CN117856465A - 一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置和方法 - Google Patents

一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117856465A
CN117856465A CN202410043224.4A CN202410043224A CN117856465A CN 117856465 A CN117856465 A CN 117856465A CN 202410043224 A CN202410043224 A CN 202410043224A CN 117856465 A CN117856465 A CN 117856465A
Authority
CN
China
Prior art keywords
side coil
voltage
air gap
coil
primary side
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202410043224.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117856465B (zh
Inventor
袁奇
顾黄晶
周韫捷
原佳亮
宋炳辰
陈润田
余玮平
周宏�
张永康
沈斌
杨勇诚
周婕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Priority to CN202410043224.4A priority Critical patent/CN117856465B/zh
Publication of CN117856465A publication Critical patent/CN117856465A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117856465B publication Critical patent/CN117856465B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/02—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/20—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J11/00—Circuit arrangements for providing service supply to auxiliaries of stations in which electric power is generated, distributed or converted
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00308—Overvoltage protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置和方法，该装置包括取能单元、监测单元、控制单元和储能单元；取能单元包括铁芯、绕在铁芯上的一次侧线圈和二次侧线圈、第一伸缩模块和第二伸缩模块；一次侧线圈连接至感测电缆电流的电流传感器；二次侧线圈连接至储能单元；第一伸缩模块和第二伸缩模块与铁芯之间分别形成第一气隙和第二气隙；第一伸缩模块和第二伸缩模块通过收缩动作和伸展动作改变第一气隙和第二气隙的长度；监测单元监测一次侧线圈和二次侧线圈中的电压和电流；控制单元根据一次侧线圈和二次侧线圈中的电压和电流，控制第一伸缩模块和第二伸缩模块的收缩动作和伸展动作。本发明能根据实际需要自动改变气隙长度，实现智能充放电。

Description

一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置和方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置和方法。
背景技术
电力输电线路运行安全的重要性及与日俱增的事故安全隐患，需要在电力电缆上及其周围环境中安装大量二次低压设备，如监测设备、控制设备，以确保电力电缆的正常安全运行。由于电力电缆传输距离较远，电力输电线路的输电传输方式多样，环境复杂，故对电力输电线路的二次低压设备供电成为一大难题。因此，开发出性能良好，适宜野外环境等多种工作环境，且维护安装相对便捷的电源并将其应用于电力电缆状态参数在线监测，并保证其可靠性是保证整个电力系统安全生产和安全供电的必要条件。
