CN112631227B - 磁感应取能装置及基于电力取能的多数据融合能源物联网分布式信息子站系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种磁感应取能装置，包括取能感应线圈、自适应整流滤波电路、稳压电路、超级电容和电力信息采集传感器，所述超级电容通过所述自适应整流滤波电路和所述稳压电路与所述感应线圈电连接，所述磁感应取能装置安装于电力线，使得所述感应线圈围绕所述电力线。本发明还提出一种电力取能的多数据融合能源物联网分布式信息子站系统，包括如权利要求1至7中任一项所述的磁感应取能装置、分布式信息采集装置、数据融合处理模块、和跨平台资源池，其中，所述磁感应取能装置和所述分布式信息采集装置分别与所述数据融化处理模块通信连接。
Description
技术领域
本发明涉及电力数据通信技术领域，具体涉及一种磁感应取能装置以及基于电力取能的多数据融合能源物联网分布式信息子站系统。
背景技术
在当前通讯技术高速发展和城市智能化日益提高的背景下，多行业多数据采集成为智慧城市发展的一个迫切需求，各行业及相关业务部门都需要对城市分布式的各类数据进行采集，也配置了一些分布式终端，但是所有智能采集的终端不可避免对电能的需求，虽然小型的光伏电池或者小型风机配置等模式可以解决，但是长期运行性能不足以及受天气等制约。
考虑到城市中架空线路的分布与办公、生活、生产等密不可分，本发明提出一种基于架空线路电力取能的支持物联网的多数据融合信息采集装置，解决长期稳定的供能问题，并且可以在该装置本体上配置除电能信息之外的如大气环境参数检测、交通状态、路面照明状态等智慧城市相关的传感器，也可以作为物联网分布式子站，通过配置的多类型信道方式接收其他无线传感器的数据获取信息。
此外，现有的类似电力线路取能装置因为不能适应电力线路电流的大范围变化，只可在足够大的电流下才可以工作，实用性不高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种磁感应取能装置和基于电力取能的多数据融合能源物联网分布式信息子站系统。本发明基于电磁感应定律，设计电力取能应用线圈在变化的空间磁场中获取电能。数据融合模块设计了基于节点信任度的数据融合算法，主要应用于智慧城市及智慧乡村的能源及环境信息采集，为智慧平台提供数据支撑。
根据本发明的一个方面，提出一种磁感应取能装置，包括取能感应线圈、自适应整流滤波电路、稳压电路、超级电容和电力信息采集传感器，所述超级电容通过所述自适应整流滤波电路和所述稳压电路与所述感应线圈电连接，所述磁感应取能装置安装于电力线，使得所述感应线圈围绕所述电力线。
根据本发明的优选的实施方式，所述电力信息采集传感器包括电流传感器和/或电压传感器。
根据本发明的优选的实施方式，所述磁感应取能装置设置有供电力线通过的电力导线孔，使得所述磁感应取能装置通过所述电力导线孔安装至供取能的电力线，所述取能感应线圈围绕所述电力导线孔布置。
根据本发明的优选的实施方式，所述自适应整流滤波电路包括电子开关可控式全波桥式整流器。
根据本发明的优选的实施方式，所述稳压电路采用TD型DC-DC模块。
根据本发明的优选的实施方式，所述磁感应取能装置包括两个超级电容、与所述两个超级电容电连接的电压比较器、以及与所述两个超级电容和所述电压比较器分别电连接的控制器，所述控制器根据所述电压比较器对两个超级电容的实时监测数据，控制电量较大的超级电容供电且电量较小的超级电容充电。
根据本发明的优选的实施方式，所述自适应整流滤波电路根据所述感应线圈的电流大小控制整流的开关时间，限制输出功率在所述超级电容接受的范围内，从而实现对电流线路电流大小的自适应调节。
根据本发明的另一方面，提供一种电力取能的多数据融合能源物联网分布式信息子站系统，包括上述磁感应取能装置、分布式信息采集装置、数据融合处理模块、和跨平台资源池，其中，所述磁感应取能装置和所述分布式信息采集装置分别与所述数据融化处理模块通信连接。
根据本发明的优选的实施方式，所述分布式信息采集装置包括摄像头、温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器中的至少其中一者。
根据本发明的优选的实施方式，所述数据融合处理模块采用基于节点信任度的数据融合算法，并与所述跨平台资源池电连接，使得所述跨平台资源池提供所述数据融合处理模块处理的数据信息的查看和管理功能。
