CN115425769A - 一种绝缘架空地线的谐振取能方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绝缘架空地线的谐振取能方法、系统及装置，该方法包括：构建电场能收集器；根据所述电场能收集器和静电感应原理，获得输电导线和电场能收集器之间的感应电压；对所述感应电压进行调谐取能，获得功率输出。本发明提供的绝缘架空地线的谐振取能方法，能通过绝缘架空地线，获取输电线路周围空间的电场能量，并将获取的能量作为输电线路的在线监测装置的工作电源，使得输电线路的在线监测装置能够获得高可靠性电源。

Description

一种绝缘架空地线的谐振取能方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及智能电网技术领域，尤其涉及一种绝缘架空地线的谐振取能方法、系统及装置。

背景技术

我国电网具有覆盖范围广、输电线路距离长的特点。高压输电线路作为整个电力输送网络的动脉，其运行状态决定了整个电力系统的安全性、稳定性，一旦发生故障将会引发全线停电甚至造成区域电网解列，不仅直接影响电网供电可靠性，还会造成重大经济损失。输变电线路长期暴露在复杂多变的自然环境中，多变的气候条件(雨雪冰冻、风等)、地理因素(地震、山体滑坡等)和人为损坏(盗窃，坏)等不确定因素对输变电系统的安全稳定运行产生巨大的影响。因此对高压输电线路的运行状态进行实时在线监测及相关预警进而保证其安全运行就变得十分重要。

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绝缘架空地线的谐振取能方法、系统及装置，以解决上述背景技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种绝缘架空地线的谐振取能方法，包括：

构建电场能收集器；

根据所述电场能收集器和静电感应原理，获得输电导线和电场能收集器之间的感应电压；

对所述感应电压进行调谐取能，获得功率输出。

进一步，作为优选地，所述构建电场能收集器，包括：

选取输电导线内的若干档距，在每个档距内的地线和杆塔之间设置绝缘子，构建电场能收集器。

进一步，作为优选地，所述对所述感应电压进行调谐取能，获得功率输出，包括：

根据所述电场能收集器和输电导线、大地之间的等效电容，构建功率变换电路；

将所述感应电压通过所述功率变换电路，获得功率输出。

进一步，作为优选地，所述构建功率变换电路，包括：

根据所述电场能收集器和输电导线、大地之间的等效电容，设计与所述等效电容相匹配的取能变换器；

根据所述等效电容和所述取能变换器，构建功率变换电路。

进一步，作为优选地，所述的绝缘架空地线的谐振取能方法，还包括：

在电场能收集器与杆塔之间设置放电间隙或避雷器，用于保护取能变换器及功率变换电路。

进一步，作为优选地，所述电场能收集器包括绝缘地线。

本申请还提供一种绝缘架空地线的谐振取能系统，包括：

取能变换器，设于电场能收集器和杆塔之间，用于电场能收集器和杆塔之间的感应电压进行取能；

功率变换电路，用于进行调谐作用，以使得电场能收集器和大地之间的等效电容与所述取能变换器处于谐振状态。

进一步，作为优选地，所述功率变换电路包括：

整流单元、滤波单元、过压保护单元、DC-DC变换器、测量单元、MCU及通信单元；其中，

所述DC-DC变换器用于与电场能收集器的自身阻抗进行匹配。

本申请还提供一种绝缘架空地线的谐振取能装置，包括如上任一项所述的绝缘架空地线的谐振取能系统，还包括：

通信模块，用于监测谐振取能系统的运行状态；

保护组件，包括机箱和套管；所述套管一端连接电场能收集器，另一端连接取能变换器；所述取能变换器通过所述机箱与杆塔连接；

放电电阻，通过开关器件连接于功率输出端，用于多余能量释放。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明公开了一种绝缘架空地线的谐振取能方法、系统及装置，该方法包括：构建电场能收集器；根据所述电场能收集器和静电感应原理，获得输电导线和电场能收集器之间的感应电压；对所述感应电压进行调谐取能，获得功率输出。

本发明提供的绝缘架空地线的谐振取能方法，能通过绝缘架空地线，获取输电线路周围空间的电场能量，并将获取的能量作为输电线路的在线监测装置的工作电源，使得输电线路的在线监测装置能够获得高可靠性电源。

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的谐振取能方法的流程示意图；

图2是本发明某一实施例提供的交流输电线路杆塔侧电场能谐振采集原理图；

图3是根据图2简化得到的等效电路图；

图4是本发明某一实施例提供的绝缘架空地线的谐振取能系统的结构示意图；

图5是本发明某一实施例提供的功率变换电路的结构示意图；

图6是本发明某一实施例提供的绝缘架空地线的谐振取能装置的结构示意图。

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，不对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，本发明某一实施例提供一种绝缘架空地线的谐振取能方法。如图1所示，该绝缘架空地线的谐振取能方法包括步骤S10至步骤S30。各步骤具体如下：

