容和能量耦合线圈组成，所述谐振频率补偿电容为可调高频高耐压真空电容，所述能量耦合线圈为单匝空心铜管，所述电磁接收线圈通过谐振频率补偿电容与无线电能传输能量发射系统的振荡频率相同，即能量接收器达到谐振状态，并通过能量耦合线圈将能量直接耦合供给负载系统。

所述负载系统由小功率整流稳压匹配系统与负载组成，小功率整流稳压匹配系统将高频电能做相应整流稳压，以匹配负载所需电能，为负载供电。

本发明与现有的高压在线检测设备供电系统最大区别如下四点：

(1)本发明可直接挂靠于高压线路上，利用电磁感应原理直接从高压线路上取出基础电能，并引入无线电能传输技术，为高压线路在线监测设备进行高压隔离式供电，可有效解决高压供电时的高度绝缘性问题，保证在线监测设备的连续不间断工作。

(2)无线电能传输能量发射系统采用电磁谐振耦合方式，通过调节系统谐振频率，可使高压供电绝缘距离d有较大幅度的提高。

(3)无线电能传输能量发射系统采用电子管—Colpitts电容三点式高频振荡电路，通过改变振荡电容的大小，可较大幅度调节系统振荡频率。

(4)能量接收系统中通过能量耦合线圈与能量接收线圈的感应耦合，将能量接收线圈中的大电流电能隔离引出，减小了将负载直接与能量接收线圈连接所带来的负载匹配及频率不稳定等问题，从而影响了无线供电的绝缘距离与输出功率。