CN113131626A - 电力系统和运行电力系统的方法 - Google Patents

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CN113131626A CN202011618313.5A CN202011618313A CN113131626A CN 113131626 A CN113131626 A CN 113131626A CN 202011618313 A CN202011618313 A CN 202011618313A CN 113131626 A CN113131626 A CN 113131626A
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Abstract

提供了一种电力系统和运行电力系统的方法。该系统由连接到变频器的电源供电。变频器通过电路连接到具有输入端和输出端的配电开关以及被配置为存储电能的元件。输出端连接至第一电线的第一端。第一电线的第二端连接至第一反射元件。第一设备连接至第一端和第二端之间的第一电线。第二电线的一端连接到输出端，另一端连接到第二反射元件。变频器被配置为将电源产生的电流转换为用于为第一设备供电的增频交流电流。

Description

电力系统和运行电力系统的方法
技术领域
本技术涉及电气技术，尤其涉及电力系统和可以对连接至形成开路的单线电线的设备供电的方法。
背景技术
已知有可能通过一根电线传输电力以对各种电子设备、例如光源和电动机供电。Stephen Grey、Nikola Tesla、Stanislav Avramenko、Konstantin Avramenko等物理学家的工作描述了关于通过一根电线传输电力的各种实验，然而，针对大众市场缺乏可扩展的具有成本效益的工程解决方案。
对沿着不形成闭合电路的单导线传输电能的描述基于多项发现，包括英国物理学家Stephen Grey在1729年对导电现象的研究。这种现象包括电力沿着金属导体从一个物体传输到另一个物体，从而使电荷分布在导体表面上(请参见Yu.A.Khramov,Physicists:ABiographical Reference Book(Moscow,"Nauka"1983)；以及科学传记词典(New York,Charles Scribener's Sons 1970-1978)。
据信，Nicola Tesla在19世纪后期描述了一种通过单线传输线向电气设备供电的方法(参见John O'Neill,Electrical Prometheus,(Moscow"History of Technology"1944))；B.N.Rzhonsnitsky,Nikola Tesla(Moscow"Molodaya Gvardiya"1959)；以及G.K.Tsverava,Nikola Tesla(Leningrad"Nauka"1974))。
在美国专利号US6104107中，Stanislav Avramenko Konstantin Avramenko描述了一种通过不形成闭合电路的单线传输线向电气设备供电的方法。该方法的特征在于，将电能转换成自由电荷场的振荡能量，例如电场的位移电流或纵波，并且在必要时包括转换成传导电流的电磁能。
俄罗斯专利号RU2241176教导了一种电照明系统，该电照明系统包括太阳能电池、蓄电池、充电控制器、逆变器、谐振变压器、电线和一组LED。谐振变压器的高压绕组的高压端子连接到单线。LED组中的每个LED与单线并联连接，使得一个LED端子连接至单线，而另一LED端子连接至绝缘导电体。该照明系统的缺点是LED上存在高电位(1500伏)，这导致单线的元件具有对地短路的风险。而且，这种照明系统由于要为单线提供更多的电气绝缘的安全要求，其设置和运行成本可能很高。
俄罗斯专利号RU2662796教导了一种照明系统，该照明系统包括电源、变频器、谐振高频变压器、单线电线、电灯，其中，特斯拉变压器绕组的低电位端子连接到该单线电线的起点。这种方法的缺点由使用特斯拉谐振变压器引起，并且与提供容量超过2kW的功率所产生的问题有关。而且，特斯拉谐振变压器本身比较庞大并且具有相对较大的尺寸。此外，当特斯拉变压器开始以谐振模式运行时，高电压电位输出端可能会出现明显的电压电位，达到1.5-14kV的值。特斯拉变压器的这种高电位输出可能需要在特斯拉变压器运行的区域中安装其他安全措施。
本技术的目的是降低电力系统中具有高电位组件的风险，降低电力系统短路的风险，使电力系统比常规电力系统更安全，并提供具有成本效益的电力系统，其可以扩展技术以满足大众市场的需求。
发明内容
本技术的目的是改善现有技术中存在的至少一些不便之处。
本技术的实施例是基于工程师对与现有技术方法相关的至少一个技术问题的理解而开发的，从而以安全且具有成本效益的方式传输电力。
更具体地，目前已知的现有技术的系统没有考虑到利用运行在谐振模式或接近谐振模式下的系统产生非常规类型的电力的可能性。这样，本技术允许设计稳定的电力系统，该电力系统在进入接近谐振模式的模式或谐振模式本身时，将通过电线以各种形式有效地传输电流和电磁波，包括但不限于纵向电流、驻波电磁波、行波电磁波、位移电流、充电电流或电磁顶点(electromagnetic vertex)，并利用这些电流和电磁波为各种设备供电。
工程师发现，提供以下的装置或系统将是有益的，该装置或系统在以谐振模式运行系统的至少一部分时将保持稳定，使得该系统将能够向串联或并联连接至电线的任何类型的设备提供电力，其中将沿着该电线从一端到另一端来回传输交流电流，从而允许存在于电线中的交流电流的电力被与之导电地连接的设备利用。
