一種高壓輸電線路的取電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓輸電線路的取電裝置，包括連接在電壓輸電線上的電壓互感器和用電設備，還包括連接于電壓互感器與用電設備之間的無線電能傳輸模塊，所述無線電能傳輸模塊包括與電壓互感器連接的AC-DC變換器，所述AC-DC變換器依次連接高頻逆變器、發(fā)射線圈、接收線圈、整流電路和DC-DC變換器。本發(fā)明直接從高壓輸電線路取電，并轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電供給電壓輸電線路上的用電設備使用，其中，無線電能傳輸模塊中的發(fā)射線圈、接收線圈的距離至少有30cm，使電網(wǎng)高壓端和用電設備低壓端之間至少有30cm的電氣隔離，保證了用電設備的安全和高壓輸電線路的可靠運行。
【專利說明】一種高壓輸電線路的取電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線電能傳輸應用領(lǐng)域和高壓電網(wǎng)領(lǐng)域，特別是一種高壓輸電線路的取電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓輸電線路上常需要安裝一些用于監(jiān)控、監(jiān)測線路狀況的輔助設備，這些設備需要用到較低電壓的穩(wěn)壓直流電源。目前，高壓輸電線路上輔助設備的供電方法主要有以下幾種:
(1)采用太陽能電池板供電，但太陽能電池板在長期工作一段時間后，就需要維護或更換，這在重要的輸電線路上就需要停電，所以此種方法不可靠，而且維護困難、成本高；
(2)通過光纖進行激光供電，但其存在供電量小的缺點，且由于激光發(fā)射器、光纖、光電轉(zhuǎn)換器等設備易老化，極易影響供電質(zhì)量；
(3)利用高壓輸電線的電流進行感應取電，即利用電流互感器從高壓輸電線進行感應取電。由于電流互感器一次側(cè)電流變化很大，從數(shù)安培到數(shù)千安培變化，因此這種供電方法非常不穩(wěn)定。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高壓輸電線路的取電裝置，用于為高壓線路上的用電設備實時提供大功率、穩(wěn)定的直流電，并診斷高壓輸電線路故障。
[0004]本發(fā)明解決其問題所采用的技術(shù)方案是:
一種高壓輸電線路的取電裝置，包括連接在電壓輸電線上的電壓互感器和用電設備，還包括連接于電壓互感器與用電設備之間的無線電能傳輸模塊，所述無線電能傳輸模塊包括:
與電壓互感器連接的AC-DC變換器，用于將電壓互感器輸出的低壓交流電轉(zhuǎn)換成直流電壓；
與AC-DC變換器連接的高頻逆變器，用于將AC-DC變換器轉(zhuǎn)換的直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻交流電；
與高頻逆變器連接的發(fā)射線圈及與發(fā)射線圈對應設置的接收線圈，用于在高頻逆變器輸出的高頻交流電頻率等于發(fā)射線圈和接收線圈的固有諧振頻率時，發(fā)射線圈與接收線圈產(chǎn)生電磁諧振耦合，將高頻逆變器產(chǎn)生的高頻交流電的電能傳遞至接收線圈，并由接收線圈輸出高頻交流電；
與接收線圈連接的整流電路，用于將接收線圈輸出的高頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電壓；與整流電路連接的DC-DC變換器，用于將整流電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為用電設備可以正常使用的直流電壓。
[0005]進一步，所述高頻逆變器采用實現(xiàn)軟開關(guān)的諧振變換器拓撲，所述發(fā)射線圈和接收線圈的固有諧振頻率一致，且所述發(fā)射線圈和接收線圈均通過串聯(lián)電容的方式進行調(diào)諧，使發(fā)射線圈和對應電容的諧振頻率等于接收線圈和對應電容的諧振頻率。
[0006]進一步，所述發(fā)射線圈和接收線圈之間的距離至少30cm。
[0007]進一步，所述AC-DC變換器在電壓互感器輸出的低壓交流電的電壓較低時，采用不可控的全橋整流電路拓撲，將低壓交流電轉(zhuǎn)換為適合高頻逆變器使用的直流電壓；
