CN103618608B - 一种无线供电系统多负载合法性判定方法 - Google Patents

一种无线供电系统多负载合法性判定方法 Download PDF

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Abstract

一种无线供电系统多负载判定方法，其步骤主要是：能量发射端：周期性广播系统信息，实时接收能量接收端响应信息并验证匹配校验码。验证不通过，判定为非法负载，系统报警并将发射功率降低为停机功率；否则，计入合法负载并记录拾取功率，将接收周期内合法负载的拾取功率相加后与发射功率比较得到损耗功率。在判定时间段内，若损耗功率大于功率门限的次数未达到次数阈值，则重复以上操作，否则判定有非法的能量接收端及其负载，系统报警并将发射功率降低为停机功率。该判定方法能防止非法负载通过合法负载“搭车”取得身份认证或者一次性伪造合法负载认证信息，而从能量发射端拾取电能，避免能量的浪费以及安全隐患，增加系统的安全性和可靠性。

Description

一种无线供电系统多负载合法性判定方法
技术领域
本发明涉及一种无线供电系统多负载合法性判定方法。
背景技术
无线供电(WPT)技术是指电网与用电设备之间的能量传递，是通过软介质(如磁场、电场、微波、激光等)以非电气接触的模式进行。这种新型供电方式与传统的导线接触供电方式相比，具有供电灵活、安全可靠、维护成本低等优点，该技术是目前移动设备，特别是易燃、易爆等恶劣环境下用电设备电能接入的最佳解决方案。
一个WPT系统的典型结构一般由完全电气独立的能量发射端和能量接收端两个部分组成，其中能量发射端和能量接收端的关系可以是一对一的，也可以是一对多的。WPT系统的工作原理是：能量发射端通过能量转换装置将工频交流电转换为适于在软介质(磁场、电场、微波、激光)中传输的能量形式，并利用能量发射装置将能量发送到一定空间中；处于该能量传输空间中的能量接收端利用能量接收装置接收到能量后，再利用能量转换装置将其转换为交流电或直流电，以供给用电负载使用。
WPT系统的能量发射与接收过程采用无电气接触的方式，为保证电能的可靠传输，WPT系统一般会设定一个持续的能量发射区，一旦能量接收端进入到能量发射区即可拾取到电能。能量接收端的负载分为合法负载与非法负载，WPT系统的负载识别技术主要是将非法负载检测出来，通过及时采取保护措施，防止安全事故或偷电、窃电现象的发生。
现有的WPT系统负载识别方法一般是通过检测能量接收端是否向能量发射端传输了某些有用信息为依据。如果能量发射端检测不到这些有用信息，则认为能量接收端不存在合法负载，能量发射端处于停机功率状态；而能量发射端一旦检测到这些有用信息，就会认为能量接收端存在合法负载，能量发射端向能量接收端传输能量。这类负载识别方法的缺点是：当能量发射区内存在多个能量接收端及其负载时，其中的非法负载会利用任意一个合法负载取得的身份认证，持续从能量发射端拾取到电能：对于误入能量发射区的发热异物(一般为导磁金属块)，其自身的涡流发热会带来能量浪费及安全隐患；对于未获得能量发射端取电许可、误入能量发射区的低功率等级的非法负载，由于能量发射端功率等级过高，易造成其损坏甚至烧毁；对于偷电、窃电的非法负载，其利用能量发射区的合法负载“搭车”取得身份认证后，则会持续从能量发射端拾取到电能，造成能量发射端电能的“失窃”。另外，现有的WPT系统负载识别方法通常只进行一次身份认证，非法的能量接收端及其负载如成功伪造合法负载的认证信息，也会导致偷电、窃电等违法现象的发生，使电能传输的安全性、可靠性有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线供电系统多负载合法性判定方法，该判定方法能防止非法负载通过合法负载“搭车”取得身份认证或者一次性伪造合法负载认证信息，而从能量发射端拾取电能的情况发生，避免能量的浪费以及安全隐患，增加无线电能传输的安全性和可靠性。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种无线供电系统多负载合法性判定方法，其步骤是：
A、能量发射端：
A1、周期性广播系统信息，系统信息包括：随机校验码、校验算法、能量接收端使用的时间和频率通信协议、要求负载反馈拾取功率的指示；
A2、接收各能量接收端的响应信息，如未收到任何响应信息，则能量发射端维持停机功率；如收到响应信息，则根据随机校验码和校验算法，验证响应信息中的匹配校验码：如果匹配校验码正确，则能量发射端切换为正常工作状态，并将该能量接收端i的用电负载计入合法负载，同时保存其拾取功率信息Pi，i＝1,2,…，N，i为对应的能量接收端的序号；否则，判定该能量接收端的负载为非法负载，执行A7步的操作；