根据本技术的第一广义方面，提供了一种电力系统，该电力系统至少具有以下组件：导电地连接至变频器的电源，所述变频器又经由电路导电地连接至具有输入端和输出端的配电开关。该电路具有与之连接的元件，所述元件被配置为存储电能。所述元件可以由几个电气组件组成，或者可以是单个电气组件。配电开关连接到第一电线，该第一电线具有与之导电地连接的第一设备。第一电线具有第一端和第二端。所述第一端连接到所述配电开关的输出端。所述第一设备导电地连接至所述第一端和所述第二端之间的所述第一电线。所述第一设备可以由所述系统供电。所述系统可以由任何电源供电，例如DC或AC。所述变频器被配置为将所述电源产生的电流转换为增频交流电流。所述电路和所述元件可以是谐振电路。所述增频交流电流经由所述配电开关传输到所述第一电线以为所述第一设备供电，所述第一设备可以是单个设备或是多个设备。也可能有第二电线，其与所述配电开关的输出端导电地连接。所述第二电线具有第三端和第四端。所述第三端可以导电地连接至所述输出端。可能有一个或多个配电开关。所述配电开关具有导电地连接至所述电路的输入端。所述第一电线从所述电源、所述配电开关和所述谐振电路延伸出去，使得只有所述第一电线的第一端连接至所述配电开关，所述第一电线的第二端不连接至所述电源、所述变频器、所述元件、所述电路或所述配电开关，即不与所述电源、所述变频器、所述元件、所述电路或所述配电开关形成闭合电路。所述第一电线的第二端具有与之导电地连接的第一反射元件，使得经由所述第一电线传输的增频交流电流从所述第二端的反射元件反射回所述第一电线。所述第二电线的第四端具有与之连接的第二反射元件。所述第二电线也不与所述电源、所述变频器、所述元件、所述电路或所述配电开关形成闭合电路。
在所述电力系统的一些实施方式中，可能存在更多的电线，这些电线不形成闭合电路，并且用于传输增频交流电流，以便为导电地连接至这些电线的其他设备供电。因此，为了易于理解本技术，所述电线可以被表示为第一、第二、第三、第四、第五等；所述设备可以表示为第一、第二、第三、第四、第五等；所述线端可以表示为第一、第二、第三、第四、第五等；这种表示无意于进行限制，不改变每个元件的功能，也不暗示这些名词的任何顺序、类型、年代、层级或等级，仅表示这些名词具有与其相关的不同形容词，如下面更详细描述。可以理解，电线可以具有多个第二端和多个第一端。本技术教导了，为了使系统正确地工作，将增频交流电流传输至与电线导电地连接的一个或多个设备，是通过使用电流的振荡特性，即，所述电线的第一端和所述电线的对应第二端之间存在的电流的振荡，而不是所述电流在闭合电路中循环运行的特性实现的。
在所述电力系统的一些实施方式中，所述第一反射元件可以是以下任意一种：所述至少第一电线的未连接的线端、电容器、包括导电材料的物体、地、以及所述第二端的绝缘材料。所述第二反射元件可以是以下任意一种：所述至少第二电线的未连接的线端、电容器、包括导电材料的物体、地、以及所述第四端的绝缘材料。反射元件不一定要在任何电线的未连接的端上有任何特定的规定，只要未连接的端不妨碍其各自电线在电线的端之间传输电磁波的能力即可。
在所述电力系统的一些实施方式中，例如，当所述第一电线的尺寸足以提供所述第一电线的本征电容以使所述电力系统以接近谐振模式或谐振模式运行时，所述反射元件可以是所述电线本身的第二端，该第二端是不连接的。例如，所述第二端可以是绝缘的，这将足以使系统运行。类似地，当第二电线、第三电线、第四电线等的尺寸足以提供这些电线中任意一个电线的本征电容以使所述电力系统以接近谐振模式或谐振模式运行时，所述反射元件可以是所述电线本身的未连接的端。
在所述电力系统的一些实施方式中，例如，当所述第一电线的尺寸不足以提供所述第一电线的本征电容来使所述电力系统以接近谐振模式或谐振模式运行时，所述反射元件可以是增加所述第一电线的电容的物体。例如，这样的物体可以是任何导电体。所述导电体可以具有任何形状或形式，例如：球、圆环、盘、杆、圆柱体或电线的延伸部分。在某些情况下，可以将地作为反射元件(通过将第一电线接地)，只要所述第一电线的第二端不通过所述地与所述电源、所述谐振电路或所述配电开关形成闭合电路。类似地，当第二电线、第三电线、第四电线等的尺寸不足以提供这些电线中的每根电线的本征电容以使所述电力系统以接近谐振模式或谐振模式运行时，所述反射元件可以是增加每个这些电线的电容的物体。
在所述电力系统的一些实施方式中，第二设备导电地连接至所述第三端和所述第四端之间的所述第二导线。所述第二设备可以是多个第二设备。
在所述电力系统的一些实施方式中，所述第一设备或所述第二设备可以是：光源、声源、机电供电设备、电磁供电设备或使用电力运行的任何其他设备。
在所述电力系统的一些实施方式中，可以存在导电地连接至所述第一电线的多个第一设备，以及导电地连接至所述第二电线的多个第二设备。所述多个第一设备或所述多个第二设备可以是光源、声源、机电供电设备、电磁供电设备的组合。
在所述电力系统的一些实施方式中，所述多个第一设备中的每个或所述多个第二设备中的每个可以在彼此之间具有等效功耗，或者可以是相似的类型。
在所述电力系统的一些实施方式中，所述多个第一设备中的每个可以彼此间隔开，从一个第一设备到另一第一设备的距离相对相等，或者从一个第一设备到另一第一设备的距离为所述电力系统的谐振的函数或根据所述电力系统用户的需求。
在所述电力系统的一些实施方式中，所述多个第一设备或所述多个第二设备可以是以下之一：多个发光二极管、多个气体灯、或多个白炽灯、多个紧凑型荧光灯、多个卤素灯、多个金属卤化物灯、多个荧光灯管、多个霓虹灯、多个高强度放电灯和多个低压钠灯。
在所述电力系统的一些实施方式中，在所述多个发光二极管中，至少两个发光二极管可以沿相反的方向连接到所述第一电线。从所述第一电线的第一端向所述电线的第二端传输的增频交流电流可以为沿从所述第一电线的第一端向所述第一电线的第二端的方向上连接的发光二极管供电。从所述电线的第二端反射并从所述第一电线的第二端向所述电线的第一端传输的增频交流电流可以为在从所述第一电线的第二端向所述第一电线的第一端方向上连接的发光二极管供电。类似地，导电地连接至第二电线、第三电线、第四电线等的发光二极管可以由增频交流电流供电，如以上针对所述第一电线所描述的。
在所述电力系统的一些实施方式中，所述多个第一设备中的第一组顺序导电连接至所述至少一根第一电线。