目前，大多数采用直接用电池给设备供电，虽然供电方式简单，但电池容量有限，使用寿命短，一旦电池耗尽，将使二次低压设备停止工作。因此，期望提供通过从输电线路上取得一部分电能来提供持久供电的技术。然而，该技术的难点之一在于，尽管高压输电线路流过的电流很大，但采用接触式磁芯取能二次侧线圈感应得到的电流很小，无法满足在线监控设备的供能需求。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置和方法。
本发明采用如下的技术方案。
根据本发明的第一方面，提供一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置。该装置包括取能单元、监测单元、控制单元和储能单元；所述取能单元包括铁芯、绕设在所述铁芯上的一次侧线圈和二次侧线圈、第一伸缩模块和第二伸缩模块；所述一次侧线圈连接至用于感测电缆电流的电流传感器；所述二次侧线圈连接至所述储能单元；所述第一伸缩模块与所述铁芯之间具有第一气隙，所述第二伸缩模块与所述铁芯之间具有第二气隙；所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块用于通过收缩动作和伸展动作分别改变所述第一气隙和所述第二气隙的长度；所述监测单元分别用于监测所述一次侧线圈和二次侧线圈中的电压和电流；所述控制单元分别与监测单元、第一伸缩模块和第二伸缩模块电连接，用于根据所述一次侧线圈和二次侧线圈中的电压和电流，控制所述第一伸缩模块和第二伸缩模块的收缩动作和伸展动作。
进一步的，所述控制单元还用于：根据所述一次侧线圈中的电压和电流确定所述一次侧线圈中的电压变化率和电流变化率；当确定所述一次侧线圈中的电流变化率超过第一阈值且所述一次侧线圈中的电压变化率不超过第二阈值时，产生用于增加气隙长度的收缩控制信号至所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块；当确定所述一次侧线圈中的电流变化率不超过所述第一阈值且所述一次侧线圈中的电压变化率超过第二阈值时，产生用于减小气隙长度的伸展控制信号至所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块。
进一步的，所述第一气隙位于所述一次侧线圈所在的区段内，所述第二气隙位于所述二次侧线圈所在的区段内。
进一步的，所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块各自包括：驱动元件、上伸缩元件、下伸缩元件和弹性元件；所述驱动元件用于驱动上伸缩元件和下伸缩元件进行收缩动作和伸展动作；所述上伸缩元件和下伸缩元件分别固定设置于所述驱动元件的相对侧；所述驱动元件与所述铁芯固定连接；所述弹性元件套设在所述驱动元件、上伸缩元件和下伸缩元件上；所述一次侧线圈和二次侧线圈均缠绕在弹性单元上；其中，所述第一伸缩模块和第二伸缩模块中的所述驱动元件接收并根据所述收缩控制信号驱动所述上伸缩元件和所述下伸缩元件进行收缩动作，以使所述一次侧线圈和二次侧线圈所在区段中的气隙增大；所述第一伸缩模块和第二伸缩模块中的所述驱动元件接收并根据所述伸展控制信号驱动上伸缩元件和下伸缩元件进行伸展动作，以使所述一次侧线圈和二次侧线圈所在区段中的气隙减小。
进一步的，所述储能单元包括：电池、电压转换器、滤波器、输出稳压器；所述二次侧线圈依次经由所述电压转换器和所述滤波器连接至所述电池；所述输出稳压器用于对所述电池的输出电压进行稳压。
进一步的，所述储能单元还包括连接至所述电池的电源切换器；所述监测单元还用于监测所述滤波器输出的电压和所述输出稳压器输出的电压；所述控制单元还用于根据所述滤波器输出的电压和所述输出稳压器输出的电压生成充电控制信号或放电控制信号至所述电源切换器；所述电源切换器响应于所述充电控制信号而使所述电池处于充电状态，且响应于所述放电控制信号而使所述电池处于放电状态。
进一步的，所述控制单元还用于当所述一次侧线圈的电压大于或等于安全电压阈值时，使所述二次侧线圈与所述储能单元断开。
进一步的，二次侧线圈中的线圈圈数是一次侧线圈中的线圈圈数的n倍，n为正整数。
根据本发明的第二方面，提供一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能方法。该方法采用了根据本发明第一方面所述的基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置，且包括如下步骤：
S1、通过监测单元监测一次侧线圈和/或二次侧线圈两端的电压和流过的电流，若控制单元确定一次侧线圈的电压小于安全电压阈值，则将二次侧线圈连接至所述储能单元，若一次侧线圈的电压达到或超过安全电压阈值，则使二次侧线圈与所述储能单元断开；