所述AC-DC變換器在電壓互感器輸出的低壓交流電的電壓較高時，采用工頻變壓器與不可控全橋整流電路的拓撲，或者采用不可控全橋整流電路與直流斬波的拓撲，或者采用不可控全橋整流電路與帶隔離DC-DC變換器的拓撲，將低壓交流電轉(zhuǎn)換為適合高頻逆變器使用的直流電壓。
[0008]進一步，所述無線電能傳輸模塊與用電設備之間設置有二極管，所述DC-DC變換器的正極輸出端與二極管的陽極連接，所述二極管的陰極與用電設備的正極輸入端連接。
[0009]進一步，所述二極管的陰極還連接有電池和故障檢測模塊，且所述DC-DC變換器、故障檢測模塊、電池和用電設備共地，其中，所述電池用于在高壓輸電線路出故障或無線電能傳輸模塊出故障而使得無線電能傳輸模塊沒有輸出時，單獨給故障檢測模塊和用電設備供電。
[0010]進一步，所述故障檢測模塊包括微處理器和無線信號發(fā)射器，用于實時采集DC-DC變換器輸出的直流電壓，由微處理器接收該直流電壓進行故障診斷，并在直流電壓小于電壓閾值時，診斷高壓輸電線路或無線電能傳輸模塊故障，產(chǎn)生故障報警信號，并將故障報警信號通過無線信號發(fā)射器發(fā)送給遠端的監(jiān)控平臺。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明采用一種高壓輸電線路的取電裝置，直接從高壓輸電線路取電，并轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電供給電壓輸電線路上的用電設備使用，其中，無線電能傳輸模塊中的發(fā)射線圈、接收線圈的距離至少有30cm，使電網(wǎng)高壓端和用電設備低壓端之間至少有30cm的電氣隔離，保證了用電設備的安全和高壓輸電線路的可靠運行。故障檢測模塊可以診斷無線電能傳輸模塊故障，以及高壓輸電線路短路或斷路故障，故障發(fā)現(xiàn)更及時，并提升處理效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步說明。
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)連接示意圖。
【具體實施方式】
[0014]參照圖1所示，本發(fā)明的一種高壓輸電線路的取電裝置，包括連接在電壓輸電線上的電壓互感器和用電設備，還包括連接于電壓互感器與用電設備之間的無線電能傳輸模塊，所述無線電能傳輸模塊包括:
與電壓互感器連接的AC-DC變換器，用于將電壓互感器輸出的低壓交流電轉(zhuǎn)換成直流電壓；
與AC-DC變換器連接的高頻逆變器，用于將AC-DC變換器轉(zhuǎn)換的直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻交流電；
與高頻逆變器連接的發(fā)射線圈及與發(fā)射線圈對應設置的接收線圈，用于在高頻逆變器輸出的高頻交流電頻率等于發(fā)射線圈和接收線圈的固有諧振頻率時，發(fā)射線圈與接收線圈產(chǎn)生電磁諧振耦合，將高頻逆變器產(chǎn)生的高頻交流電的電能傳遞至接收線圈，并由接收線圈輸出高頻交流電；
與接收線圈連接的整流電路，用于將接收線圈輸出的高頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電壓；與整流電路連接的DC-DC變換器，用于將整流電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為用電設備可以正常使用的直流電壓。
[0015]其中，所述無線電能傳輸模塊與用電設備之間設置有二極管，所述DC-DC變換器的正極輸出端與二極管的陽極連接，所述二極管的陰極與用電設備的正極輸入端連接。所述二極管的陰極還連接有電池和故障檢測模塊，且所述DC-DC變換器、故障檢測模塊、電池和用電設備共地，其中，所述電池用于在高壓輸電線路出故障或無線電能傳輸模塊出故障而使得無線電能傳輸模塊沒有輸出時，單獨給故障檢測模塊和用電設備供電。明顯的，電壓互感器將高壓輸電線路上的高壓交流電轉(zhuǎn)換成低壓交流電，然后由無線電能傳輸模塊將低壓交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓供給用電設備使用，與此同時，該直流電壓可以為電池充電。