在所述电力系统的一些实施方式中，所述多个第一设备中的第二组并联导电连接至所述第一电线。因此，所述第一电线可以具有多个第二端。
例如，当至少一些所述第一设备并联连接时，所述第一电线的第二端可以具有多个第二端，使得并联连接的所述第一设备的一个端子导电地连接至所述第一电线的所述第一端的一侧，并且所述第一设备的第二端子连接在所述第二端的一侧，以确保所述第一电线不会形成闭合电路。
在所述电力系统的一些实施方式中，所述多个第一设备中的第三组包括反并联地导电连接至所述第一电线的两个发光二极管。
在所述电力系统的一些实施方式中，有可能顺序地或并联地导电连接任意第一设备，同时保持系统运行在谐振模式或接近谐振模式。
在所述电力系统的一些实施方式中，所述电路包括电容器和电感器。例如，所述元件可以由单个电容器或一组电容器组成。而且，所述元件可以由串联连接的电容器和电感器组成，从而形成谐振轮廓。可能存在多种组合以确保所述电路和所述元件具有存储所述系统的至少一部分电能的功能，因此，应当理解，电容器、电感器、绕组、电阻物体、电路的数量不受任何限制，并且本技术不限制所述电容器、电感器、绕组、电阻物体、电路的互连方式，无论其是串联、并联、还是两者的组合，只要所述电路和所述元件能够存储所述系统的至少一部分电能即可。
在所述电力系统的一些实施方式中，当所述系统接近谐振模式运行时或当所述系统以谐振模式运行时，所述第一设备可以被供电。
在所述电力系统的一些实施方式中，当所述系统在接近谐振模式下运行时或当所述系统在谐振模式下运行时，所述电路和所述元件产生所述系统的至少70％的谐振效应。
在所述电力系统的一些实施方式中，所述增频交流电流将纵向电流、驻波电磁波、行波电磁波、位移电流、充电电流或电磁顶点中的任意一种组合传输到导电连接至所述配电开关的输出端的电线。
在所述电力系统的一些实施方式中，所述增频交流电流在1kHz和1MHz之间的范围内。
在所述电力系统的一些实施方式中，所述配电开关可以是变压器。
在所述电力系统的一些实施方式中，变压器可以是阻抗匹配变压器。所述变压器具有参数相同或相近的n个绕组(n＝2、3、4、5)。所述变压器的输入绕组连接至所述电路。n-1个变压器输出绕组中的每个都可以连接至所述第一电线和所述第二电线，所述第二电线将所述增频交流电流传输到所述第一设备和所述第二设备。所述变压器可以是降压器。所述变压器的变压比可以在0.2至5的范围内。
根据本技术的另一广义方面，提供了一种运行电力系统的方法。所述方法可以包括以下步骤。例如，所述方法可以是以下。
a.接收来自电源的电流，并将所述电流通过变频器转换成增频交流电流，所述增频交流电流在1kHz至1MHz的范围内。
b.将所述系统的电能的第一部分存储在与元件导电连接的电路中。
c.将所述增频交流电流从所述电路传输到第一电线的第一端和第二电线的第三端。
d.从所述第一电线的第二端反射所述增频交流电流的第一部分。
e.从所述第二电线的第四端反射所述增频交流电流的第二部分。
f.使所述系统接近谐振模式运行。
g.通过所述增频交流电流为第一设备供电，所述第一设备与所述第一端和所述第二端之间的所述第一电线导电地连接。
这些步骤可以按照适合于正确操作本技术的顺序来安排。
在所述方法的一些实施方式中，将所述电流转换为增频交流电流的步骤包括以下步骤：确定所述系统的谐振频率，以及将由所述电源产生的电流转换为谐振频率交流电流，所述谐振频率交流电流在所述系统的谐振频率的40％以内。所述电路的元件可以由串联导电连接的电感器和电容器组成，或者由电感器和电容器的任何其它组合组成，以及适合本技术的并联或串联连接的其它元件组成。所述电路和所述元件被配置为存储所述系统的电能。在示例中，当需要创建足够高功率的电力系统时，所述电路和所述元件可能会在其中积累大量能量。为了解决在电路中积聚大量能量的问题，本技术教导了提供一种谐振轮廓，例如：尺寸适合积聚能量的电感器和电容器。
在所述方法的一些实施方式中，通过所述增频交流电流为所述第一设备供电的步骤包括通过纵向电流、驻波电磁波、行波电磁波、位移电流、充电电流或电磁顶点中的任意一种组合为所述第一设备供电。本技术教导了，当交流电流在未形成闭合电路的电线中来回流动(即振荡)时，由该振荡引起的电效应会产生重要的功率，该功率可以传输给与该电线导电地连接的电力设备。
在所述方法的一些实施方式中，通过所述增频交流电流为所述第一设备供电的步骤和通过所述增频交流电流的至少所述反射部分为另一设备供电的步骤包括为多个光源、声源、机电供电设备或电磁供电设备。
在所述方法的一些实施方式中，为所述多个光源供电的步骤包括：向与所述第一电线反并联连接的多个发光二极管供电。
在所述方法的一些实施方式中，还包括以下步骤：将所述增频交流电流从所述谐振电路传输至第二电线的第三端，通过经由所述第二电线传输的所述增频交流电流为第二设备供电，从所述第二电线的第四端反射所述增频交流电流的至少一部分，以及通过所述增频交流电流的至少一部分为附加设备供电。当所述增频交流电流在有与电线导电连接的设备的电线中来回流动(即振荡)时，这些设备会消耗由所述增频交流电流产生的功率，因此该电线中可能存在纵向电流、驻波电磁波、行波电磁波、位移电流、充电电流或电磁顶点的效应。
在所述方法的一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：基于从连接至所述系统的所述元件、所述电路、变频器、所述第一电线、所述第一设备和传感器中的任意一个接收的数据校正所述增频交流电流。
在所述方法的一些实施方式中，所述方法还包括：通过确定所述系统和所述电路中的任意一个的谐振频率将系统设置为接近谐振模式。
在本技术的一些实施方式中，所述电路和所述元件可以是谐振轮廓。
在本文的上下文中，除非另外特别提供，否则“电线”或“单线电线”是导电的任何类型的电线。它可以是一根电线或多根电线，两者均包括在“第一电线”、“电线”或“第二电线”的表述中，只要这些电线不是连接在一个闭合电路中。
在本文的上下文中，除非另外特别提供，否则“设备”是能够通过电力供电的任何设备，并且可以是一根电线或多根电线，两者均包括在表述“第一设备”、“至少一个设备”或“第二个设备”之内。
