[发明专利]一种在线监测无线传感器的磁谐振非接触供电系统及方法

说明书

本发明属于电气设备技术领域，公开了一种在线监测无线传感器的磁谐振非接触供电系统及方法，非接触供电系统包括磁谐振非接触供电电源MR‑CPS，用于以磁谐振方式非接触发射和接收电能，给无线传感器提供工作电源，并将磁谐振非接触供电电源的反馈控制嵌入无线传感器；无线传感器，用于在线监测电气设备状态量，并以无线方式把电气设备状态数据发送给上位机；同时公开一种自动寻求Buck电路输出稳压的临界输入功率值的方法。本发明既能满足安装在电气设备高压侧的无线传感器的供电需求，同时将MR‑CPS的反馈控制嵌入无线传感器，降低了系统成本，并且使能量的传输具有自适应可控性，有效提高了系统对环境的自适应性。

技术领域

本发明属于电气设备技术领域，尤其涉及一种在线监测无线传感器的磁谐振非接触供电系统及方法。应用于电气设备中。

背景技术

采用无线方式传输数据的传感器(简称无线传感器)具有无需布线、方便灵活等优点，已成为高压电气设备重要在线监测方式。无线传感器需要工作电源，但由于高压电气设备电压高和电气绝缘安全要求，无线传感器不仅难于直接从高压电气设备取电，而且很难由低压侧市电直接供电，因此工作电源成为制约其进一步应用和发展的关键技术。

目前研究和采用的给高压电气设备在线监测传感器供电方式主要有：锂电池、光伏电池、激光、压电或热电能量收集、电场能量收集、电流互感器取电等。锂电池是最简单的供电方式，但电池容量有限、耐高温差，长期运行时需要较频繁停电来更换电池。光伏电池需要户外使用，且依赖于光照。激光供电稳定，不受电磁干扰，但光电转换效率低、成本高、寿命短。压电或热电能量收集方式采用压电或者热电效应来收集能量，收集能量有限，且受母线电流等影响，存在供电死区等问题。电场能量收集方式收集的电能取决于电压等级和电极板面积，收集能量很有限，存在设计困难、杂散电容对取电性能影响较大等问题。电流互感器取电是将带磁芯的线圈穿套在高压母线上，利用母线电流产生的交变磁场来取电，应用比较广泛，但存在当母线电流小时取电不足、母线短路等原因造成过电流时易对传感器造成干扰、甚至损坏等缺点；此外，对于存量很大的已有高压电气设备，特别是对于结构紧凑的开关柜等，由于直接把电流互感器穿套在高压母线排上将破坏电气绝缘，需要改造高压电气设备的关键部件，所以电流互感器取电不具有经济可行性。

非接触电能传输技术传输电能时，电能发射和接收单元之间没有电气连接，其中磁谐振非接触电能传输技术能在较远距离较高效传输电能，在电动车充电器以及消费类电子设备中获得较广泛研究，但在电力高压领域研究和应用很少。由于非接触电能传输技术传输电能时，电能发射和接收单元之间没有电气连接，可以隔着一定距离非接触传输电能，满足高压电气设备的电气绝缘要求。因此本发明提出采用非接触电能传输技术的磁谐振非接触供电电源(简称MR-CPS)给高压电气设备在线监测传感器供电，特别是高压开关柜应用场合。与户外高压架空线相比，高压开关柜结构紧凑、金属部件多，电磁环境、温度环境、安装要求等使得MR-CPS工作环境更严苛，技术难度更大。

综上所述，现有技术存在的问题是：

已有高压电气设备在线监测无线传感器的供电方案不能很好满足高压电气设备电气绝缘要求，同时提供长期稳定充足的电能。

而对于磁谐振非接触供电电源MR-CPS，由于MR-CPS在实际应用中会存在线圈谐振频率可能漂移、周边有金属物、安装位置有偏差等的影响，需要加大能量发射模块的输入功率，以保证输出能稳压，但这种方式不利于节能，且较大的功率损耗还造成系统发热严重、散热困难，影响系统运行的稳定性和可靠性。因此有必要进行自适应反馈控制，使得能量的传输具有可控性，保证复杂现场应用的自适应性，同时又不会导致能量浪费，提高系统稳定性和可靠性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种在线监测无线传感器的磁谐振非接触供电系统及方法。本发明既能够给安装在高压电气设备高压侧的无线传感器提供长期稳定充足的工作电源，而且满足电气设备高压绝缘要求，又能有效提高系统对环境的自适应性，使系统长久、稳定、可靠的运行。