CN104485754B - 用于山区的高压取电装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于山区的高压取电装置及其控制方法，包括具有稳压功能的高压线路直接取电装置，附属开关电路连接整流电路和所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置，所述的整流电路同开关驱动电路相连接，所述的开关驱动电路同能量发射系统相连接,同所述的能量发射系统相隔绝缘距离的范围内设置有能量接收系统，所述的能量接收系统同负载系统相连接，所述的附属开关电路、开关驱动电路以及谐振型负载电路分别同智能控制模块相连接，所述的智能控制模块内部设置有用来控制高压取电的模块。这样结合其控制方法可有效避免现有技术中的缺陷。

Description

用于山区的高压取电装置及其控制方法

技术领域

本发明属于高压取电技术领域，具体涉及一种用于山区的高压取电装置及其控制方法。

背景技术

高压输电线路经常选择架设在无人且自然条件恶劣的山区，需要实时监测输电线路状态，却难以获得正常工作所需要的电源；传统的比如电池的方式存在周期短并且更换不方便的问题，而用其他的有线的方式往往会伴随着山区的地理环境的制约，导致额外配置供电系统以及布线都极其困难的问题，另外理论上往往有些技术比如利用山区的风力或者太阳能发电来进行供电也会由于山区的具体环境条件而导致供电不稳定并且同样出现布线极其困难的问题。

在这种情况下，专利号为CN 103280900且专利名为一种基于无线电能传输技术的高压取电及供电系统的中国专利提出了一种利用无线方式来取电和供电的思路，其包括高压线路直接取电装置，获取系统的初始电能；大功率工频逆变系统，将初始电能逆变为工频交流电；转换电路，将工频交流电转换为无线电能传输能量发射系统所需的输入电压；无线电能传输能量发射系统，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，接收高频电能，并匹配电能，为负载供电，由此来实现无需额外的供电装置就从现有的高压线路供电系统中直接按照需求来取电和供电，但是其技术中的大功率工频逆变系统、升压电路以及工频变压器电路的引入，导致了整个系统的异常繁杂，这样容易引发功耗高和故障率高，结合山区的限制使得维修无法得到保障，另外还附加有稳压电路，这就加大了系统的异常繁杂的程度，而能量接收系统的线圈在山区环境下如果在风速高的情况下，就会出现晃动导致不稳定而容易相互碰撞无法起到彼此绝缘的效果，容易引发事故，并且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的在能量效率方面的效果很差。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于山区的高压取电装置及其控制方法，包括具有稳压功能的高压线路直接取电装置，所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置连接整流电路和附属开关电路，所述的整流电路同开关驱动电路相连接，所述的开关驱动电路同能量发射系统相连接,同所述的能量发射系统相隔绝缘距离的范围内设置有能量接收系统，所述的能量接收系统同负载系统相连接，所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置安装于山区的高压线路上，将山区的高压线路圆周上变化的磁场转化为稳压的电能，直接作为用于山区的高压取电装置的源电能；所述的整流电路用来把稳压的电能生成稳定的直流电压；所述的能量发射系统包括谐振型负载电路，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；所述的负载系统用来接收所述的高频电能，并匹配负载所需电能，为负载供电,所述的附属开关电路、开关驱动电路以及谐振型负载电路分别同智能控制模块相连接，所述的智能控制模块内部设置有用来控制高压取电的模块。这样结合其控制方法可有效避免现有技术中的大功率工频逆变系统、升压电路以及工频变压器电路的引入导致了整个系统的异常繁杂容易引发功耗高和故障率高、结合山区的限制使得维修无法得到保障、附加有稳压电路加大了系统的异常繁杂的程度、能量接收系统的线圈在山区环境下如果在风速高的情况下就会出现晃动导致不稳定而容易相互碰撞无法起到彼此绝缘而容易引发事故并且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的在功率振荡的控制方面的效果很差的缺陷。

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种用于山区的高压取电装置及其控制方法的解决方案，具体如下：

一种用于山区的高压取电装置，包括具有稳压功能的高压线路直接取电装置1，附属开关电路101连接二次整流稳压电路2和所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置1，所述的二次整流稳压电路2同开关驱动电路3相连接，所述的开关驱动电路3同能量发射系统102相连接,同所述的能量发射系统102相隔绝缘距离的范围内设置有能量接收系统4，所述的能量接收系统4同负载系统5相连接，所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置1安装于山区的高压线路上，将山区的高压线路圆周上变化的磁场转化为初步稳压的电能，直接作为用于山区的高压取电装置的源电能；所述的二次整流稳压电路2用来把稳压的电能生成稳定的直流电压；所述的能量发射系统102包括谐振型负载电路103，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；所述的负载系统用来接收所述的高频电能，并匹配负载所需电能，为负载供电,所述的附属开关电路101、高压线路直接取电装置1、开关驱动电路3以及谐振型负载电路103分别同智能控制模块104相连接，所述的智能控制模块104内部设置有用来控制高压取电的模块105。

所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置1包括磁饱和变压器6，所述的磁饱和变压器6被山区的高压线路穿过；或者所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置1包括串接在高压线路上的碳化硅二极管组，对于交流输电线路；对于直流输电线路，所述的碳化硅二极管组包括单一方向的一组碳化硅二极管。

