CN102593963A - 基于大规模无线电能传输技术的电网架构 - Google Patents

基于大规模无线电能传输技术的电网架构 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于大规模无线电能传输技术的电网架构，包括电动汽车和车载电池，其中，电动汽车上设有车载电池；其特征在于：还包括接收装置、发射装置、地下电缆和分布式电源，其中，分布式电源设于公路附近，发射装置连续埋设于公路路面下方，所述发射装置与附近的分布式电源借助地下电缆连接，并从分布式电源处接收电能；电动汽车上设有接收装置，其与发射装置建立功率无线传递，并利用接收的电能为车载电池充电。此种电网结构可解决可再生能源丰富的偏远地区存在的电能无法外送、无法本地消耗的问题。

Description

基于大规模无线电能传输技术的电网架构
技术领域
 本发明涉及电力系统功率传输及网络构架方法，属于输配电技术领域。
背景技术
 随着电动汽车产业的推广，电动汽车充电技术及电动汽车与电网的互动技术得到了越来越多的重视。目前这两类技术的基础都是电动汽车有线充电技术，即借助于充电电缆连接充电桩与电动汽车车载电池来完成充电过程。
电动汽车无线充电技术相比有线充电技术更加便利、安全。目前世界上针对电动汽车无线充电技术的研究实现主要利用车载线圈与功率发射线圈之间的电磁感应原理进行，即电磁感应式无线充电。这种方式当初级线圈接通一定频率的交流电时，通过电磁感应在次级线圈中将产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。优点在于传输功率较大。缺点在于控制器体积较大；较大气隙的存在使得系统构成的耦合关系属于松耦合，由此导致漏磁与激磁相当，甚至比激磁高；传输距离较短，多用于mm、cm级功率传输。
无线输电技术的另一种重要实现方式——磁耦合谐振式无线输电技术，系统采用两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，能量在两物体间交互，利用线圈及放置两端的平板电容器，共同组成谐振电路，实现能量的无线传输。优点在于利用磁场通过近场传输，辐射小，方向性要求不高；中等距离传输，传输效率较高；能量传输不受空间障碍物（非磁性）影响；传输效果与频率及天线尺寸关系密切。缺点是对电源要求高，高频率、大功率实现较困难。与电磁感应式无线充电技术相比，理论上磁耦合谐振式无线充电技术可以很好地克服电磁感应式充电技术的种种弊端，实现电动汽车无线充电技术的实用化。
磁耦合谐振式无线输电技术的出现为电力系统功率传输方法提供了另一种不借助于架空线路/电力电缆的选择。传统的电网架构中，架空线路/电力电缆在其输配电环节起着不可替代的作用；借助基于无线充电技术的电动汽车作为载体进行大功率电能的输送，使得一种基于无输电线方式大功率电能传输方法的新型电网架构设计成为可能。
发明内容
 本发明的目的，在于提供一种基于大规模无线电能传输技术的电网架构，其可解决可再生能源丰富的偏远地区存在的电能无法外送、无法本地消耗的问题。
为了达成上述目的，本发明所采用的技术方案是：
基于大规模无线电能传输技术的电网架构，包括电动汽车和车载电池，其中，电动汽车上设有车载电池；还包括接收装置、发射装置、地下电缆和分布式电源，其中，分布式电源设于公路附近，发射装置连续埋设于公路路面下方，所述发射装置与附近的分布式电源借助地下电缆连接，并从分布式电源处接收电能；电动汽车上设有接收装置，其与发射装置建立功率无线传递，并利用接收的电能为车载电池充电。
上述发射装置与接收装置之间采用电磁感应式或磁耦合谐振式传递方式进行功率传递。
上述各发射装置上均设有能够感知路面是否有车辆经过的压力传感元件，并在车辆经过时输出发射电能。
上述电网还包括储能单元，所述储能单元与发射装置一一对应，通过地下电缆与分布式电源连接。
上述各发射装置及车载电池上均设有无线通信单元，分别与公路收费站处或附近设置的计量装置建立无线通信连接，传输售电及受电数据。
采用上述方案后，本发明有助于解决偏远地区可再生能源电站的电能输送及消耗问题，促进可再生能源发电的消纳。
附图说明