S2、通过控制单元根据所述一次侧线圈和/或二次侧线圈中的电压和电流，控制所述第一伸缩模块和第二伸缩模块的收缩动作和伸展动作。
进一步的，步骤S2还包括：通过控制单元根据所述一次侧线圈中的电压和电流确定所述一次侧线圈中的电压变化率和电流变化率；当控制单元确定所述一次侧线圈中的电流变化率超过第一阈值且所述一次侧线圈中的电压变化率不超过第二阈值时，产生用于增加气隙长度的收缩控制信号至所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块；当控制单元确定所述一次侧线圈中的电流变化率不超过所述第一阈值且所述一次侧线圈中的电压变化率超过第二阈值时，产生用于减小气隙长度的伸展控制信号至所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，
1、通过监测单元采集一次侧线圈和二次侧线圈的电压信号，确定一次侧线圈的电流变化率和电压变化率，并根据该电流变化率和电压变化率调整第一气隙和第二气隙的长度，从而灵活地对二次侧线圈生成的电能时间和大小进行调节。
2、可以基于一次侧线圈较大的电流信号的变化率和一次侧线圈较小的电压信号变化率，生成收缩动作控制信号，以增加一次侧线圈和二次侧线圈所在区段中的气隙长度，能延长二次侧线圈感应电能时间，即延长生成电能时间；基于一次侧线圈较小的电流信号值和一次侧线圈较小的电压信号值，生成伸展动作控制信号，以减少一次侧线圈和二次侧线圈之间的气隙长度，使得在较小的电流的情况下也能使二次侧线圈感应电能，生成更多的电能，用于供电和充电。
3、通过检测一次侧线圈的电压是否大于安全电压阈值，并在大于安全电压阈值时断开二次侧线圈与电压转换器的电连接，可以防止烧毁电压转换器。
4、通过将二次侧线圈中的线圈圈数设置为一次侧线圈中的线圈圈数的n倍，可以将由铁芯、一次侧线圈和二次侧线圈形成的变压器的变比设置为升压模式，从而实现了对一次侧线圈两端电压的放大，使二次侧线圈两端的电压高于一次侧线圈两端的电压，以更好地对储能装置进行充电。
总之，本发明公开了安装相对便捷的电缆智能安全取能装置，并将其应用于电力电缆状态参数在线监测，可以保证整个电力系统安全生产和安全持久供电。
附图说明
图1是本发明中一种电缆基于改变气隙距离智能安全取能装置的结构框架示意图；
图2是本发明中取能单元的结构示意图；
图3是本发明中储能单元的结构示意图。
附图编号说明：
1为一次侧线圈端，2为二次侧线圈端，3为铁芯，4为第一伸缩模块，5为第二伸缩模块，6为驱动单元，7为下伸缩元件，8为上伸缩元件，9为弹性元件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，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有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。
根据本发明的第一方面，提供一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置。
如图1，在一个实施例中，本发明的一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置包括取能单元、监测单元、控制单元和储能单元。
取能单元用于从电缆取能。如图2，取能单元包括铁芯3、绕设在所述铁芯3上的一次侧线圈1和二次侧线圈2、第一伸缩模块4和第二伸缩模块5；所述一次侧线圈1连接至用于感测电缆电流的电流传感器；所述二次侧线圈2连接至所述储能单元；第一伸缩模块4与铁芯3之间具有第一气隙，所述第二伸缩模块5与铁芯3之间具有第二气隙；所述第一伸缩模块4和所述第二伸缩模块5用于通过收缩动作和伸展动作分别改变所述第一气隙和所述第二气隙的长度。
监测单元连接至取能单元中的一次侧线圈1和二次侧线圈2，用于监测所述一次侧线圈1和/或二次侧线圈2两端的电压和流过的电流。
控制单元分别与监测单元、取能单元中的第一伸缩模块4和第二伸缩模块5连接，用于从监测单元获取一次侧线圈1和/或二次侧线圈2两端的电压和流过的电流，并根据一次侧线圈1和/或二次侧线圈2两端的电压和流过的电流，控制第一伸缩模块4和第二伸缩模块5的收缩动作和伸展动作。
储能单元连接至取能单元中的二次侧线圈2，用于存储二次侧线圈感应的电能。此外，储能单元还可以为取能单元、监测单元和控制单元提供电能。