[0016]為保證電網(wǎng)高壓端與用電設備低壓端的電氣隔離，保證用電設備的安全和高壓輸電線路的可靠運行，所述發(fā)射線圈和接收線圈之間的距離至少30cm。
[0017]AC-DC變換器的功能是將電壓互感器輸出的低壓交流電轉(zhuǎn)換成直流電壓。當電壓互感器輸出的低壓交流電的電壓足夠低時，AC-DC變換器可以采用不可控的全橋整流電路拓撲，將低壓交流電變換成適合高頻逆變器使用的直流電壓。如果低壓交流電的電壓比較高時，AC-DC變換器可以采用工頻變壓器與不可控全橋整流電路的拓撲，先用工頻變壓器將低壓交流電降壓到合適的電壓值，然后通過不可控全橋整流電路進行整流；其也可以采用不可控全橋整流電路與直流斬波的拓撲，或不可控全橋整流電路與帶隔離DC-DC變換器的拓撲，將低壓交流電變換成適合高頻逆變器使用的直流電壓。實際應用中，雖然AC-DC變換器的具體拓撲不限于上述拓撲，但可實現(xiàn)本發(fā)明的應用均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0018]高頻逆變器將AC-DC變換器輸出的直流電壓變換成高頻交流電，通過控制高頻逆變器的開關(guān)頻率，可以使高頻逆變器輸出的高頻交流電的頻率等于發(fā)射線圈和接收線圈的固有諧振頻率，從而使發(fā)射線圈和接收線圈發(fā)生電磁諧振耦合，發(fā)射線圈可以將高頻交流電的電能傳遞給接收線圈，并由接收線圈輸出高頻交流電。由于高頻逆變器的開關(guān)頻率非常高，為了降低開關(guān)損耗，高頻逆變器可以采用實現(xiàn)軟開關(guān)的諧振變換器拓撲。為了使發(fā)射線圈和接收線圈發(fā)生電磁諧振耦合，發(fā)射線圈和接收線圈的固有諧振頻率要設計成一樣，并且和高頻交流電的頻率一致；可以通過在發(fā)射線圈上串聯(lián)電容，并在接收線圈上串聯(lián)電容，進行調(diào)諧，使發(fā)射線圈和對應電容的諧振頻率等于接收線圈和對應電容的諧振頻率。
[0019]整流電路將接收線圈輸出的高頻交流電變換成直流電壓，然后由DC-DC變換器將直流電壓變換成適合用電設備使用的直流電壓。整流電路一般采用不可控整流電路。DC-DC變換器可以采用Buck、Boost、Buck/Boost等變換器拓撲，甚至可以采用帶隔離的DC-DC變換器拓撲，具體的拓撲選擇主要由DC-DC變換器兩側(cè)的直流電壓和直流電壓的比值決定。DC-DC變換器具有反饋控制電路，可以采用電壓模式控制，或電流模式控制，但不論采用哪種控制策略，都要保證DC-DC變換器具有恒壓輸出和限流功能。
[0020]DC-DC變換器的正極輸出端與二極管的陽極連接。二極管的陰極與故障檢測模塊的正極輸入端、電池的正極、用電設備的正極輸入端連接。DC-DC變換器、故障檢測模塊、電池和用電設備共地。
[0021]當高壓輸電線路出故障或無線電能傳輸模塊出故障而使得無線電能傳輸模塊沒有輸出時，電池單獨給故障檢測模塊和用電設備供電。本發(fā)明中，電池保持供電的時間足夠長，以保證故障檢測模塊能夠?qū)⒐收显\斷的結(jié)果發(fā)送出去，以及保證用電設備能夠處理完數(shù)據(jù)。
[0022]故障檢測模塊包含微處理器和無線信號發(fā)射器，故障檢測模塊實時采樣DC-DC變換器輸出的直流電壓，并將直流電壓發(fā)送到微處理器，由微處理器進行故障診斷。當直流電壓小于電壓閾值時，微處理器診斷高壓輸電線路或無線電能傳輸模塊發(fā)生故障，并將故障報警信號發(fā)送給無線信號發(fā)射器，由無線信號發(fā)射器將故障信息發(fā)送給遠端的監(jiān)控平臺。
[0023]本發(fā)明采用無線輸電技術(shù)從高壓輸電線路取電，并轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電供給高壓輸電線路上的用電設備使用。無線電能傳輸裝置中的發(fā)射線圈、接收線圈的距離至少有30cm，使電網(wǎng)高壓端和用電設備低壓端之間至少有30cm的電氣隔離，保證了用電設備的安全和高壓輸電線路的可靠運行。故障檢測模塊可以診斷無線電能傳輸模塊故障，以及高壓輸電線路短路或斷路故障。本發(fā)明不受輸電線路電流的影響，能實時提供大功率、穩(wěn)定的直流電，并診斷高壓輸電線路故障，非常適用于高壓輸電線路上的所有用電設備。