S10、构建电场能收集器。

具体地，本步骤中优先采用绝缘地线作为电场能收集器。

在一个具体地实施例中，在构建绝缘地线时，主要通过选取输电导线内的若干档距，在每个档距内的地线和杆塔之间设置绝缘子，以构建绝缘地线。需要说明的是，绝缘地线是电场能收集器的一种，在实际应用中也可以采用其他媒介，本实施例中使用绝缘地线是因为其功率较大，施工方便。

S20、根据所述电场能收集器和静电感应原理，获得输电导线和电场能收集器之间的感应电压。

具体地，由于在地线和杆塔之间接入地线绝缘子，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感应电压。

S30、对所述感应电压进行调谐取能，获得功率输出。

具体地，步骤S30主要包括：

1)根据所述电场能收集器和输电导线、大地之间的等效电容，构建功率变换电路。

2)将所述感应电压通过所述功率变换电路，获得功率输出。

在一个示例性的实施例中，步骤1)中的构建功率变换电路，包括：

1.1)根据所述电场能收集器和输电导线、大地之间的等效电容，设计与所述等效电容相匹配的取能变换器；

1.2)根据所述等效电容和所述取能变换器，构建功率变换电路。

需要说明的是，上述取能变换器的实质其实为一种电子变压器，取能变换器具有电压变换和阻抗调节功能，电压变换可以将绝缘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。

在一个可选地实施例中，所述绝缘架空地线的谐振取能方法，还包括：

在电场能收集器与杆塔之间设置放电间隙或避雷器，用于保护取能变换器及功率变换电路。

本实施例中，由于在绝缘地线与杆塔之间设置了放电间隙或者避雷器，在遭受雷击时，放电间隙或者避雷器击穿泄放雷电流，同时避免对后级功率变换单元的损坏。

为了更好的帮助理解本发明提供的方法，下面将提供具体示例对本发明的方案进行详细阐述：

请参阅图2-图3，图2为交流输电线路杆塔侧电场能谐振采集原理图，图3为图2简化等效电路图，如图2所示，在导线和杆塔之间放置电场能收集器(此处采用绝缘地线)，假设导线和采集器之间的等效电容为C1，电场能收集器和大地之间等效电容为C2，电场能收集器和大地之间接入空间电场谐振换能器T，N1为谐振换能器原边匝数，N2为副边匝数，RL为谐振换能器的负载电阻。

如图3所示，由于变压器设计中短路阻抗通常很小，只有不到5％，因此为了简化分析，在模型中忽略了变压器的短路阻抗，R_m，L_m为谐振换能器并联等效励磁电阻和励磁电感，C_T为谐振换能器绕组分布电容，R_L’为负载折算到谐振换能器原边的等效电阻。

则图3中回路的总阻抗可以表示为：

式中，Z为总阻抗，Z₁和Z₂为对应的电容等效阻抗，j为复数，ω为电场能采集系统工作角频率，其中R＝R_m R_L’/(R_m+R_L’)，R_L’＝(N₁/N₂)²R_L。

则输出电压可以表示为：

式中，V′_o为输出电压，V_in为输入电压。

设电场能谐振采集系统采集到的功率为P，则有：

P＝P_H+P₀

其中，PH和P0分别为空间电场谐振换能器的输出功率和空载损耗。

则根据欧姆定理，可得：

综上所述，相对于现有技术，本发明提供的种绝缘架空地线的谐振取能方法，其有益效果在于：

本发明通过设计一种绝缘架空地线的谐振取能方法，包括构建电场能收集器；根据所述电场能收集器和静电感应原理，获得输电导线和电场能收集器之间的感应电压；对所述感应电压进行调谐取能，获得功率输出。本发明能通过构建空间电场能，获取空间电场能量，并将能量输电线路的在线监测装置的工作电源，使得输电线路的在线监测装置能够在任意的气象条件下工作。

请参阅图4，在某一个具体实施例中，还提供了一种绝缘架空地线的谐振取能系统100，包括：

取能变换器101，设于电场能收集器和杆塔之间，用于电场能收集器和杆塔之间的感应电压进行取能。

可以理解的是，本实施例中，取能变换器101具有电压变换和阻抗调节功能，电压变换可以将绝缘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。

功率变换电路102，用于进行调谐作用，以使得电场能收集器和大地之间的等效电容与所述取能变换器101处于谐振状态。

具体地，构建本实施例中的功率变换电路102，主要先根据电场能收集器和输电导线、大地之间的等效电容，设计与等效电容相匹配的取能变换器101；然后根据所述等效电容和所述取能变换器101，构建功率变换电路102。