在本实施例中，通过将取能单元中的一次侧线圈连接至用于感测电缆电流的电流传感器，并将取能单元中的二次侧线圈连接至储能单元，可以实现对电缆电能的存储利用，解决了电池需要频繁更换无法长期使用的问题。同时，通过监测单元监测一次侧线圈和/或二次侧线圈两端的电压和流过的电流，并通过控制单元根据该电压和电流控制第一伸缩模块和第二伸缩模块的伸展动作和收缩动作，可以调节第一气隙和第二气隙的长度，进而可以根据需要灵活地对二次侧线圈生成的电能时间和大小进行调节。
在进一步优选的实施例中，所述控制单元还用于：根据所述一次侧线圈两端的电压和流过的电流确定所述一次侧线圈的电压变化率和电流变化率；当确定所述一次侧线圈中的电流变化率超过第一阈值且所述一次侧线圈中的电压变化率不超过第二阈值时，产生用于增加气隙长度的收缩控制信号至所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块；当确定所述一次侧线圈中的电流变化率不超过所述第一阈值且所述一次侧线圈中的电压变化率超过第二阈值时，产生用于减小气隙长度的伸展控制信号至所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块。
本实施例中，当一次侧线圈流过的电流在单位时间内一直变大，而一次侧线圈两端的电压在单位时间内变化较小，即一次侧线圈的电流变化率较大，一次侧线圈的电压变化率较小，则基于一次侧线圈较大的电流变化率和一次侧线圈较小的电压变化率，生成收缩移动控制信号，以增加一次侧线圈和二次侧线圈之间的气隙长度，从而延长磁性材料进入磁饱和区的时间，进而增加其抗磁化能力，以延长取能单元感应电能时间，从而延长生成电能时间，感应更多电能。当一次侧线圈流过的电流在单位时间内一直变小，而一次侧线圈两端的电压在单位时间内变化较小，即一次侧线圈的电流值较小，一次侧线圈的电压也较小，则基于一次侧线圈较小的电流信号值和一次侧线圈较小的电压信号值，生成伸展移动控制信号，以减少一次侧线圈和二次侧线圈之间的气隙长度，增加磁性材料的磁化能力，使得较小的电流也能使取能单元感应电能，生成更多的电能，用于供电和充电。这样一来，就可以克服二次侧线圈感应得到的电流很小，无法满足在线监控设备的供能需求的问题。
可替换的，在其他实施例中，控制单元也可以根据二次侧线圈两端的电压和流过的电流确定二次侧线圈的电压变化率和电流变化率，进而根据该电压变化率和电流变化率产生收缩控制信号和伸展控制信号，其具体步骤与上述根据一次侧线圈的电压变化率和电流变化率的方法类似，在此不再赘述。
在进一步优选的实施例中，如图2所示，所述第一气隙位于所述一次侧线圈1所在的区段内，所述第二气隙位于所述二次侧线圈2所在的区段内。这样一来，相比于气隙位于线圈外侧的情况，可以更好地通过改变气隙长度来调节磁导率以控制其抗磁化能力。可替换的，第一气隙和第二气隙也可以不分别位于一次侧线圈1和二次侧线圈2所在的区段内。
在进一步优选的实施例中，所述第一伸缩模块4和所述第二伸缩模块5各自包括：驱动元件6、上伸缩元件7、下伸缩元件8和弹性元件9。所述驱动元件6用于驱动上伸缩元件7和下伸缩元件8进行收缩动作和伸展动作。所述上伸缩元件7和下伸缩元件8分别固定设置于所述驱动元件6的相对侧；所述驱动元件10与所述铁芯3固定连接。所述弹性元件10套设在所述驱动元件、上伸缩元件和下伸缩元件上，弹性元件10能够随着上伸缩元件8和下伸缩元件9的长度变化而发生长度变化。所述一次侧线圈1和二次侧线圈2均缠绕在弹性单元10上，所述一次侧线圈1与第一伸缩模块4中的弹性元件10活动连接，所述二次侧线圈2与第二伸缩模块5中的弹性元件10活动连接。其中，驱动元件6可包括电机，且可由储能单元供电。其中，所述第一伸缩模块4和第二伸缩模块5中的所述驱动元件6接收并根据所述收缩控制信号驱动所述上伸缩元件7和所述下伸缩元件8进行收缩动作，以使所述一次侧线圈1和二次侧线圈2所在区段中的气隙增大；所述第一伸缩模块4和第二伸缩模块5中的所述驱动元件6接收并根据所述伸展控制信号驱动上伸缩元件7和下伸缩元件8进行伸展动作，以使所述一次侧线圈1和二次侧线圈2所在区段中的气隙减小。其中，上伸缩元件8和下伸缩元件9采用磁性材料制成，例如可以为磁性伸缩套管或磁性伸缩杆。
本实施例中，驱动元件6根据收缩控制信号驱动上伸缩元件7和下伸缩元件8进行收缩动作，可以增大上伸缩元件7和下伸缩元件8远离驱动元件6的一端与铁芯3的间隙，从而增加第一气隙或第二气隙的长度。在气隙长度增加前，铁芯和上下伸缩元件整体形成的磁性材料的磁导率是较低的，随着磁感应时间越长，磁感应强度不再增加，即磁性材料发生饱和现象。但在气隙长度增加后，铁芯和上下伸缩元件整体形成的磁性材料的磁导率会比原来的变小，从而可以避免其过早进入饱和区，增加其抗磁化能力，进而可以延长取能单元感应电能时间、生成电能时间。驱动元件6根据伸展控制信号驱动上伸缩元件7和下伸缩元件8进行伸展动作，可以减小上伸缩元件7和下伸缩元件8远离驱动元件6的一端与铁芯3的间隙，从而减小第一气隙或第二气隙的长度，进而增加磁性材料的磁化能力，使得较小的电流也能使取能单元感应电能，生成更多的电能，用于供电和充电。