A3、在一个响应信息接收周期T1内将步骤A2中记录的所有合法负载的拾取功率相加求和，得到合法负载的拾取总功率P，P＝P1+P2+…+PN；
A4、能量发射端检测并记录自身实际的发射功率PT；
A5、将发射功率PT减去拾取总功率P算出系统的损耗功率PL，PL＝PT-P；
A6、如损耗功率PL大于设定功率门限P0,则认为可能有能量接收端的负载为非法负载，在一个判定时间段T2内，如损耗功率PL大于设定功率门限P0的次数达到设定的次数阈值，则判定有能量接收端的负载为非法负载，执行A7步的操作；否则，重复步骤A2-A6；
A7、发出报警信号并将发射功率降低为停机功率；
B、能量接收端
B1、接收能量发射端的周期性广播系统信息；
B2、按照广播系统信息中的校验算法和随机校验码，计算出匹配校验码；并按照能量发射端要求负载反馈拾取功率的指示，检测出自身的拾取功率Pi；
B3、以接收到的能量接收端使用的时间和频率通信协议中指定的时间和频率，将其匹配校验码及拾取功率Pi作为响应信息发送给能量发射端；
B4、重复B1-B3操作。
上述的系统信息的广播和接收、响应信息的发送和接收，采用无线通信方式进行或者采用电力载波通信方式进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明通过能量发射端的发射功率与合法负载拾取功率总和的差值，来判定识别能量发射区是否存在非法的能量接收端及其负载，如差值过大，则认定存在非法负载，从而有效防止在合法负载取得身份认证后，非法负载也能从能量发射端接收电能的情况发生。不仅避免了误入的发热异物(一般为导磁金属)的涡流发热造成的能量浪费以及安全隐患；也避免了误入的低功率等级非法负载的损坏甚至烧毁；更可避免利用能量发射区合法负载取得身份认证后，非法负载“搭车”进行的偷电和窃电。
二、能量发射端与能量接收端之间采用周期性交互通信，并通过设置复杂的校验算法和随机的校验码对能量接收端及其负载进行动态的身份验证。避免了能量接收端及其负载通过一次性成功伪造合法负载的认证信息所发生的偷电、窃电行为，更有效、可靠地防止非法负载的侵入，提高无线供电系统的安全性和可靠性。
三、本发明不仅适用于无线供电系统多负载合法性的判定，对于单一负载合法性的判定也同样适用。
四、对于能量发射区无合法负载的情形，能量发射端始终处于停机功率状态，本发明方法保留了现有无线供电系统负载合法性判定方法的功能。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
实施例
本发明的一种具体实施方式是，一种无线供电系统多负载合法性判定方法，其步骤是：
A、能量发射端：
A1、周期性广播系统信息，系统信息包括：随机校验码、校验算法、能量接收端使用的时间和频率通信协议、要求负载反馈拾取功率的指示；
A2、接收各能量接收端的响应信息，如未收到任何响应信息，则能量发射端维持停机功率；如收到响应信息，则根据随机校验码和校验算法，验证响应信息中的匹配校验码：如果匹配校验码正确，则能量发射端切换为正常工作状态，并将该能量接收端i的用电负载计入合法负载，同时保存其拾取功率信息Pi，i＝1,2,…，N，i为对应的能量接收端的序号；否则，判定该能量接收端的负载为非法负载，执行A7步的操作；
A3、在一个响应信息接收周期T1内将步骤A2中记录的所有合法负载的拾取功率相加求和，得到合法负载的拾取总功率P，P＝P1+P2+…+PN；
A4、能量发射端检测并记录自身实际的发射功率PT；
A5、将发射功率PT减去拾取总功率P算出系统的损耗功率PL，PL＝PT-P；
A6、如损耗功率PL大于设定功率门限P0,则认为可能有能量接收端的负载为非法负载，在一个判定时间段T2内，如损耗功率PL大于设定功率门限P0的次数达到设定的次数阈值，则判定有能量接收端的负载为非法负载，执行A7步的操作；否则，重复步骤A2-A6；
本步中的功率门限P0值通常取系统额定损耗值(额定功率×(1-系统传输效率))的1.5-2倍；次数阈值通常取判定时间段T2内的总次数(T2/T1)的0.8倍。
A7、发出报警信号并将发射功率降低为停机功率；
B、能量接收端
B1、接收能量发射端的周期性广播系统信息；
B2、按照广播系统信息中的校验算法和随机校验码，计算出匹配校验码；并按照能量发射端要求负载反馈拾取功率的指示，检测出自身的拾取功率Pi；
B3、以接收到的能量接收端使用的时间和频率通信协议中指定的时间和频率，将其匹配校验码及拾取功率Pi作为响应信息发送给能量发射端；
B4、重复B1-B3操作。
本例的系统信息的广播和接收、响应信息的发送和接收，可采用无线通信方式进行或者采用电力载波通信方式进行。