请参阅图5，在本发明一个具体地实施例中，还提供了上述功率变换电路102的结构示意图。如图5所示，该功率变换电路102包括以下单元：

整流单元01、滤波单元02、过压保护单元03、DC-DC变换器04、测量单元05、MCU06及通信单元07；

其中，DC-DC变换器04用于与电场能收集器的自身阻抗进行匹配。

根据图5可知，该功率变换电路102中，输入信号从整流单元01输入，依次经过滤波单元02、过压保护单元03和DC-DC变换器04然后生成输出信号给负载。测量单元05用于测量过压保护单元03和DC-DC变换器04的输出信号并发送给MCU06处理，MCU06处理后将生成的信号反馈至DC-DC变换器04，并同时发送给通信单元07。

请参阅图6，在一个具体实施例中，还提供了一种绝缘架空地线的谐振取能装置0100，包括如上任一项所述的绝缘架空地线的谐振取能系统100，还包括：

通信模块200，用于监测谐振取能系统的运行状态；

保护组件300，包括机箱和套管；所述套管一端连接电场能收集器，另一端连接取能变换器；所述取能变换器通过所述机箱与杆塔连接；

放电电阻400，通过开关器件连接于功率输出端，用于多余能量释放。

其中，放电电阻400可以通过继电器、光耦、MOS管等开关器件连接于功率输出端，起到释放多余能量以保护取能装置可靠工作的作用。

本实施例中，通过设置通信模块200对谐振取能系统的运行状态进行监测，能够及时掌握系统运行情况，有利于系统安全稳定运行，通过设置保护组件300对于系统进行保护，能够减少系统受外力破坏等影响，提高了系统使用过程中的安全性。通过设置放电电阻400，当存在多余能量时能够及时释放，减少了能耗。

综上，基于该谐振取能装置，能够在使用时通过构建空间电场能，获取空间电场能量，并将能量输电线路的在线监测装置的工作电源，使得输电线路的在线监测装置能够在任意的气象条件下工作，适用场景广泛。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分仅仅为一种逻辑功能划分，在实际应用中对其实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或页面组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性、机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种绝缘架空地线的谐振取能方法，其特征在于，包括：

构建电场能收集器；

根据所述电场能收集器和静电感应原理，获得输电导线和电场能收集器之间的感应电压；

对所述感应电压进行调谐取能，获得功率输出。

2.根据权利要求1所述的绝缘架空地线的谐振取能方法，其特征在于，所述构建电场能收集器，包括：

选取输电导线内的若干档距，在每个档距内的地线和杆塔之间设置绝缘子，构建电场能收集器。

3.根据权利要求1所述的绝缘架空地线的谐振取能方法，其特征在于，所述对所述感应电压进行调谐取能，获得功率输出，包括：

根据所述电场能收集器和输电导线、大地之间的等效电容，构建功率变换电路；

将所述感应电压通过所述功率变换电路，获得功率输出。

4.根据权利要求3所述的绝缘架空地线的谐振取能方法，其特征在于，所述构建功率变换电路，包括：

根据所述电场能收集器和输电导线、大地之间的等效电容，设计与所述等效电容相匹配的取能变换器；

根据所述等效电容和所述取能变换器，构建功率变换电路。

5.根据权利要求1所述的绝缘架空地线的谐振取能方法，其特征在于，还包括：

在电场能收集器与杆塔之间设置放电间隙或避雷器，用于保护取能变换器及功率变换电路。

6.根据权利要求1-5任一项所述的绝缘架空地线的谐振取能方法，其特征在于，所述电场能收集器包括绝缘地线。

7.一种绝缘架空地线的谐振取能系统，其特征在于，包括：

取能变换器，设于电场能收集器和杆塔之间，用于电场能收集器和杆塔之间的感应电压进行取能；

功率变换电路，用于进行调谐作用，以使得电场能收集器和大地之间的等效电容与所述取能变换器处于谐振状态。

8.根据权利要求7所述的绝缘架空地线的谐振取能系统，其特征在于，所述功率变换电路包括：

整流单元、滤波单元、过压保护单元、DC-DC变换器、测量单元、MCU及通信单元；其中，

所述DC-DC变换器用于与电场能收集器的自身阻抗进行匹配。

9.一种绝缘架空地线的谐振取能装置，包括如权利要求7-8任一项所述的绝缘架空地线的谐振取能系统，其特征在于，还包括：

通信模块，用于监测谐振取能系统的运行状态；

保护组件，包括机箱和套管；所述套管一端连接电场能收集器，另一端连接取能变换器；所述取能变换器通过所述机箱与杆塔连接；

放电电阻，通过开关器件连接于功率输出端，用于多余能量释放。

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