在进一步优选的实施例中，如图3所示，所述储能单元包括：电池、电压转换器、滤波器、输出稳压器。其中，二次侧线圈2依次经由电压转换器和滤波器连接至所述电池。电压转换器用于将二次侧线圈2两端产生的一定范围内的电压转换成适于供电和充电的电压，滤波器可用于对经由电压转换器转换后的电压做进一步的滤波处理，从而将合适的电压提供至储能单元。输出稳压器也连接至电池，用于对所述电池的输出电压进行稳压。其中，电池优选为锂电池。
在进一步优选的实施例中，所述储能单元还包括连接至所述电池的电源切换器；所述监测单元还用于监测所述滤波器输出的电压和所述输出稳压器输出的电压；所述控制单元还用于根据所述滤波器输出的电压和所述输出稳压器输出的电压生成充电控制信号或放电控制信号至所述电源切换器；所述电源切换器响应于所述充电控制信号而使所述电池处于充电状态，且响应于所述放电控制信号而使所述电池处于放电状态。
在进一步优选的实施例中，所述控制单元还用于当所述一次侧线圈的电压大于或等于安全电压阈值时，使所述二次侧线圈与所述储能单元断开。更为具体的，使所述二次侧线圈与所述储能单元断开可以包括，在二次侧线圈和储能单元的电压转换器之间设置断路开关(例如电磁开关、开关二极管等)，通过控制单元根据一次侧线圈的电压大于或等于安全电压阈值来控制而关断该断路开关，从而使二次侧线圈与储能单元中的电压转换器断开。这样一来，可以避免一次侧线圈的电压信号大于安全电压阈值，即出现瞬时电压很高时，二次侧线圈与储能单元中的电压转换器电连接而可能导致的烧毁电压转换器的问题。
在进一步优选的实施例中，二次侧线圈中的线圈圈数是一次侧线圈中的线圈圈数的n倍，n为正整数。具体的一次侧线圈的线圈圈数和二次侧线圈的线圈圈数根据实际情况进行设定。
在本实施例中，通过将二次侧线圈中的线圈圈数设置为一次侧线圈中的线圈圈数的n倍，可以将由铁芯、一次侧线圈和二次侧线圈形成的变压器的变比设置为升压模式，从而实现了对一次侧线圈两端电压的放大，使二次侧线圈两端的电压高于一次侧线圈两端的电压，以更好地对储能装置进行充电。
根据本发明的第二方面，还提供一种基于改变气息距离的电缆智能安全取能方法。该方法采用了根据本发明第一方面的基于改变气息距离的电缆智能安全取能装置，且包括如下步骤：
S1、通过监测单元监测一次侧线圈和/或二次侧线圈两端的电压和流过的电流，若控制单元确定一次侧线圈的电压小于安全电压阈值，则将二次侧线圈连接至所述储能单元，若一次侧线圈的电压达到或超过安全电压阈值，则使二次侧线圈与所述储能单元断开。
进一步的，步骤S1还包括：在将二次侧线圈连接至储能单元后，通过储能单元中的电压转换器对二次侧线圈的电压进行电压转换，通过滤波器对电压转换器处理后的电压进行整流滤波，将整流滤波后的电压输入电池中进行电力存储，再通过输出稳压器对电池输出的电压进行稳压，用于供电和充电。
进一步的，步骤S1还包括：在将二次侧线圈连接至储能单元后，通过监测单元监测所述滤波器输出的电压和所述输出稳压器输出的电压；通过控制单元跟据所述滤波器输出的电压和所述输出稳压器输出的电压生成充电控制信号或放电控制信号至所述电源切换器；使电源切换器响应于所述充电控制信号而使所述电池处于充电状态，且响应于所述放电控制信号而使所述电池处于放电状态。
S2、通过控制单元根据所述一次侧线圈和/或二次侧线圈中的电压和电流，控制所述第一伸缩模块和第二伸缩模块的收缩动作和伸展动作。
进一步的，步骤S2还包括：通过控制单元根据所述一次侧线圈中的电压和电流确定所述一次侧线圈中的电压变化率和电流变化率；当控制单元确定所述一次侧线圈中的电流变化率超过第一阈值且所述一次侧线圈中的电压变化率不超过第二阈值时，产生用于增加气隙长度的收缩控制信号至所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块；当控制单元确定所述一次侧线圈中的电流变化率不超过所述第一阈值且所述一次侧线圈中的电压变化率超过第二阈值时，产生用于减小气隙长度的伸展控制信号至所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置，其特征在于，包括取能单元、监测单元、控制单元和储能单元；
