CN108880007A - 一种面向电网高电位监测设备传感器的无线能量传输方法 - Google Patents

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张冉
杨天乙
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Abstract

本发明公开了一种面向电网高电位监测设备传感器的无线能量传输方法，属于电网高电位监测领域。该方法包括如下步骤：（1）在为传感器供能之前，系统的跟踪瞄准单元启动，开始自动寻找接收端的无线能量接收器；（2）当无线发射器对准无线能量接收器后，增加功率开始能量传输，在此期间跟踪瞄准单元根据上位机实时采集反馈回的无线能量接收器的位置信息参量不断调整姿态，完成对接收端的实时跟踪传能；（3）在能量传输过程中，能量监控单元通过对接收端蓄电池电量的实时监控，根据电量的高低控制驱动电源的通/断。本发明实现面向监测设备传感器的高效、持续供能，保证工作人员在安全区域内以远程非接触的模式完成对监测设备传感器的供能作业。

Description

一种面向电网高电位监测设备传感器的无线能量传输方法
技术领域
本发明涉及一种面向电网高电位监测设备传感器的无线能量传输方法，属于电网高电位监测领域。
背景技术
随着电力系统自动化和智能电网的发展，对高压电力设备进行实时监测日益重要，输变电设备中智能电子设备和监测的传感器的应用日益广泛。为了准确监测电气设备的多种物理量，大量的、多种类型的传感器节点将密集分布于待测区域内。通常，传感器和电子设备采用低压直流供电，但在中高压电气设备的复杂工作环境下，常规通过人工补充传感器节点能量的方法不再适用，其代价也是非常巨大的；此外，受地理因素、高压绝缘等条件的限制，用户设备监测传感器的电源一般不能由低压端直接提供，导致电源供给成为制约在线监测系统发展急需突破的难题。因此，为保证监测装置稳定有效的工作，设备监测传感器的取电问题亟待解决。
目前对于高电位监测设备传感器的供电方式主要包括：电线供电、电池供电、环境取能等。而这些供电方式在输电线路监测设备现场的工程应用中，主要表现在以下几方面：①可靠性差，损坏率高；②可维护性差；③体积和重量较大。而无线电能传输（WirelessPower Transfer, WPT）技术通过其他形式的载体实现无直接电气接触的电能传输，具有移动灵活性高，环境适应性强的特点，受到了越来越多的关注。
发明内容
本发明提出了一种面向电网高电位监测设备传感器的无线能量传输方法，该方法将无线能量传输技术引入到电网高电位监测设备的供能中，通过跟踪瞄准单位和能量监控单元，实现持续、高效的能量传输。
本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种面向电网高电位监测设备传感器的无线能量传输方法，包括如下步骤：
（1）在为传感器供能之前，系统的跟踪瞄准单元启动，开始自动寻找接收端的无线能量接收器；
（2）当无线发射器对准无线能量接收器后，增加功率开始能量传输，在此期间跟踪瞄准单元根据上位机实时采集反馈回的无线能量接收器的位置信息参量不断调整姿态，完成对接收端的实时跟踪传能；
（3）在能量传输过程中，能量监控单元通过对接收端蓄电池电量的实时监控，根据电量的高低控制驱动电源的通/断。
步骤（2）中所述能量传输的方式为非接触式的。
所述非接触能量传输方式为激光无线能量传输。
所述非接触能量传输方式为微波无线能量传输。
所述非接触能量传输方式为超声波无线能量传输。
所述跟踪瞄准单元包括上位机、摄像头和伺服云台，其中摄像头、上位机和伺服云台顺序连接，伺服云台和摄像头连接。
本发明的有益效果如下：
1、本发明采用无线能量传输的方式可以大大降低操作层面的复杂性，摒弃人工补充能量的形式。
2.本发明中的跟踪瞄准单元可以保证无线能量发射端实时对准无线能量接收端，在降低操作难度的情况下，又能保证能量的传输效率。
3.本发明能量监控单元可以实现对蓄电池能量的实时监控，并根据蓄电池的电量高低随时打开/关闭发射端的驱动电源，保证系统的正常工作。
4、本发明极大地拓展无线能量传输的使用范围和应用模式，为高电位监测设备传感器供能技术的工程化提供技术支撑。
附图说明
图1是本方法的整体流程示意图。
图2是跟踪瞄准单元的整体工作流程示意图。
图3是能量监控单元的整理工作流程示意图。
图4是现场工作环境示意图。
具体实施方式
本发明提出的面向电网高电位监测设备传感器的无线能量传输方法，为使本发明的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图对本发明进一步详细说明。
以下将结合附图，对本发明所提到的技术方案进行详细说明：
本发明为满足电网高电位监测设备传感器的供能需求，主要采用无线能量传输单元、跟踪瞄准单元和能量监控单元来实现。
无线能量传输单元