所述的二次整流稳压电路2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，并使用“DC-DC变换”稳压模块将其稳定至其他模块所需电压稳定的直流电压。

所述的附属开关电路101包括接地的IGBT开关、双刀双掷开关或者继电器。

所述的谐振型负载电路103包括第一电容106、第二电容107、第三电容109及能量发射线圈108，第三电容109同能量发射线圈108相并联，所述的第一电容106和第二电容107相串联后形成的串联电路也同能量发射线圈108相并联，所述的第一电容106和第二电容107之间同开关驱动电路3相连接，此能量发射线圈13通过与能量接受线圈14的直接耦合能产生大强度高频非辐射式电磁能量场，所述的第三电容109同能量发射线圈108相并联的一端接地，所述的第三电容109同能量发射线圈108相并联的另一端同智能控制模块104相连接，所述的能量发射线圈被固定在具有一定质量能够起抗风稳定作用的磁性介质上。

所述的开关驱动电路3包括静电感应晶体管SIT、碳化硅SiC-MOSFET、功率MOSFET、功率三极管GTR、VDMOS或者VDMOSFET管。

所述能量接收系统由缠绕在磁性介质18上的能量接收线圈15、谐振频率补偿电容16和能量耦合线圈17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19与负载20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。

所述的智能控制模块包括PLC、CPU、单片机或者控制器。

所述的用于山区的高压取电装置的控制方法为首先通过智能控制模块105把附属开关电路101断开而把开关驱动电路3闭合，然后当用于山区的高压取电装置中的具有稳压功能的高压线路直接取电装置1取得电能后，把相关取电后的电压信号送入智能控制模块104，然后所述的智能控制模块104启动用来控制高压取电的模块105对接收到的电压信号同设定的电压临界值相比较，如果接收到的电压信号大于设定的电压临界值，用来控制高压取电的模块105就把附属开关电路101闭合来把二次整流稳压电路2和所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置1之间的线路断开，另外进行取电后还电能通过二次整流稳压2整流后经过开关驱动电路3把电流送入能量发射系统102，能量发射系统102就实时地把得到的电流信号实时地发送到智能控制模块104中，所述的智能控制模块周期性地闭合和打开驱动电路，然后所述的智能控制模块104启动用来控制高压取电的模块105对接收到的电流信号同设定的电流临界值相比较，如果接收到的电流信号大于设定的电流临界值，用来控制高压取电的模块105就延长开关驱动电路3断开的时间。

由这些技术特征，本发明能够有效避免现有技术中的大功率工频逆变系统、升压电路以及工频变压器电路的引入导致了整个系统的异常繁杂容易引发功耗高和故障率高、结合山区的限制使得维修无法得到保障、附加有稳压电路加大了系统的异常繁杂的程度、能量接收系统的线圈在山区环境下如果在风速高的情况下就会出现晃动导致不稳定而容易相互碰撞无法起到彼此绝缘而容易引发事故并且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的在功率振荡的控制方面的效果很差的缺陷。

附图说明

图1为本发明的用于山区的高压取电装置的原理结构示意图。

图2为本发明的谐振型负载电路的连接结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，用于山区的高压取电装置，包括具有稳压功能的高压线路直接取电装置1，附属开关电路101连接二次整流稳压电路2和所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置1，所述的整流电路2同开关驱动电路3相连接，所述的开关驱动电路3同能量发射系统102相连接,同所述的能量发射系统102相隔绝缘距离的范围内设置有能量接收系统4，所述的能量接收系统4同负载系统5相连接，所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置1安装于山区的高压线路上，将山区的高压线路圆周上变化的磁场转化为初步稳压的电能，直接作为用于山区的高压取电装置的源电能；所述的二次整流稳压电路2用来把稳压的电能生成稳定的直流电压；所述的能量发射系统102包括谐振型负载电路103，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；所述的负载系统用来接收所述的高频电能，并匹配负载所需电能，为负载供电,所述的附属开关电路101、高压线路直接取电装置1、开关驱动电路3以及谐振型负载电路103分别同智能控制模块104相连接，所述的智能控制模块104内部设置有用来控制高压取电的模块105。所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置1包括磁饱和变压器6，所述的磁饱和变压器6被山区的高压线路穿过；或者所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置1包括串接在高压线路上的碳化硅二极管组。所述的二次整流稳压2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，所述的直流电具有稳定的直流电压。所述的附属开关电路101包括接地的IGBT开关，这样就能达到几十K的开关工作频率来满足电流转移的作用。所述的谐振型负载电路103包括第一电容106、第二电容107、第三电容109及能量发射线圈108，第三电容109同能量发射线圈108相并联，所述的第一电容106和第二电容107相串联后形成的串联电路也同能量发射线圈108相并联，所述的第一电容106和第二电容107之间同开关驱动电路3相连接，这样的连接方式就能把开关驱动电路3发送来的较小振幅的驱动电压信号经过第一电容106和第二电容107分压之后，最后加载到能量发射线圈108形成高频率高功率的谐振信号，如此就能满足较大距离的传输效果，此能量发射线圈13通过与能量接受线圈14的直接耦合能产生大强度高频非辐射式电磁能量场，所述的第三电容109同能量发射线圈108相并联的一端接地，所述的第三电容109同能量发射线圈108相并联的另一端同智能控制模块104相连接。所述的开关驱动电路3包括静电感应晶体管SIT、碳化硅SiC-MOSFET、功率MOSFET、功率三极管GTR、VDMOS或者VDMOSFET管，这样的开关部件能够达到几十兆的开关速度频率来满足实时开关调整的作用。所述能量接收系统由缠绕在磁棒18上的能量接收线圈15、谐振频率补偿电容16和能量耦合线圈17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19与负载20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。