所述取能单元包括铁芯、绕设在所述铁芯上的一次侧线圈和二次侧线圈、第一伸缩模块和第二伸缩模块；所述一次侧线圈连接至用于感测电缆电流的电流传感器；所述二次侧线圈连接至所述储能单元；所述第一伸缩模块与所述铁芯之间具有第一气隙，所述第二伸缩模块与所述铁芯之间具有第二气隙；所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块用于通过收缩动作和伸展动作分别改变所述第一气隙和所述第二气隙的长度；
所述监测单元用于监测所述一次侧线圈和/或二次侧线圈两端的电压和流过的电流；
所述控制单元分别与监测单元、第一伸缩模块和第二伸缩模块连接，用于根据所述一次侧线圈和二次侧线圈中的电压和电流，控制所述第一伸缩模块和第二伸缩模块的收缩动作和伸展动作。
2.根据权利要求1所述的基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置，其特征在于，所述控制单元还用于：
根据所述一次侧线圈中的电压和电流确定所述一次侧线圈中的电压变化率和电流变化率；
当确定所述一次侧线圈中的电流变化率超过第一阈值且所述一次侧线圈中的电压变化率不超过第二阈值时，产生用于增加气隙长度的收缩控制信号至所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块；
当确定所述一次侧线圈中的电流变化率不超过所述第一阈值且所述一次侧线圈中的电压变化率超过第二阈值时，产生用于减小气隙长度的伸展控制信号至所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块。
3.根据权利要求2所述的基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置，其特征在于，所述第一气隙位于所述一次侧线圈所在的区段内，所述第二气隙位于所述二次侧线圈所在的区段内。
4.根据权利要求3所述的基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置，其特征在于，所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块各自包括：驱动元件、上伸缩元件、下伸缩元件和弹性元件；
所述驱动元件用于驱动上伸缩元件和下伸缩元件进行收缩动作和伸展动作；
所述上伸缩元件和下伸缩元件分别固定设置于所述驱动元件的相对侧；所述驱动元件与所述铁芯固定连接；
所述弹性元件套设在所述驱动元件、上伸缩元件和下伸缩元件上；
所述一次侧线圈和二次侧线圈均缠绕在弹性单元上；
其中，所述第一伸缩模块和第二伸缩模块中的所述驱动元件接收并根据所述收缩控制信号驱动所述上伸缩元件和所述下伸缩元件进行收缩动作，以使所述一次侧线圈和二次侧线圈所在区段中的气隙增大；所述第一伸缩模块和第二伸缩模块中的所述驱动元件接收并根据所述伸展控制信号驱动上伸缩元件和下伸缩元件进行伸展动作，以使所述一次侧线圈和二次侧线圈所在区段中的气隙减小。
5.根据权利要求1所述的基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置，其特征在于，所述储能单元包括：电池、电压转换器、滤波器、输出稳压器；
所述二次侧线圈依次经由所述电压转换器和所述滤波器连接至所述电池；
所述输出稳压器用于对所述电池的输出电压进行稳压。
6.根据权利要求5所述的基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置，其特征在于，所述储能单元还包括连接至所述电池的电源切换器；
所述监测单元还用于监测所述滤波器输出的电压和所述输出稳压器输出的电压；
所述控制单元还用于根据所述滤波器输出的电压和所述输出稳压器输出的电压生成充电控制信号或放电控制信号至所述电源切换器；
所述电源切换器响应于所述充电控制信号而使所述电池处于充电状态，且响应于所述放电控制信号而使所述电池处于放电状态。
7.根据权利要求1所述的基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置，其特征在于，
所述控制单元还用于当确定所述一次侧线圈的电压大于或等于安全电压阈值时，使所述二次侧线圈与所述储能单元断开。
8.根据权利要求1所述的基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置，其特征在于，二次侧线圈中的线圈圈数是一次侧线圈中的线圈圈数的n倍，n为正整数。
9.一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能方法，采用了根据权利要求1-8中任一项所述的基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1、通过监测单元监测一次侧线圈和/或二次侧线圈两端的电压和流过的电流，若控制单元确定一次侧线圈的电压小于安全电压阈值，则将二次侧线圈连接至所述储能单元，若一次侧线圈的电压达到或超过安全电压阈值，则使二次侧线圈与所述储能单元断开；