[0024]以上所述，只是本發(fā)明的較佳實施例而已，本發(fā)明并不局限于上述實施方式，只要其以相同的手段達到本發(fā)明的技術(shù)效果，都應屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓輸電線路的取電裝置，包括連接在電壓輸電線上的電壓互感器和用電設備，其特征在于，還包括連接于電壓互感器與用電設備之間的無線電能傳輸模塊，所述無線電能傳輸模塊包括: 與電壓互感器連接的AC-DC變換器，用于將電壓互感器輸出的低壓交流電轉(zhuǎn)換成直流電壓； 與AC-DC變換器連接的高頻逆變器，用于將AC-DC變換器轉(zhuǎn)換的直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻交流電； 與高頻逆變器連接的發(fā)射線圈及與發(fā)射線圈對應設置的接收線圈，用于在高頻逆變器輸出的高頻交流電頻率等于發(fā)射線圈和接收線圈的固有諧振頻率時，發(fā)射線圈與接收線圈產(chǎn)生電磁諧振耦合，將高頻逆變器產(chǎn)生的高頻交流電的電能傳遞至接收線圈，并由接收線圈輸出高頻交流電； 與接收線圈連接的整流電路，用于將接收線圈輸出的高頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電壓； 與整流電路連接的DC-DC變換器，用于將整流電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為用電設備可以正常使用的直流電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的取電裝置，其特征在于，所述高頻逆變器采用實現(xiàn)軟開關(guān)的諧振變換器拓撲，所述發(fā)射線圈和接收線圈的固有諧振頻率一致，且所述發(fā)射線圈和接收線圈均通過串聯(lián)電容的方式進行調(diào)諧，使發(fā)射線圈和對應電容的諧振頻率等于接收線圈和對應電容的諧振頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的取電裝置，其特征在于，所述發(fā)射線圈和接收線圈之間的距離至少30cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的取電裝置，其特征在于: 所述AC-DC變換器在電壓互感器輸出的低壓交流電的電壓較低時，采用不可控的全橋整流電路拓撲，將低壓交流電轉(zhuǎn)換為適合高頻逆變器使用的直流電壓； 所述AC-DC變換器在電壓互感器輸出的低壓交流電的電壓較高時，采用工頻變壓器與不可控全橋整流電路的拓撲，或者采用不可控全橋整流電路與直流斬波的拓撲，或者采用不可控全橋整流電路與帶隔離DC-DC變換器的拓撲，將低壓交流電轉(zhuǎn)換為適合高頻逆變器使用的直流電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的取電裝置，其特征在于，所述無線電能傳輸模塊與用電設備之間設置有二極管，所述DC-DC變換器的正極輸出端與二極管的陽極連接，所述二極管的陰極與用電設備的正極輸入端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的取電裝置，其特征在于，所述二極管的陰極還連接有電池和故障檢測模塊，且所述DC-DC變換器、故障檢測模塊、電池和用電設備共地，其中，所述電池用于在高壓輸電線路出故障或無線電能傳輸模塊出故障而使得無線電能傳輸模塊沒有輸出時，單獨給故障檢測模塊和用電設備供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的取電裝置，其特征在于，所述故障檢測模塊包括微處理器和無線信號發(fā)射器，用于實時采集DC-DC變換器輸出的直流電壓，由微處理器接收該直流電壓進行故障診斷，并在直流電壓小于電壓閾值時，診斷高壓輸電線路或無線電能傳輸模塊故障，產(chǎn)生故障報警信號，并將故障報警信號通過無線信號發(fā)射器發(fā)送給遠端的監(jiān)控平臺。
【文檔編號】H02J17/00GK104485756SQ201410737941
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】劉紅偉, 郭上華, 肖文勛, 張波 申請人:珠海許繼電氣有限公司, 華南理工大學