无线能量的传输方式有多种，有激光式、微波式、超声波式等等。对能量传输方式的选择，也是制约该方案整体效率的关键因素。在实际的应用过程中，应根据取能环境合理选择传能方式，例如：在下雨天空气湿度较重的情况下，若选择激光无线能量传输，激光在空气中的折射会严重激光照射结果，在这种情况下，选择微波式或者超声波式的能量传输方式相对更合理。
跟踪瞄准单元
在实际情况下，由于现场环境的影响，在能量传输的过程中，无线能量发射端与取能装置间因晃动会产生相对运动，这严重影响了系统的供能效率。只有通过实时修正发射端的发射角度，才能最大程度的保证供能的效率。因此，在无线能量发射端加入跟踪瞄准单位，可以实现发射端对接收端的实时对准，这有效避免了因环境而产生的对供能效率的影响。
能量监控单元
由于在实际的应用场景中，接收端的取能装置距离地面较高，若没有对蓄电池电量的实时监控，容易产生蓄电池的过充、过放情况，影响电池的性能。因此，在接收端加入了无线能量监控单元，发射端可以实时监控蓄电池的电量。该单元实现了对输入电能的实时管理和监控，提高了系统的可靠性。
图1给出了本方法的整体示意图，无线发射端驱动电源经过的电网或蓄电池中的电能驱动后将能量提供给无线生成模块，该模块将这些能量转换成无线能量波通过空气传输出去。无线能量波经自由空间传输后在接收端被无线接收器池吸收并转换回电能，这些电能可以为传感器的蓄电池充电也可以直接提供给传感器上其他负载。在为传感器供能之前，跟踪瞄准单元启动，开始自动寻找无线接收器。当无线发射器对准无线接收器后，增加功率开始供能工作，在此期间跟踪瞄准单元根据上位机实时采集反馈回的无线接收器位置信息参量不断调整姿态，完成实时跟踪传能。在能量传输的过程中，能量监控单元始终处于工作状态，当接收端的蓄电池电量充满时，能量监控单元将会自动切断发射端的驱动电源，停止能量传输；当蓄电池电量不足时，能量监控单元将会激活发射端的驱动电源，恢复能量传输。
图2给出了跟踪瞄准单元的整体工作流程。跟踪瞄准单元主要由上位机、摄像头以及伺服云台3个部分组成。该单元开始工作后，伺服云台立即开始按固定路线巡检，同时上位机通过图像采集卡从固定在云台上的摄像头获取图像信息，对每一帧图像进行实时处理，当判断目标出现在摄像头视场中时，停止巡检，进入跟踪阶段。摄像头继续进行实时图像采集，根据处理后的图像信息得到目标在摄像头视场中的坐标，然后云台根据坐标信息不断调整姿态，实现对目标的跟踪瞄准。
传统意义上基于计算机视觉的目标跟踪只要满足目标出现在摄像头视场中央即可，而在本发明中，由于无线发射器与摄像头无法重合，两者之间存在相对距离，当接收器轮廓中心与视场中心匹配时，无线能量发射器无法完全对准无线能量接收器。因此在跟踪的设计上，设定了一个标定位置，使得当接收器轮廓中心与标定坐标匹配时，发射器正好对准接收器。
图3给出了能量监控单元的整理工作流程。由于在实际的应用场景中，接收端的无线能量接收器距离地面较高，如图4。为了避免蓄电池的过充、过放，在接收端加入了无线能量监控单元，发射端可以通过RFID（无线射频通信）实时监控蓄电池的电量。当蓄电池充满时，通过射频方式将电池电量状态传回给发射端的上位机，上位机接收到指令后通过串口将驱动电源关闭，发射端停止工作；当蓄电池电量过低时，通过同样的方式使驱动电源打开，发射端恢复工作。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种面向电网高电位监测设备传感器的无线能量传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）在为传感器供能之前，系统的跟踪瞄准单元启动，开始自动寻找接收端的无线能量接收器；
（2）当无线发射器对准无线能量接收器后，增加功率开始能量传输工作，在此期间跟踪瞄准单元根据上位机实时采集反馈回的无线能量接收器的位置信息参量不断调整姿态，完成对接收端的实时跟踪传能；
（3）在能量传输过程中，能量监控单元通过对接收端蓄电池电量的实时监控，根据电量的高低控制驱动电源的通/断。
2.根据权利要求1所述的一种面向电网高电位监测设备传感器的无线能量传输方法，其特征在于：步骤（2）中所述能量传输的方式为非接触式的。
3.根据权利要求2所述的一种面向电网高电位监测设备传感器的无线能量传输方法，其特征在于：所述非接触能量传输方式为激光无线能量传输。
4.根据权利要求2所述的一种面向电网高电位监测设备传感器的无线能量传输方法，其特征在于：所述非接触能量传输方式为微波无线能量传输。
5.根据权利要求2所述的一种面向电网高电位监测设备传感器的无线能量传输方法，其特征在于：所述非接触能量传输方式为超声波无线能量传输。
6.根据权利要求1所述的一种面向电网高电位监测设备传感器的无线能量传输方法，其特征在于：所述跟踪瞄准单元包括上位机、摄像头和伺服云台，其中所述摄像头、上位机和伺服云台顺序连接，所述伺服云台和摄像头连接。
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