 图1是本发明的整体架构原理示意图。
具体实施方式
 以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种基于大规模无线电能传输技术的电网架构，包括电动汽车和车载电池，其中，电动汽车上设有车载电池，传统的电动汽车供电方式是由远方输电网络获取电力来提供动力，当电动汽车数量较多时，可知传统电网的负荷将会很重，因此，本发明在此基础上进行改进，所提供的电网架构还包括接收装置、发射装置、地下电缆和分布式电源，其中，在公路附近设置若干分布式电源，并在公路路面下方连续埋设发射装置，所述发射装置与附近的分布式电源借助地下电缆连接，并从分布式电源处接收电能；电动汽车上设有接收装置，其与发射装置建立功率无线传递，具体可采用电磁波传递方式，并利用接收的电能为车载电池充电，从而完成电网架构的组建。
在本实施例中，发射装置通过地下电缆接收公路附近分布式电源发出的电能，将其通过整流、逆变、升压、降压中的若干个环节变换为适当的电磁波形式，通过无线发射的方法，传送给公路上经过的电动汽车的接收装置，发射装置与接收装置之间可以采用电磁感应式、磁耦合谐振式等电磁波传递方式进行功率传递。
接收装置接受车载智能终端的控制，且二者之间存在双向信息交互；接收装置接收到电能后，通过整流、逆变、升压、降压中的若干环节，转换为适当的形式为车载电池充电，直至充满，从而完成自身能量的补充，借助汽车车载电池的存储能力，将电能输送出去的同时补充了电动汽车所耗电量，实现无线电能传输，所述的车载电池受到车载智能终端的控制，并与其进行双向信息交互。
当公路上经过的电动汽车数量足够多时，可借助发射装置、接收装置、车载电池将分布式电源发出的电能源源不断地传输出来，实现无线输电大功率电能传输和本地消耗，从分布式电源发电、发射装置发射电磁波、接收装置接收电磁波、车载电池充电整个流程来看，完成了电网所必需的发电、输电、用电各个环节，从而完成了电网架构的组建；同时，相应减少了电动汽车从远方输电网络获取相应数量的电力，减轻了传统电网的负荷负担。
在本实施例中，为了提高电能的利用效率，在每个发射装置上还设有压力传感元件，而在分布式电源与每个发射装置的连接线路上，还分别设有一个储能单元，所述储能单元通过地下电缆连接分布式电源；所述的压力传感元件可感知路面是否有车辆经过，从而决定是否输出发射电能，或暂时停止工作，当有车辆经过时，向外输出发射电能，而当没有车辆经过时，发射装置可暂时停止工作，此时分布式电源输出的电能将储存在储能单元中。
另外，可在各发射装置及车载电池上均设置无线通信单元，所述无线通信单元均可与公路收费站处或附近设置的计量装置建立无线通信连接，分别传输售电及受电数据，从而便于实时交易。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.基于大规模无线电能传输技术的电网架构，包括电动汽车和车载电池，其中，电动汽车上设有车载电池；其特征在于：还包括接收装置、发射装置、地下电缆和分布式电源，其中，分布式电源设于公路附近，发射装置连续埋设于公路路面下方，所述发射装置与附近的分布式电源借助地下电缆连接，并从分布式电源处接收电能；电动汽车上设有接收装置，其与发射装置建立功率无线传递，并利用接收的电能为车载电池充电。
2.如权利要求1所述的基于大规模无线电能传输技术的电网架构，其特征在于：所述发射装置与接收装置之间采用电磁感应式或磁耦合谐振式传递方式进行功率传递。
3.如权利要求1所述的基于大规模无线电能传输技术的电网架构，其特征在于：所述各发射装置上均设有能够感知路面是否有车辆经过的压力传感元件，并在车辆经过时输出发射电能。
4.如权利要求1或3所述的基于大规模无线电能传输技术的电网架构，其特征在于：所述电网架构还包括储能单元，所述储能单元与发射装置一一对应，通过地下电缆与分布式电源连接。
5.如权利要求1所述的基于大规模无线电能传输技术的电网架构，其特征在于：所述各发射装置及车载电池上均设有无线通信单元，分别与公路收费站处或附近设置的计量装置建立无线通信连接，传输售电及受电数据。
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