所述的用于山区的高压取电装置的控制方法为首先通过智能控制模块105把附属开关电路101断开而把开关驱动电路3闭合，然后当用于山区的高压取电装置中的具有稳压功能的高压线路直接取电装置1取得电能后，把相关取电后的电压信号送入智能控制模块104，然后所述的智能控制模块104启动用来控制高压取电的模块105对接收到的电压信号同设定的电压临界值相比较，如果接收到的电压信号大于设定的电压临界值，用来控制高压取电的模块105就把附属开关电路101闭合来把二次整流稳压电路2和所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置1之间的线路断开，另外进行取电后还电能通过二次整流稳压2整流后经过开关驱动电路3把电流送入能量发射系统102，能量发射系统102就实时地把得到的电流信号实时地发送到智能控制模块104中，所述的智能控制模块周期性地闭合和打开驱动电路，然后所述的智能控制模块104启动用来控制高压取电的模块105对接收到的电流信号同设定的电流临界值相比较，如果接收到的电流信号大于设定的电流临界值，用来控制高压取电的模块105就延长开关驱动电路3断开的时间。这样就能起到当能量发射系统接收到的功率过大时而能断开开关驱动电路3实时保护能量发射系统，并能够通过附属开关电路101把过大的功率下的电流从其他支路流过。

以上所述，仅是本实用较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本实用技术实质，在本实用精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于山区的高压取电装置的控制方法，其特征为：所述高压取电装置包括具有稳压功能的高压线路直接取电装置，附属开关电路连接二次整流稳压电路和所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置，所述的整流稳压电路同开关驱动电路相连接，所述的开关驱动电路同能量发射系统相连接，同所述的能量发射系统相隔绝缘距离的范围内设置有能量接收系统，所述的能量接收系统同负载系统相连接，所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置安装于山区的高压线路上，将山区的高压线路圆周上变化的磁场转化为初步稳压的电能，直接作为用于山区的高压取电装置的源电能；所述的二次整流稳压电路用来把稳压的电能生成稳定的直流电压；所述的能量发射系统包括谐振型负载电路，用于产生高频电磁能量场；所述的能量接收系统，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；所述的负载系统用来接收所述的高频电能，并匹配负载所需电能，为负载供电；所述的附属开关电路、高压线路直接取电装置、开关驱动电路以及谐振型负载电路分别同智能控制模块相连接，所述的智能控制模块内部设置有用来控制高压取电的模块；

所述的控制方法为首先通过智能控制模块把附属开关电路断开而把开关驱动电路闭合，当具有稳压功能的高压线路直接取电装置取得电能后，把相关取电后的电压信号送入智能控制模块，然后所述的智能控制模块启动用来控制高压取电的模块对接收到的电压信号同设定的电压临界值相比较，如果接收到的电压信号大于设定的电压临界值，用来控制高压取电的模块就把附属开关电路闭合来把二次整流稳压电路和所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置之间的线路断开，另外进行取电后还能通过二次整流稳压整流后经过开关驱动电路把电流送入能量发射系统，能量发射系统就把得到的电流信号实时地发送到智能控制模块中，所述的智能控制模块周期性地闭合和打开驱动电路，然后所述的智能控制模块启动用来控制高压取电的模块对接收到的电流信号同设定的电流临界值相比较，如果接收到的电流信号大于设定的电流临界值，用来控制高压取电的模块就延长开关驱动电路断开的时间。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置包括磁饱和变压器，所述的磁饱和变压器被山区的高压线路穿过；或者所述的具有稳压功能的高压线路直接取电装置包括串接在高压线路上的碳化硅二极管组。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的二次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，所述的直流电具有稳定的直流电压。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的附属开关电路包括接地的IGBT开关、双刀双掷开关或者继电器。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的谐振型负载电路包括第一电容、第二电容、第三电容及能量发射线圈，第三电容同能量发射线圈相并联，所述的第一电容和第二电容相串联后形成的串联电路也同能量发射线圈相并联，所述的第一电容和第二电容之间同开关驱动电路相连接，此能量发射线圈通过与能量接受线圈的直接耦合能产生大强度高频非辐射式电磁能量场，所述的第三电容同能量发射线圈相并联的一端接地，所述的第三电容同能量发射线圈相并联的另一端同智能控制模块相连接。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述能量接收系统由缠绕在磁棒上的能量接收线圈、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。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：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。

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的智能控制模块包括PLC或者CPU或者单片机。