Claims (2)

1.一种无线供电系统多负载合法性判定方法，其步骤是：
A、能量发射端：
A1、周期性广播系统信息，系统信息包括：随机校验码、校验算法、能量接收端使用的时间和频率通信协议、要求负载反馈拾取功率的指示；
A2、接收各能量接收端的响应信息，如未收到任何响应信息，则能量发射端维持停机功率；如收到来自能量接收端i的响应信息，则根据随机校验码和校验算法，验证响应信息中的匹配校验码：如果匹配校验码正确，则能量发射端切换为正常工作状态，并将该能量接收端i的用电负载计入合法负载，同时保存其拾取功率信息Pi，i＝1,2,…，N，i为对应的能量接收端的序号；否则，判定该能量接收端的负载为非法负载，执行A7步的操作；
A3、在一个响应信息接收周期T1内将步骤A2中记录的所有合法负载的拾取功率相加求和，得到合法负载的拾取总功率P，P＝P1+P2+…+PN；
A4、能量发射端检测并记录自身实际的发射功率PT；
A5、将发射功率PT减去拾取总功率P算出系统的损耗功率PL，PL＝PT-P；
A6、如损耗功率PL大于设定功率门限P0,则认为可能有能量接收端的负载为非法负载，在一个判定时间段T2内，如损耗功率PL大于设定功率门限P0的次数达到设定的次数阈值，则判定有能量接收端的负载为非法负载，执行A7步的操作；否则，重复步骤A2-A6；
A7、发出报警信号并将发射功率降低为停机功率；
B、能量接收端
B1、接收能量发射端的周期性广播系统信息；
B2、按照广播系统信息中的校验算法和随机校验码，计算出匹配校验码；并按照能量发射端要求负载反馈拾取功率的指示，检测出自身的拾取功率Pi；
B3、以接收到的能量接收端使用的时间和频率通信协议中指定的时间和频率，将其匹配校验码及拾取功率Pi作为响应信息发送给能量发射端；
B4、重复B1-B3操作。
2.根据权利要求1所述的一种无线供电系统多负载合法性判定方法，其特征在于：所述的系统信息的广播和接收、响应信息的发送和接收，采用无线通信方式进行或者采用电力载波通信方式进行。
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