S2、通过控制单元根据所述一次侧线圈和/或二次侧线圈中的电压和电流，控制所述第一伸缩模块和第二伸缩模块的收缩动作和伸展动作。
10.根据权利要求9所述的基于改变气隙距离的电缆智能安全取能方法，其特征在于，步骤S2还包括：
通过控制单元根据所述一次侧线圈中的电压和电流确定所述一次侧线圈中的电压变化率和电流变化率；
当控制单元确定所述一次侧线圈中的电流变化率超过第一阈值且所述一次侧线圈中的电压变化率不超过第二阈值时，产生用于增加气隙长度的收缩控制信号至所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块；
当控制单元确定所述一次侧线圈中的电流变化率不超过所述第一阈值且所述一次侧线圈中的电压变化率超过第二阈值时，产生用于减小气隙长度的伸展控制信号至所述第一伸缩模块和所述第二伸缩模块。
CN202410043224.4A 2024-01-11 2024-01-11 一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置和方法 Active CN117856465B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410043224.4A CN117856465B (zh) 2024-01-11 2024-01-11 一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410043224.4A CN117856465B (zh) 2024-01-11 2024-01-11 一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117856465A true CN117856465A (zh) 2024-04-09
CN117856465B CN117856465B (zh) 2024-09-10

Family

ID=90532482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410043224.4A Active CN117856465B (zh) 2024-01-11 2024-01-11 一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117856465B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050243473A1 (en) * 2004-04-30 2005-11-03 Headway Technologies, Inc. Magnetostrictive actuator in a magnetic head
CN102832721A (zh) * 2012-08-23 2012-12-19 广东电网公司佛山供电局 一种取能电源线圈气隙的调整方法
CN105762907A (zh) * 2016-03-04 2016-07-13 国网山东省电力公司平原县供电公司 感应取能装置
CN207782491U (zh) * 2018-01-30 2018-08-28 武汉大学 一种电缆护套环流感应取电装置
CN112600287A (zh) * 2020-10-16 2021-04-02 国网湖南省电力有限公司 具有气隙调节功能的阻抗匹式输电线路取能装置及其应用方法
CN112968640A (zh) * 2021-02-22 2021-06-15 广东电网有限责任公司广州供电局 基于气隙可调的高压取电装置及方法
CN113193661A (zh) * 2021-04-02 2021-07-30 南方电网数字电网研究院有限公司 感应取电设备
CN114069881A (zh) * 2021-11-09 2022-02-18 国网辽宁省电力有限公司丹东供电公司 高压输电导线感应取能系统及方法
CN116317193A (zh) * 2023-03-07 2023-06-23 江苏省送变电有限公司 输电线路感应取能系统
CN219477682U (zh) * 2023-02-14 2023-08-04 国网新疆电力有限公司电力科学研究院 输电线路在线监测装置电源模块