本发明提出了持久电能及电力线路电流适应性的问题的解决方案并实现了智能信息融合。本发明的基于电力取能的多数据融合能源物联网分布式信息子站系统能够通过数据融合的方法、基于电网和分布式发电的电价，决定充、供电以备将来使用，能量流取能，智能数据抽象模型算法、数据校验和复检功能和多种通信形式兼容；基于上述电力取能方法，进行数据融合基于能量流取能，兼容附近包括能量流在内的各类数据信息、数据融合抽象模型算法、数据校验和优化功能和多种通信形式兼容。利用跨平台资源池优化数据模型，大幅度降低数据冗余度；本发明电力取能的分布式信息子站系统通过多数据融合，建立数据模型算法，大大减少了数据传输量，应用于电力取能，能够实现多种通信方式工况下工作，调节精度高，应用前景广阔。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本发明实施方式的磁感应取能装置的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施方式的磁感线圈的感应取能等效电路的示意图；
图3示出了根据本发明实施方式的多数据融合能源物联网分布式信息子站系统的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
根据本发明的实施方式，提出一种磁感应取能装置。如图1和图2所示，本发明的磁感应取能装置包括取能感应线圈、自适应整流滤波电路、稳压电路、超级电容和电力信息采集传感器(即如图1所示的装置本体传感器)。所述超级电容通过所述自适应整流滤波电路和所述稳压电路与所述感应线圈电连接，所述磁感应取能装置安装于电力线(例如架空的高压传输线)，使得所述感应线圈围绕所述电力线。根据本发明的优选的实施方式，如图1所示，所述磁感应取能装置设置有供电力线通过的电力导线孔，使得所述磁感应取能装置通过所述电力导线孔安装至供取能的电力线，所述取能感应线圈围绕所述电力导线孔布置。优选地，所述电力信息采集传感器包括电流传感器和/或电压传感器。
由于高压传输线传输的电能频率为50Hz，该频率下产生的电磁波的波长非常长，取电磁芯与传输线的距离相较于波长几乎可以忽略，整个能量传输系统是一个感应耦合系统。磁场感应取能是利用电磁场耦合来采集电能，本发明的自适应整流结构可以不受电流大小影响，高压设备一旦运就能感应。本发明提出的持久电能是通过在城市或者乡村等人口聚集地区的电力架空线获取，通过磁场感应取电。
根据本发明的优选的实施方式，所述自适应整流滤波电路包括电子开关可控式全波桥式整流器。感应取电磁芯上的感应电动势和感应电流为正常的基频交流电，通过自适应整流滤波电路将其变为直流使用。采用电子开关可控式全波桥式整流器，根据感应线圈电流值的大小调节整流器导通时间，电流大，导通时间短，电流小，导通时间长，实现对电力线路电流的自适应。并且该电路形式导通电压较低，输出电流较高。
根据本发明的优选的实施方式，所述稳压电路采用TD型DC-DC模块，兼容外电源输入，且匹配超级电容参数。
根据本发明的优选的实施方式，所述磁感应取能装置包括两个超级电容、与所述两个超级电容电连接的电压比较器、以及与所述两个超级电容和所述电压比较器分别电连接的控制器，所述控制器根据所述电压比较器对两个超级电容的实时监测数据，在两个电容器的工作方式即充电/供电进行切换，实现电量较大的超级电容供电且电量较小的超级电容充电。另外，两个超级电容可互为备份，提升可靠性。整流滤波电路、稳压电路和超级电容可设置于例如图1所示的稳压及储能模块区；电压比较器和控制器可设置于例如图1所示的数据处理电路区。
根据本发明的优选的实施方式，所述自适应整流滤波电路根据所述感应线圈的电流大小控制整流的开关时间，限制输出功率在所述超级电容接受的范围内，从而实现对电流线路电流大小的自适应调节。
图1示出了根据发明的实施方式的感应线圈的感应取能等效电路，其中，r_coil为线圈电阻，L_coil为线圈电感，VE是线圈的感应电动势。根据法拉第电磁感应定律，副边线圈上产生的感应电动势可表示为磁芯处的磁感应强度和磁芯参数的函数：VE＝NwBexAμ，VE是基频交流感应电压的幅值，Nw表示磁芯上线圈的圈数，Bex表示磁芯处的外部磁感应强度，A为有效截面积，w为角频率，μ为有效磁渗透率，其值大小与磁芯的材料和几何形状有关。
本发明还提出一种多数据融合能源物联网分布式信息子站系统，包括如上所述的磁感应取能装置、分布式信息采集装置、数据融合处理模块、和跨平台资源池，其中，所述磁感应取能装置和所述分布式信息采集装置分别与所述数据融化处理模块通信连接。优选地，所述分布式信息采集装置可以包括摄像头、温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器。所示数据融合处理模块可以对上述分布式采集装置和电力信息采集传感器采集的数据进行统一融合处理，并传送至所述跨平台资源池。通过设置分布式信息采集装置，能够采集除电能信息之外的如大气环境参数检测、交通状态、路面照明状态等智慧城市相关数据，也可以作为物联网分布式子站，通过配置的多类型信道方式接收其他无线传感器的数据获取信息。
数据融合处理模块可以包括CPU、DSP、通用处理器、ASIC、FPGA或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。
本发明基于电力取能的多数据融合模型，采用安全可控的跨平台设计，内设资源池对各类资源进行管控，数据融合把采集的各类装置产生的电压、电流和功率等数据融合，并进行智能数据抽象和统一转换，便于信息交互。
根据本发明的优选的实施方式，数据融合处理模块基于节点信任度的数据融合算法，系统进行决策时，将在区间(Bel(A)，Pls(A))中选取一个数值作为对命题A的最终信度，其中Bel表示对命题成立的最低信任程度，Pls表示对命题成立的最大信任程度。通过对原始数据进行修正融合，并与其他各融合方法进行比较。利用节点数据序列方差生成的修正系数对源证据进行修正后得到的组合结果能解决证据冲突问题，且融合效果相对较好，得到的最终结果也与真实情况更加接近，说明引入节点信任度修正算法对证据融合的可靠性是有效的。本发明采用智能数据模型算法利用云智能经验数据和计算位置主要在分布式设备节点上执行的特点，优化数据模型，大幅度得降低数据传输量。
根据本发明的实施方式，如图3所示，所述数据融合处理模块与所述跨平台资源池电连接，使得所述跨平台资源池提供经由所述数据融合处理模块处理的数据信息的查看和管理功能。优选地，本发明的跨平台资源池通过统一资源接口提供资源查看、认证管理、访问日志和权限管理功能。从而实现资源模型与多数据融合架构的结合。
根据本发明的优选的实施方式，装置数据采集根据云端经验数据，配置数据校验和优化功能模块，最大程度避免错误数据，提高数据有效性。
本发明的多数据融合能源物联网分布式信息子站系统采用数据融合的方法、基于能量流取能，兼容附近包括能量流在内的各类信息、智能数据抽象模型算法、数据校验和复检功能和多种通信形式兼容。所述多形式通信方式包括无线通信、蓝牙通信、NB通信、LURA通信及电力线载波通信，确保所述通信方式兼容，确保通道畅通；所述智能数据抽象模型算法，利用云智能经验模型和本地边缘计算，优化数据模型，大幅度降低数据传输量；本发明电力取能的分布式信息子站装置通过多数据融合，建立数据模型算法，大大减少了数据传输量，应用于电力取能，能够实现多种通信方式工况下工作，调节精度高，应用前景广阔。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种应用于智慧城市及智慧乡村的能源及环境信息采集的、电力取能的多数据融合能源物联网分布式信息子站系统，其特征在于，包括磁感应取能装置、分布式信息采集装置、数据融合处理模块、和跨平台资源池，其中，所述磁感应取能装置和所述分布式信息采集装置分别与所述数据融化处理模块通信连接；
其中，所述磁感应取能装置包括取能感应线圈、自适应整流滤波电路、稳压电路、超级电容和电力信息采集传感器，所述超级电容通过所述自适应整流滤波电路和所述稳压电路与所述感应线圈电连接，所述磁感应取能装置安装于电力线，使得所述感应线圈围绕所述电力线；
所述磁感应取能装置包括两个超级电容、与所述两个超级电容电连接的电压比较器、以及与所述两个超级电容和所述电压比较器分别电连接的控制器，所述控制器根据所述电压比较器对两个超级电容的实时监测数据，控制电量较大的超级电容供电且电量较小的超级电容充电；
所述自适应整流滤波电路根据所述感应线圈的电流大小控制整流的开关时间，限制输出功率在所述超级电容接受的范围内，从而实现对电流线路电流大小的自适应调节；
所述分布式信息采集装置包括摄像头、温度传感器、湿度传感器和空气质量传感器；所述数据融合处理模块对分布式信息采集装置和电力信息采集传感器采集的数据进行统一融合处理，并传送至所述跨平台资源池，所述分布式信息采集装置用于采集除电能信息之外的大气环境参数检测、交通状态、路面照明状态的智慧城市相关数据，且用作物联网分布式子站，通过配置的多类型信道方式接收其他无线传感器的数据获取信息。
2.根据权利要求1所述的电力取能的多数据融合能源物联网分布式信息子站系统，其特征在于，所述数据融合处理模块采用基于节点信任度的数据融合算法，并与所述跨平台资源池电连接，使得所述跨平台资源池提供所述数据融合处理模块处理的数据信息的查看和管理功能。
3.根据权利要求1所述的电力取能的多数据融合能源物联网分布式信息子站系统，其特征在于，所述磁感应取能装置设置有供电力线通过的电力导线孔，使得所述磁感应取能装置通过所述电力导线孔安装至供取能的电力线，所述取能感应线圈围绕所述电力导线孔布置。
4.根据权利要求1所述的电力取能的多数据融合能源物联网分布式信息子站系统，其特征在于，所述自适应整流滤波电路包括电子开关可控式全波桥式整流器。
5.根据权利要求1所述的电力取能的多数据融合能源物联网分布式信息子站系统，其特征在于，所述稳压电路采用TD型DC-DC模块。
6.根据权利要求1所述的电力取能的多数据融合能源物联网分布式信息子站系统，其特征在于，所述电力信息采集传感器包括电流传感器和/或电压传感器。
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