在本文的上下文中，除非另外特别提供，否则词语“第一”、“第二”、“第三”等用作形容词，仅用以允许区分它们所修饰的名词与另一个名词之间的区别，而不是为了描述这些名词之间的任何特定关系。因此，例如，应该理解的是，术语“第一电线”和“第二电线”的使用无意于暗示电线的/电线之间的(例如)任何特定顺序、类型、年代、层级或等级，它们的使用(其本身的使用)也不意味着在任何给定情况下必须存在任何“第二电线”。此外，如本文在其他上下文中所讨论的，对“第一”元件和“第二”元件的引用并不排除这两个元件是相同的实际现实世界元件。因此，例如，在某些情况下，“第一”电线和“第二”电线在某些情况下可以是同一电线，而“第一”设备和“第二”设备可以是同一设备。在其他情况下，它们可能是不同的电线和不同的设备。
术语“导电(地)连接”和“连接”可互换使用，并且是指在电气组件(包括电线)之间存在这样的连接，使得电能可以在它们之间通过。它不必是物理连接，因为电磁连接足以在电气组件(包括电线)之间传输电能。术语“电路”是指常规电能流经的回路。术语电路与“非闭环”或“开路”或“单线”的概念相反。术语“单线”是指相对于传统电路，即闭合电路，通过电磁振荡传输电能的电线。
在某些指定的组件之间没有电能的电磁传输通常可以指非闭合回路的概念。
本技术的实施方式各自具有上述对象和/或方面中的至少一个，但不一定具有全部。应当理解，通过尝试实现上述对象而产生的本技术的一些方面可能不满足于该对象和/或可能满足于本文未具体记载的其他对象。
从以下描述、附图和所附权利要求中，本技术的实施方式的附加和/或替代特征、方面和优点将变得明显。
附图说明
为了更好地理解本技术及其其他方面和其他特征，请参考结合附图使用的以下说明，其中：
图1是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图2是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图3是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图4是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图5是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图6是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图7是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图8是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图9是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图10是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图11是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图12是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图13是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图14是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图15是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图16是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图17是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
图18是根据本技术的实施例实现的系统的示意图。
具体实施方式
参照图1至图18，示出了电力系统100的图，该系统100适合于实现本技术的非限制性实施例。应当明确理解，系统100仅被描述为本技术的说明性实施方式。因此，以下对其的描述仅旨在作为本技术的说明性示例的描述。该描述无意于定义本技术的范围或阐述本技术的界限。在某些情况下，下文还可以阐述被认为是对系统100进行修改的有益示例。这样做仅是为了帮助理解，并且不是为了定义本技术的范围或阐述本技术的界限。这些修改不是详尽的列表，并且，如本领域技术人员将理解的，其他修改也是可能的。此外，在尚未这样做的情况下(即，未提出修改示例的地方)，不应被解释为不可能修改和/或所描述的是实现本技术的元素的唯一方式。如本领域技术人员将理解的，情况可能并非如此。此外，应当理解，系统100可以在某些情况下提供本技术的简单实现，并且在这种情况下，它们已经以这种方式呈现以帮助理解。如本领域技术人员将理解的，本技术的各种实现可能具有更大的复杂性。
系统100包括电源1。电源1通常可以与直流(DC)或交流(AC)电源(未示出)相关联，并且可以是源于常规电线的常规电源，无论是室内、室外、工业、家庭系统、电池等。应当注意，电力系统100与任何类型的电源相关联的事实并不需要暗示或意味着除了向系统提供电力之外的任何运行模式。
系统100还包括变频器2、元件4、配电开关6，所有这些都经由电路3导电地连接。电路3及其连接的电气组件的实现不作特别限制，但是作为示例，变频器2、元件4和配电开关6被示出为串联连接，然而，其也可以以并联或者串联及并联组合连接。可以理解，取决于系统100的要求，可以有若干个变频器2，若干个元件4和若干个配电开关6。
变频器2将从电源1接收的电能转换为增频AC电流。工业标准电能可以是例如可以由电源产生的一相或三相50Hz或60Hz的AC电流。增频AC电流可能在1kHz和1MHz之间。仅出于说明性目的，变频器2可以将电能转换成10kHz至60kHz频率的AC电流。例如，变频器2可以包括具有功率因数校正(PFC)功能的有源整流器和可以组装在能够以软开关模式和硬开关模式运行的氮化镓晶体管(未示出)上的输出级。输出级可以由微控制器控制。所产生的功率可能高达2kW。变频器输出端的电压摆幅可以对应于PFC电压，并且可以为400V。本领域技术人员可以理解，变频器2的其他实现方式也是可能的。
为了说明的目的，将元件4示出为电路3的独立连接的部件。然而，在本技术的一些实施方式中，如图18所示，元件4可以是变频器2的一部分。如图12和图13所示，元件4可以由电感器203和电容器202组成；或者如图14、图15和图16所示，为电感器204和电容器202；或者如图17所示，为电感器205和电容器202。电感器203可以具有空气芯，电感器204可以具有铁芯或任何其他芯，并且电感器205可以是具有电感的任何其他类型的组件。例如，在某些实验中，使用了电感器204，其中，电感器204是从由具有芯的环形线圈组成的一组电感器中选择的。芯的高度在5mm至184mm之间变化，直径在10mm至170mm之间变化。缠绕在芯上的电线直径在0.5mm至10mm之间变化。匝数在10至200之间变化。电容器202是从额定值在1nF至560nF之间变化的一组电容器中选择的。在一些实验中，电感器204的芯具有以下参数：高度为15mm至25mm，直径为20mm至25mm，绕组线直径为1mm至2mm，绕组匝数为30至50，电容器202的额定值在30nF至90nF之间变化。在一些实验中，电路中没有使用电感器203、204或205，而仅使用了电容器202(可以从图1至图11理解这种布置，其中，元件4被示为电路3的用作存储系统100的至少一部分电能的组件)。在一些实验中，元件4是电容器，配电开关6在输入端5处具有变压器绕组，使得当系统100处于谐振模式时，元件4中的电容器和输入端5的绕组就充当了电路3的谐振轮廓(contour)。在其他实验中，元件4由彼此串联连接、并联连接或兼具并联和串联连接(未示出)的电容器的组合和电感器的组合组成，其充当电路3的谐振轮廓。本领域技术人员将理解，只要系统100可以在谐振模式或接近谐振模式下工作，元件4、变频器2和配电开关6的任何合适的布置都是可行的。
在一些实验中，配电开关6是从一组不同类型的变压器(图1至图11、图13至图15、图17和图18)或从一组不同类型的线路布置(图12和16)中选择的。例如，在一些实验中，变压器是从以下非限制性的电力变压器列表中选择的：有芯变压器、环形变压器、自耦变压器、可变自耦变压器、移相变压器、谐振变压器、铁氧体芯、平面变压器、隔离变压器、固态变压器。应该理解，可以使用任何类型的变压器作为配电开关6，包括但不限于电力变压器、输出变压器、脉冲变压器等。
在一些实验中，配电开关6是从一组隔离变压器中选择的，在一些情况下，隔离变压器作为阻抗匹配变压器，其具有环形芯，外径在20mm至56mm之间变化，高度在10mm至350mm(未示出)之间变化。这些变压器中的一些具有一个输入绕组和一个输出绕组，另一些具有多个输入绕组和多个输出绕组(未示出)。可以理解，基于系统100的需求，根据特定用例的需求可以为配电开关6选择任何合适的尺寸和任何类型的变压器。在一些实验中，隔离变压器具有相同的输入和输出绕组。绕组是从直径在0.5mm至10mm之间变化的一组铜线中选择的。绕组的匝数在10到100之间变化。在绕组相同的实验中，变压器的变换系数为1。在绕组不相同的实验中，在每个特定用例中，变压器的变换系数根据系统100的要求而变化。
电路3及其连接的组件，特别是变频器2、元件4和配电开关6的输出端5都连接在电路中，并且这些组件中的至少一个用作谐振电路。在一些文献中，谐振轮廓被描述为“谐振LCR电路”、“AC电路中的谐振”、“谐振轮廓”、“LC电路”、“谐振电路”等。应当理解，在本文中，术语“谐振轮廓”的含义不限于任何特定的电气组件布置，而是与系统100进入谐振模式的可能性相关联，使得电路3和与之相连的电气组件将存储系统100的相当大一部分电能，以使系统100在运行时保持稳定。
在本技术的上下文中，谐振轮廓的谐振频率可以计算为：
Figure BDA0002873230510000141
其中，L是总回路电感(Li和LT)，其中Li是电感器的电感，而LТ是变压器的电感，C是电容器的电容。电路3的谐振轮廓用作中间电能存储装置，该中间电能存储装置用于确定系统100的谐振频率，以便使系统100以谐振模式运行。在本技术的一些实施方式中，有可能在接近电路3的谐振轮廓的谐振频率的情况下运行系统100。
系统100还包括第一电线8和第二电线11。电线8和11是单线电线，其各自的第一端9和第三端12连接到配电开关6的输出端7。配电开关6被表示为变压器，并且被描绘为在其输入端5处具有输入绕组，并且在其输出端7处具有输出绕组。第一端9和第三端12连接至配电开关6的输出端7的输出绕组。第一电线8具有第二端10，该第二端不形成闭环电路，即，第二端与电路3及其任何组件保持不连接。第二端10连接至第一反射元件14。第二电线11具有第四端13，该第四端不形成闭环电路，即第四端与电路3及其任何组件保持不连接。第四端13连接到第二反射元件15。
第一反射元件14和第二反射元件15可以是以下任意一种：未连接的线端本身、电容器、包括导电材料的物体、地或者第一电线8或第二电线11的端的绝缘材料。如图16所示，第二电线11的第四端13连接到为地的第二反射元件15。值得注意的是，地不向电路3或其任何组件提供可测量的电能传输。
在一些实施例中，第一反射元件14和第二反射元件15可以是类似的，然而，这不是必需的。例如，图1示出了第一电线8具有被示为球体的第一反射元件14，第二电线11被示为具有作为第二电线11的端13的第二反射元件15。例如，图2示出了第一电线8具有被示为球体的第一反射元件14，第二电线11被示为具有作为地的第二反射元件15，第二电线11接地。例如，图3和图4示出了第一电线8具有被示为球体的第一反射元件14，第二电线11被示为具有作为球体的第二反射元件15。例如，图5示出了第一电线8具有被示为第一电线8的端10的第一反射元件14，第二电线11被示为具有作为第二电线11的端13的第二反射元件15。可以例如在第一电线8和第二电线11具有足够的本征电容以使系统100稳定地以谐振模式运行时使用图5所示的布置。在一些实验中，图5的布置与长度超过500米的第一电线8和第二电线11一起使用，第一电线8和第二电线11在相反的方向上延伸。
图1至图5示出了系统100可以具有连接到第一电线8(图1)的第一设备16和连接到第二电线11(图3)的第二设备17。第一设备16可以是连接到第一电线8的多个第一设备18(图4)。第二设备17可以是连接到第二电线11的多个第二设备19。多个第一设备18和多个第二设备19中的设备不需要是类似的或相同的。多个第一设备18和多个第二设备19中的设备数量不必相同，例如，多个第一设备18中可以有一个数量的设备，多个第二设备19中可以有另一数量的设备。在图1至图5中，设备分别串联连接到第一电线8和第二电线11。
图6示出了多个第一设备18与第一电线8的并联连接以及多个第二设备19与第二电线11的并联连接。还示出了第一电线8的多个第二端10和连接至多个第二端10的每个端的多个第一反射元件14。还示出了第二电线11的多个第四端13和连接至多个第四端13的每个端的多个第二反射元件15。
图7示出了与第一电线8反并联连接并且与第二电线11反并联连接的多个LED 20。在该技术的实施例中，连接到第一电线8的一部分LED 20由从第一端9流向第二端10的增频AC电流供电，而连接到第一电线8的另一部分LED 20由从第一反射元件14反射并从第一电线8的第二端10流向第一端9的增频AC电流供电。类似地，连接到第二电线11的一部分LED20由从第三端12流向第四端13的增频AC电流供电，连接到第二电线11的另一部分LED 20由从第二反射元件15反射并从第二电线11的第四端13流向第三端12的增频AC电流供电。
图8示出了具有第一电线8、第二电线11、第三电线21和第四电线22的技术的实施例，该第一电线8、第二电线11、第三电线21和第四电线22经由它们各自的端：第一端9、第三端12、第五端23和第七端25连接到配电开关6的输出端7。第三电线21具有第六端24，第三反射元件27与之连接，第三设备由多个第三设备29组成，其连接至第五端23与第六端24之间的第三电线21。第四电线22具有第八端26，第四反射元件28与之连接，第四设备由多个第四设备30组成，其连接至第七端25与第八端26之间的第四电线22。配电开关6被示为具有两个输出端7，第一电线8、第二电线11、第三电线21和第四电线22与之连接。增频AC电流分别传输到第一电线8、第二电线11、第三电线21和第四电线22，以分别为多个第一设备18、多个第二设备19、多个第三设备29和多个第四设备30供电。配电开关6示出为变压器，在其输入端5处具有输入绕组，在其两个输出端7处具有两个输出绕组。系统100以谐振模式或接近谐振模式运行，其中谐振模式由系统100的所有组件确定，包括电路3和与之相连的电气组件，以及各个第一电线8、第二电线11、第三电线21和第四电线22及其相连的电气组件。在图8所示的实施例中，多个第一设备18串联连接至第一电线8，多个第二设备19串联连接至第二电线11，多个第三设备29串联连接至第三电线21，多个第四设备30串联连接至第四电线22。应当理解，设备可以并联、反并联、串联并联反并联的组合连接或取决于系统100的要求的任何其他合适的布置连接。例如，图9中的实施例示出了多个第一设备18以串联和并联(或反并联)的组合连接至第一电线8，多个第二设备19以串联和并联(或反并联)的组合连接至第二电线11，多个第三设备29串联连接至第三电线21，多个第四设备30串联连接至第四电线22。
图10示出了本技术的实施例，其中第一电线8的第一端9和第二端10之间连接有电容器200，第二电线11的第三端12和第四端13之间连接有电容器200。第三电线21的第五端23与第六端24之间连接有电容器200，第四电线22的第七端25与第八端26之间连接有电容器200。在一些实施例中，电容器200可以增加与之连接的电线的电容，使得可能不需要反射元件就能以谐振模式或接近谐振模式(未示出)运行系统100。在一些实施例中，电容器200可以用于创建连接到单线电线的谐振轮廓，以代替或补充连接到电路3的谐振轮廓(未示出)。在一些实施例中，当系统100以谐振模式或接近谐振模式运行时，电容器200可以增加系统100的稳定性。
图11示出了系统100的实施例，其中第一电线8具有连接到其上的多个电容器201，使得每个电容器201和多个第一设备18中的每个设备并联连接至第一电线8，第二电线11具有连接到其上的多个电容器201，使得每个电容器201和多个第二设备19中的每个设备并联连接至第二电线11。应当理解，电容器201以及设备18或设备19可以以并联、串联或者串联或并联的组合或其他方式连接至单线电线8或11。在一些实施例中，电容器201可以增加与之连接的电线的电容，使得可能不需要反射元件就能以谐振模式或接近谐振模式(未示出)运行系统100。在一些实施例中，电容器201可以用于创建连接到单线电线的谐振轮廓，以代替或补充连接到电路3的谐振轮廓(未示出)。在一些实施例中，当系统100以谐振模式或接近谐振模式运行时，电容器201可以增加系统100的稳定性。
图12示出了系统100的实施例，其中，配电开关6由从相反端子连接到变频器2的至少两根电线组成。所示为其他实施例中的电路3，其中配电开关6是变压器，不再是电路，即不形成常规意义上的闭环。图12示出了系统100作为连接到变频器2的相对两侧的第一电线8和第二电线11的谐振轮廓，以使第一电线8的第一端9在一个端子上与连接至变频器2的电线的输出端7连接，第二电线11的第三端12在另一个端子上与连接至变频器2的电线的输出端7连接。由电容器202和电感器203组成的谐振轮廓连接至还与第二电线11的第三端13连接的电线。应当理解，谐振轮廓可以连接至还与第一电线8的第一端9连接的电线。应当理解，配电开关6可以是电线或电气组件的任何合适的配置，只要第一电线8和第二电线11不形成电路，即闭合回路，并提供在谐振模式或接近谐振模式下运行系统100的可能性。
图13示出了系统100的实施例，其中，电路3具有电容器202和与之相连的电感器203，形成谐振轮廓。应当理解，谐振轮廓可以在系统100内以系统100的需求所要求的任何方式创建。
图16示出了系统100的实施例，其中，配电开关6是将第一电线8与连接在变频器2的一个端子上的电线连接起来、将第二电线11与连接在变频器2的另一个端子上的电线连接起来的接线。连接至第二电线11的第四端13的第二反射元件14为地。地对第二电线11起到足够的电容作用，以使系统100在谐振模式或接近谐振模式时保持稳定运行。
图17示出了系统100的实施例，其中，电容器202在变频器2的一个端子侧连接到电路3，电感器205在变频器2的另一端子侧连接到电路3。
图18示出了系统100的实施例，其中，用于存储系统100的电能的电气组件在变频器2盒内，使得当系统100谐振时，变频器2盒内的至少一些组件作为谐振轮廓。这些组件可以至少包括电容器和电感器。
在系统100的实施例中，其可以包括电源1、变频器2、作为变压器的配电开关6、元件4和m根单线电线(其中m＝2、4、6、8等)，以及连接到m根单线电线的k个设备(其中k＝2、4、6等)。所述设备可以是多个光源。变压器可以具有n个绕组(其中n＝2、3、4、5)。绕组可以是相同的或具有相似的技术特征。变压器的输入绕组可以通过电路串联连接至变频器和谐振轮廓。n-1个变压器输出绕组中的每一个都连接到一对单线电线，例如分别连接到第一电线8和第二电线11。单线电线：第一电线8和第二电线11从变压器输出绕组(输出端7)延伸出去，使得没有电能从第一电线8流向第二电线11，反之亦然。
当系统100在运行中时，电源1将电流发送到变频器2。电流通常可以是来自常规电源插座的AC电流。变频器2将该电流转换成频率在1kHz至1MHz范围内的增频AC电流。电路3的元件4用作谐振轮廓，即，如果元件4由电容器和电感器中的至少一个组成，并且存储系统100的至少一部分电能。然后，增频AC电流被传输到第一电线8的第一端9和第二电线11的第三端12，然后通过第一电线8和第二电线11分别流向第二端10和第四端13。当增频AC电流到达第二端10和第四端13时，其分别被反射入第一电线8和第二电线11中，并流回第一端9和第三端12。当至少一个第一设备16连接至第一端9与第二端10之间的第一电线8时，增频AC电流产生功，即，电力被传输至第一设备16，从而为第一设备16供电。当至少一个第二设备17连接至第三端12与第四端13之间的第二电线11时，增频AC电流产生功，即，电力被传输至第二设备17，从而为第二设备17供电。由于第一电线8和第二电线11以及第一反射元件14和第二反射元件15具有电容，一旦达到系统100的谐振频率，即增频AC电流接近或处于系统100的谐振频率，系统100就进入谐振模式。而当系统100尚未处于谐振模式时，变频器2可以应用几个不同的AC频率来确定最接近系统100的谐振频率的频率。还可能有许多传感器连接到系统100的不同组件(未示出)，这些传感器可以将数据发送到可能连接到变频器2或系统100的任何其他合适组件的微处理器(未示出)。该数据可以用于帮助确定系统100的谐振频率。在系统100可能有多个谐振频率的情况下，微处理器或变频器2将为增频AC电流选择最合适的谐振频率。通常，变频器2会将来自电源1的电流转换为系统谐振频率的40％以内的增频AC电流。例如，如果系统100的谐振频率是f，则增频AC电流可以是-40％f至+40％f中的任何一个。
可以想到的是，连接到单线电线的设备，例如第一设备16和第二设备17，可以至少部分地由纵向电流、驻波电磁波、行波电磁波、位移电流、充电电流或电磁顶点中的任意组合供电。本技术不排除可以通过增频AC电流直接向第一设备16和第二设备17供电。实际上，本技术不限于可能在例如分别为第一电线8和第二电线11的单线电线内发生的电磁现象的任何解释。
在一些情况下，由于外部环境作用在系统100上，系统100可能会停止在接近或谐振模式下运行。在这种情况下，系统100可能具有微处理器和传感器，这些微处理器和传感器将作用于变频器2，以基于来自系统的包括元件4、电路3、变频器2、第一电线8、第一设备16或连接到系统100的其他电气组件的任何组件的数据来校正增频AC电流。
系统100可用于给各种设备供电，例如个人计算机(台式计算机、膝上型计算机、上网本等)、无线电子设备(手机、智能手机、平板电脑等)以及网络设备(路由器、交换机或网关)、照明系统、装置、充电电池等。
系统100可以包括硬件和/或软件和/或固件(或其组合)以执行可以帮助系统100适当运行的若干操作。
元件4，电路3，变频器2，配电开关6，例如第一电线8、第二电线11、第三电线21或第四电线22的单线电线，电容器200、201或202，电感器203或204或者多个第一设备18，多个第二设备19，多个第三设备29，多个第四设备30或多个LED 20或者系统100的其他组件的实现方式并不特别限制，并将取决于系统100的实现方式。
应该明确地理解，系统100，元件4，电路3，变频器2，配电开关6，例如第一电线8、第二电线11、第三电线21或第四电线22的单线电线，电容器200、201或202，电感器203或204或者多个第一设备18，多个第二设备19，多个第三设备29，多个第四设备30或多个LED 20的实现方式仅为说明目的而提供。这样，本领域技术人员将容易理解系统100，元件4，电路3，变频器2，配电开关6，例如第一电线8、第二电线11、第三电线21或第四电线22的单线电线，电容器200、201或202，电感器203或204或者多个第一设备18，多个第二设备19，多个第三设备29，多个第四设备30或多个LED 20的其他具体实施方式。因此，本文提供的上述示例绝不是为了限制本技术的范围。
本领域技术人员将理解，当本说明书涉及从传感器“接收数据”时，执行数据的接收可以是从传感器接收电子(或其他)信号。本领域技术人员将进一步理解，可能存在通过用户图形界面(例如电子设备的屏幕等)向用户显示数据的步骤可能涉及向用户图形界面发送包含数据的信号，该数据可以被操纵，并且至少部分数据可以使用用户图形界面向用户显示。
这些步骤和信号发送-接收中的一些在本领域中是众所周知的，因此，为了简单起见，在本说明书的某些部分中已将其省略。可以使用光学方式(例如光纤连接)、电子方式(例如使用有线或无线连接)和机械方式(例如基于压力、基于温度或基于任何其他合适的物理参数)发送-接收信号。
对本技术的上述实施方式的修改和改进对于本领域技术人员而言可能变得显见。前述描述旨在作为示例而非限制性的。因此，本技术的范围旨在仅由所附权利要求的范围来限制。

Claims (25)

1.一种电力系统，包括：
电源；
变频器，导电地连接至所述电源；
配电开关，具有输入端和输出端；
元件，被配置为存储电能；
电路，导电地连接所述变频器、所述元件和所述配电开关；
第一电线，具有第一端和第二端，所述第一端导电地连接至所述至少一个输出端，所述第二端导电地连接至第一反射元件；
第一设备，导电地连接至所述第一端和所述第二端之间的所述第一电线；
第二电线，具有第三端和第四端，所述第三端导电地连接至所述输出端，所述第四端导电地连接至第二反射元件；以及
所述变频器被配置为将由所述电源产生的电流转换为增频交流电流以为所述第一设备供电。
2.根据权利要求1所述的电力系统，其中，
所述第一反射元件包括以下任一：
所述至少第一电线的未连接的线端、
电容器、
包括导电材料的物体、
地、以及
所述第二端的绝缘材料，
所述第二反射元件包括以下任一：
所述至少第二电线的未连接的线端、
电容器、
包括导电材料的物体、
地、以及
所述第四端的绝缘材料。
3.根据权利要求1所述的电力系统，还包括：第二设备，导电地连接至所述第三端和所述第四端之间的所述第二电线。
4.根据权利要求3所述的电力系统，其中，所述第一设备和所述第二设备中的任意一个包括以下任一：光源、声源、机电供电设备和电磁供电设备。
5.根据权利要求3所述的电力系统，其中，所述第一设备包括多个第一设备，所述第二设备包括多个第二设备。
6.根据权利要求5所述的电力系统，其中，所述多个第一设备和所述多个第二设备中的任意一个包括以下任一：光源、声源、机电供电设备和电磁供电设备。
7.根据权利要求5所述的电力系统，其中，所述多个第一设备和所述多个第二设备中的任意一个包括以下任一：多个发光二极管、多个气体灯、或多个白炽灯、多个紧凑型荧光灯、多个卤素灯、多个金属卤化物灯、多个荧光灯管、多个霓虹灯、多个高强度放电灯和多个低压钠灯。
8.根据权利要求5所述的电力系统，其中，所述多个第一设备中的第一组顺序地导电连接至所述第一电线。
9.根据权利要求5所述的电力系统，其中，所述多个第一设备中的第二组并联导电连接至所述第一电线，并且所述第二端包括多个第二端。
10.根据权利要求5所述的电力系统，其中，所述多个第一设备中的第三组包括反并联导电连接至所述第一电线的两个发光二极管。
11.根据权利要求1所述的电力系统，其中，所述元件包括电容器和谐振轮廓中的任意一个。
12.根据权利要求1所述的电力系统，其中，所述增频交流电流在1kHz和1MHz之间的范围内。
13.根据权利要求1所述的电力系统，其中，当所述系统在接近谐振模式下运行时，为所述第一设备供电。
14.根据权利要求1所述的电力系统，还包括：
第三电线，导电地连接至所述输出端；以及
第四电线，导电地连接至所述输出端。
15.根据权利要求1所述的电力系统，其中，所述配电开关是变压器。
16.根据权利要求15所述的电力系统，其中，所述变压器是阻抗匹配变压器。
17.一种运行电力系统的方法，所述方法包括：
接收来自电源的电流，将所述电流转换成增频交流电流，所述增频交流电流在1kHz至1MHz的范围内，
将所述系统的电能的第一部分存储在与元件导电地连接的电路中，
将所述增频交流电流从所述电路传输至第一电线的第一端和第二电线的第三端，
从所述第一电线的第二端反射所述增频交流电流的第一部分，
从所述第二电线的第四端反射所述增频交流电流的第二部分，
使所述系统接近谐振模式运行，以及
通过所述增频交流电流为第一设备供电，所述第一设备与所述第一端和所述第二端之间的所述第一电线导电地连接。
18.根据权利要求17所述的运行电力系统的方法，还包括：
通过所述增频交流电流的第一反射部分为所述第一设备供电。
19.根据权利要求17所述的运行电力系统的方法，其中，将所述电流转换为所述增频交流电流，包括：
确定所述系统的谐振频率；以及
将来自所述电源的电流转换为谐振频率交流电流，所述谐振频率交流电流在所述系统的谐振频率的40％以内。
20.根据权利要求17所述的运行电力系统的方法，其中，为所述第一设备供电包括：
通过纵向电流、驻波电磁波、行波电磁波、位移电流、充电电流或电磁顶点中的任意一种组合为所述第一设备供电。
21.根据权利要求17所述的运行电力系统的方法，其中，为所述第一设备供电包括：
为多个光源、声源、机电供电设备或电磁供电设备中的任意一个供电，通过所述增频交流电流的至少一部分为至少一个第二设备供电。
22.根据权利要求17所述的运行电力系统的方法，还包括：
通过经由所述第二电线传输的增频交流电流为第二设备供电。
23.根据权利要求22所述的运行电力系统的方法，还包括：
通过所述增频交流电流的第二反射部分为所述第二设备供电。
24.根据权利要求17所述的运行电力系统的方法，还包括：
通过确定所述系统和所述电路中的任意一个的所述谐振频率将所述系统设置为接近所述谐振模式。
25.根据权利要求17所述的运行电力系统的方法，还包括：
基于从连接至所述系统的所述元件、所述电路、变频器、所述第一电线、所述第一设备和传感器中的任意一个接收的数据校正所述增频交流电流。
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