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050243473A1 (en) * 2004-04-30 2005-11-03 Headway Technologies, Inc. Magnetostrictive actuator in a magnetic head
CN102832721A (zh) * 2012-08-23 2012-12-19 广东电网公司佛山供电局 一种取能电源线圈气隙的调整方法
CN105762907A (zh) * 2016-03-04 2016-07-13 国网山东省电力公司平原县供电公司 感应取能装置
CN207782491U (zh) * 2018-01-30 2018-08-28 武汉大学 一种电缆护套环流感应取电装置
CN112600287A (zh) * 2020-10-16 2021-04-02 国网湖南省电力有限公司 具有气隙调节功能的阻抗匹式输电线路取能装置及其应用方法
CN112968640A (zh) * 2021-02-22 2021-06-15 广东电网有限责任公司广州供电局 基于气隙可调的高压取电装置及方法
CN113193661A (zh) * 2021-04-02 2021-07-30 南方电网数字电网研究院有限公司 感应取电设备
CN114069881A (zh) * 2021-11-09 2022-02-18 国网辽宁省电力有限公司丹东供电公司 高压输电导线感应取能系统及方法
CN219477682U (zh) * 2023-02-14 2023-08-04 国网新疆电力有限公司电力科学研究院 输电线路在线监测装置电源模块
CN116317193A (zh) * 2023-03-07 2023-06-23 江苏省送变电有限公司 输电线路感应取能系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN117856465B (zh) 2024-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11088538B2 (en) Module of suppressing inrush current, method of controlling the same and on-board bidirectional charger using the same
CN201185355Y (zh) 高压线路感应取电装置
TW285784B (zh)
CN108462396B (zh) 35kV振荡波系统的可控高压直流电源
CN105119388A (zh) 宽电流范围工作的电流互感取能电源
CN112886718B (zh) 一种谐振补偿式电流互感器感应取电系统
CN202085084U (zh) 电流源转换模块
CN109687540A (zh) 一种电线磁场能量采集电源
KR102091250B1 (ko) 주행 및 회생 제동 전류를 이용한 에너지 하베스팅 방법 및 장치
CN112968640A (zh) 基于气隙可调的高压取电装置及方法
CN111555472A (zh) 一种高压输电铁塔上在线监测装置的供能系统
CN113193661B (zh) 感应取电设备
CN215181476U (zh) 一种ct取电的电源自动控制系统
CN117856465B (zh) 一种基于改变气隙距离的电缆智能安全取能装置和方法
US20050258798A1 (en) Battery charging device and method for the charging of batteries with several battery blocks
CN102468659A (zh) 充电控制系统及其方法
CN113829940A (zh) 一种基于nb-iot的电动自行车智能充电系统及其工作方法
CN204967289U (zh) 宽电流范围工作的电流互感取能电源
CN218569833U (zh) 电力低压直流供电系统
JP2009142061A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ装置
CN113162184B (zh) 一种ct取电的电源自动控制系统
CN113394888A (zh) 一种基于输电线路的在线取能电源装置
CN217847633U (zh) 一种可变气隙取电环
JP3568697B2 (ja) フライバック型多出力ｄｃ−ｄｃコンバータ
KR102723178B1 (ko) 팬터그래프 검측장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant