CN114006479B - 一种绝缘架空地线谐振取能系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绝缘架空地线谐振取能系统及方法，涉及电能转换技术领域。所述系统，包括谐振电容、取能变换器、功率变换电路；所述谐振电容的一端连接绝缘架空地线，另一端连接取能变换器；所述取能变换器的一端连接谐振电容，另一端接地；所述功率变换电路连接所述取能变换器输出端，所述功率变换电路用于为输电线路在线监测装置提供电能。交流输电线路在带电运行状态时，输电线路周围的电磁场中蕴含的丰富的能量，其中空间电场能具有不受气象条件和负荷电流影响的优点，只要线路带电即可全天候工作。本发明能够收集输电线路周围空间电场能，只要输电线路带电运行，即可收集能量并输出。
Description
技术领域
本发明涉及电能转换技术领域，尤其涉及一种绝缘架空地线谐振取能系统及方法。
背景技术
目前，输电线路在线监测装置多数采用太阳能发电作为工作电源，阴雨天及夜间无法正常工作，在极端气象条件下，若持续日照不足，输电线路在线监测装置储存能量耗尽后将无法工作，严重制约着输电线路运行状况在线监测装置的发展，无法通过增加新传感器或设备部件实现新功能扩展，进一步满足输电线路运行管理部门的应用需求。
为了解决这一问题，目前普遍通过降低设备运行功耗、增大蓄电池容量、太阳能板功率的方法来解决。通过对近年输电线路运行状况在线监测设备现场运行情况进行分析，电源供应不足仍是影响这些装置不能正常运行的主要因素，同时也严重制约着输电线路运行状况在线监测技术的发展。
发明内容
本发明目的在于，提供一种绝缘架空地线谐振取能系统及方法，能够收集输电线路周围空间电场能的方法和装置，只要输电线路带电运行，即可收集能量并输出。
为实现上述目的，本发明提供一种绝缘架空地线谐振取能系统，包括谐振电容、取能变换器、功率变换电路和输电线路在线监测装置；
所述谐振电容的一端连接绝缘架空地线，另一端连接取能变换器；
所述取能变换器的一端连接谐振电容，另一端接地；
所述功率变换电路连接所述取能变换器输出端，所述功率变换电路用于为输电线路在线监测装置提供电能。
优选地，绝缘架空地线谐振取能系统，还包括绝缘架空地线与杆塔和大地之间的绝缘地线对地电容，以及绝缘架空地线与输电导线之间的耦合电容。
优选地，所述绝缘地线对地电容的等效阻抗远大于所述谐振电容和所述取能变换器的等效阻抗。
优选地，所述绝缘地线对地电容的电容量大于所述耦合电容的电容量。
优选地，所述谐振电容和所述取能变换器在50Hz频率下处于谐振状态。
优选地，所述绝缘架空地线与杆塔之间设置有放电间隙。
本发明还提供一种绝缘架空地线谐振取能方法，包括：
在架空地线和杆塔之间通过地线绝缘子进行电气绝缘；
在绝缘架空地线和杆塔之间接入取能装置；其中，所述取能装置包括谐振电容、取能变换器和功率变换电路；
对所述功率变换电路进行调谐，得到目标输出功率。
优选地，绝缘架空地线谐振取能方法，还包括：将耦合电容中存储的电场能量经过取能变换器实现能量变换和收集。
优选地，所述绝缘地线对地电容的等效阻抗远大于所述谐振电容和所述取能变换器的等效阻抗。
优选地，所述绝缘地线对地电容的电容量大于所述耦合电容的电容量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开的绝缘架空地线谐振取能系统，包括谐振电容、取能变换器、功率变换电路和输电线路在线监测装置；所述谐振电容的一端连接绝缘架空地线，另一端连接取能变换器；所述取能变换器的一端连接谐振电容，另一端接地；所述功率变换电路连接所述取能变换器输出端，所述功率变换电路用于为输电线路在线监测装置提供电能。交流输电线路在带电运行状态时，输电线路周围的电磁场中蕴含的丰富的能量，其中空间电场能具有不受气象条件和负荷电流影响的优点，只要线路带电即可全天候工作。本发明能够收集输电线路周围空间电场能，只要输电线路带电运行，即可收集能量并输出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明某一实施例提供的绝缘架空地线谐振取能系统的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提供的绝缘架空地线谐振取能系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，本发明实施例提供一种绝缘架空地线谐振取能系统，包括绝缘地线对地电容Cg、谐振电容CH、取能变换器TH和功率变换电路；
所述谐振电容CH的一端连接绝缘架空地线，另一端连接取能变换器TH；
所述取能变换器TH的一端连接谐振电容CH，另一端接地；
所述功率变换电路与所述取能变换器TH之间形成互感，所述功率变换电路用于为输电线路在线监测装置RL提供电能。
在本发明实施例中，绝缘架空地线谐振取能系统，还包括绝缘架空地线与杆塔和大地之间的绝缘地线对地电容Cg，以及绝缘架空地线与输电导线之间的耦合电容CL。
在本发明实施例中，所述绝缘地线对地电容Cg的等效阻抗远大于所述谐振电容CH和所述取能变换器TH的等效阻抗。因此，绝缘地线对地电容Cg支路相当于被短路，大部分电流通过谐振支路，谐振电容CH将谐振支路中的电压转换为高电压后提供给后级。
在本发明实施例中，所述绝缘地线对地电容Cg的电容量大于耦合电容CL的电容量。
在本发明实施例中，所述谐振电容CH和所述取能变换器在50Hz频率下处于谐振状态。
在本发明实施例中，所述绝缘架空地线与杆塔之间设置有放电间隙。
在某一具体实施例中，为了更形象地说明如何通过架空地线的取能，请参阅图2，图中C1，C2，C3表示三相导线与绝缘架空地线之间的寄生电容，可等效为图1中的耦合电容CL。Cg与图1中绝缘地线对地电容Cg相同，谐振电容CH用于与取能变换器TH串联谐振。
其中，耦合电容CL和绝缘地线对地电容Cg为非常小，皮法量级别，Cg>10CL，这种情况下，绝缘架空地线对地的阻抗值很高，比如350米绝缘架空地线，Cg等效阻抗为3兆欧，通过谐振电容CH和取能变换器TH建立的谐振支路，等效阻抗实现千欧～几百千欧，相当于Cg被谐振支路旁路，大部分电流通过谐振支路到大地，可以认为是一个恒流源，谐振支路中取能变换器TH在电流作用下，取能变换器TH输入端可以产生比谐振支路输入端高的电压，经过后级功率变换处理后可给负载供电。
绝缘架空地线与杆塔之间还需要通过使用带放电间隙的地线绝缘子设置放电间隙，在遭受雷击时，间隙击穿泄放雷电流，同时避免对后级功率变换单元的损坏。取能变换器TH与谐振电容CH通过设计，在50Hz频率下处于谐振状态，有利于提高取能效率。
取能变换器TH具有电压变换和阻抗调节功能，电压变换可以将绝缘架空地线上较高的感应电压变换到较低电压，便于功率变换电路处理。阻抗调节功能在功率变换电路的控制下与取能变换器TH共同完成，可以调整其阻抗与谐振电容CH阻抗接近，使得整个支路处于谐振状态。
本发明实施例还提供一种绝缘架空地线谐振取能方法，包括以下步骤：
S10，在架空地线和杆塔之间通过地线绝缘子进行电气绝缘；
选取一段架空地线，在地线和杆塔之间加装地线绝缘子；在地线和杆塔之间加装地线绝缘子，能够使地线对杆塔电气绝缘，在静电感应作用下地线对杆塔产生悬浮电压。
S20，在绝缘架空地线和杆塔之间接入取能装置；其中，所述取能装置包括谐振电容、取能变换器和功率变换电路；
S30，对所述功率变换电路进行调谐，得到目标输出功率；
通过功率变换电路调谐，可使谐振电路处在最佳工作点，获得最大输出功率。最佳工作点就是谐振电容CH与取能变换器TH发生谐振，谐振电容CH与取能变换器TH整体阻抗最低，绝缘架空地线上电流流经支路的比例达到最大，在工频下谐振，通过设计励磁电抗和谐振电容CH的阻抗匹配。输入电流的频率就是工频，即50Hz。取能系统与线路电流无关，在线路空载情况下，也可获得稳定的功率输出。
在本发明实施例中，绝缘架空地线谐振取能方法，还包括：
步骤S21，将耦合电容中存储的电场能量经过取能变换器实现能量变换和收集。
在本发明实施例中，所述绝缘地线对地电容Cg的等效阻抗远大于所述谐振电容CH和所述取能变换器TH的等效阻抗。在本发明实施例中，所述绝缘地线对地电容Cg的电容量大于所述耦合电容CL的电容量。在本实施例中与上述实施例相同的部分，在此不再赘述。取能变换器TH具有电压变换和阻抗调节功能，电压变换可以将绝缘架空地线上较高的感应电压变换到较低电压，便于功率变换电路处理。阻抗调节功能在功率变换电路的控制下与取能变换器TH共同完成，可以调整其阻抗与谐振电容CH阻抗接近，使得整个支路处于谐振状态。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种绝缘架空地线谐振取能系统，其特征在于，包括谐振电容、取能变换器、功率变换电路、输电线路在线监测装置以及绝缘架空地线与杆塔和大地之间的绝缘地线对地电容；
所述谐振电容的一端连接绝缘架空地线，另一端连接取能变换器；
所述取能变换器的一端连接谐振电容，另一端接地；在所述功率变换电路的控制下，调整所述取能变换器的阻抗与所述谐振电容的阻抗接近；其中，所述谐振电容和所述取能变换器在50Hz频率下处于谐振状态；
所述功率变换电路连接所述取能变换器输出端，所述功率变换电路用于为输电线路在线监测装置提供电能；
所述绝缘地线对地电容的等效阻抗远大于所述谐振电容和所述取能变换器的等效阻抗。
2.根据权利要求1所述的绝缘架空地线谐振取能系统，其特征在于，还包括绝缘架空地线与输电导线之间的耦合电容。
3.根据权利要求2所述的绝缘架空地线谐振取能系统，其特征在于，所述绝缘地线对地电容的电容量大于所述耦合电容的电容量。
4.根据权利要求1所述的绝缘架空地线谐振取能系统，其特征在于，所述绝缘架空地线与杆塔之间设置有放电间隙。
5.一种绝缘架空地线谐振取能方法，其特征在于，包括：
在架空地线和杆塔之间通过地线绝缘子进行电气绝缘；
在绝缘架空地线和杆塔之间接入取能装置；其中，所述取能装置包括谐振电容、取能变换器和功率变换电路，所述绝缘架空地线与杆塔和大地之间包括绝缘地线对地电容；
在所述功率变换电路的控制下，调整所述取能变换器的阻抗与所述谐振电容的阻抗接近；其中，所述谐振电容和所述取能变换器在50Hz频率下处于谐振状态；
所述功率变换电路包括整流、滤波、信号测量、阻抗变换和过电压过电流保护功能，可自动调谐，得到最大输出功率；
所述绝缘地线对地电容的等效阻抗远大于所述谐振电容和所述取能变换器的等效阻抗。
6.根据权利要求5所述的绝缘架空地线谐振取能方法，其特征在于，绝缘架空地线与杆塔和大地之间还包括绝缘架空地线与输电导线之间的耦合电容。
7.根据权利要求6所述的绝缘架空地线谐振取能方法，其特征在于，还包括：将耦合电容中存储的电场能量经过取能变换器实现能量变换和收集。
8.根据权利要求7所述的绝缘架空地线谐振取能方法，其特征在于，所述绝缘地线对地电容的电容量大于所述耦合电容的电容量。
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