CN205070621U - 110kV输电线路视频监控装置的无线供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种110kV输电线路视频监控装置的无线供电系统，包括感应取电子系统和监控装置供电子系统，所述感应取电子系统包括感应取电装置、整流滤波稳压电路、高频逆变电路,所述监控装置无线传能系统包括发射线圈组件、接收线圈组件、匹配网络、高频整流滤波稳压电路、蓄电池以及电源控制电路。所述系统通过电磁感应的方式为110kV输电线路视频监控装置提供工作电源，具有供电稳定，无污染的特点；并通过设置在感应取电子系统和监控装置供电子系统中设置多种外围电路实现了高频磁场能量的最大传输，提高了供电的可靠性。

Description

110kV输电线路视频监控装置的无线供电系统

技术领域

本实用新型涉及无线传能装置技术领域，尤其涉及一种110kV输电线路视频监控装置的无线供电系统。

背景技术

高压输电线路的监控关系到电网的安全性和电力系统的稳定性。由于高压输电线路通常位于野外无人区域，不便采取人工巡线的方法，所以多使用视频监控。传统的视频监控所使用的摄像头电源多采用内置的电池或太阳能供电，该方案存在诸多缺陷。首先，在恶劣环境下，无法使用太阳能供电，而在恶劣环境下高压输电线的故障率会提升，因此，太阳能供电方式的监控系统可能会漏掉一些故障。其次，由于夜间太阳能供电方式无法正常工作，因此夜间必须由内置电池供电，而白天太阳能光伏电源必须给电池充电，造成电池每天都会充放电一次，这必然会减少电池的寿命；此外，更换高压输电线上的电池需人工完成，其人力成本和危险性均较高。再者，太阳能电池板制造也存在着严重的污染问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种110kV输电线路视频监控装置的无线供能系统，所述系统通过电磁感应的方式为110kV输电线路视频监控装置提供工作电源，具有供电稳定，无污染的特点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种110kV输电线路视频监控装置的无线供电系统，其特征在于：包括感应取电子系统和监控装置供电子系统，所述感应取电子系统包括感应取电装置、整流滤波稳压电路、高频逆变电路，所述感应取电装置的输出端依次经整流滤波稳压电路、高频逆变电路后与监控装置供电子系统的发射线圈组件的输入端连接，所述监控装置供电子系统包括发射线圈组件、接收线圈组件、匹配网络、高频整流滤波稳压电路、蓄电池以及电源控制电路，所述接收线圈组件与发射线圈组件相对设置，所述接收线圈组件的输出端经匹配网络后与高频整流滤波稳压电路的输入端连接，所述高频整流滤波稳压电路的输出端分为两路，第一路与110kV输电线路视频监控装置的电源输入端连接，第二路与蓄电池的输入端连接，蓄电池的输出端与110kV输电线路视频监控装置的电源输入端连接，所述电源控制电路分别与监控装置以及蓄电池的控制端连接，用于充放电控制。

进一步的技术方案在于：所述监控装置供电子系统还包括发射线圈组件电流检测电路和频率自适应电路，所述发射线圈组件的电流取样端与发射线圈组件电流检测电路的输入端连接，发射线圈组件电流检测电路的输出端与频率自适应电路的输入端连接，频率自适应电路的输出端与感应取电子系统中的高频逆变电路的控制端连接。

进一步的技术方案在于：所述监控装置供电子系统还包括功率检测与匹配调整电路、接收线圈组件电流检测模块以及电容自适应电路，所述高频整流滤波稳压电路的采样端与功率检测与匹配调整电路的输入端连接，功率检测与匹配调整电路的输出端与匹配网络的控制端连接，接收线圈组件的采样端与接收线圈组件电流检测模块的输入端连接，接收线圈组件电流检测模块的输出端经电容自适应电路与接收线圈组件中电容的控制端连接。

进一步的技术方案在于：所述发射线圈组件位于输电杆塔上的高压输电线路旁，所述接收线圈组件位于输电杆塔顶端的接地端上。

进一步的技术方案在于：所述发射线圈组件和接收线圈组件中的电容使用高频陶瓷电容。

进一步的技术方案在于：所述电源控制电路使用单片机控制系统。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：感应取电装置输出的工频交流电经转换后传输给发射线圈，发射线圈将电能转换为磁能后，通过磁耦合谐振传输给监控装置供电子系统的接收线圈，在接收端通过线圈电流检测电路检测线圈的电流，根据线圈的电流，通过频率自适应电路调整发射线圈频率，使发射线圈工作频率与接收线圈工作在共振频率上，实现高频磁场能量的最大传输；接收线圈将磁能转换为电能，电能经变换后输出给蓄电池，通过蓄电池为输电线路视频监控装置间接提供输入电源，或直接输出电源给线路视频监控装置，在接收端因为频率的自适应调整已经在发射端完成，因此接收端只需实现LC参数的自适应调整，为达到最大的传输功率或效率，通过负载匹配调节接收线圈中可变的电容和电感以便达到最佳匹配。综上，所述系统通过电磁感应的方式为110kV输电线路视频监控装置提供工作电源，解决了传统太阳能供电和传统感应取电的局限和缺陷，具有无污染、稳定的特点；并通过设置在感应取电子系统和监控装置供电子系统中设置多种外围电路实现了高频磁场能量的最大传输，提高了供电的可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型的安装结构示意图；

图3是本实用新型的接收端最大功率匹配的控制方法图；

图4是本实用新型的接收端最大效率匹配的控制方法图；

其中：1、杆塔2、接地端3、接收线圈4、发射线圈5、绝缘子6、输电线路。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本实用新型公开了一种110kV输电线路视频监控装置的无线供电系统，包括感应取电子系统和监控装置供电子系统，所述感应取电子系统包括感应取电装置、整流滤波稳压电路、高频逆变电路，所述感应取电装置的输出端依次经整流滤波稳压电路、高频逆变电路后与监控装置供电子系统的发射线圈组件的输入端连接，所述监控装置供电子系统包括接发射线圈组件、接收线圈组件、匹配网络、高频整流滤波稳压电路、蓄电池以及电源控制电路，所述接收线圈组件与发射线圈组件相对设置，所述接收线圈组件的输出端经匹配网络后与高频整流滤波稳压电路的输入端连接，所述高频整流滤波稳压电路的输出端分为两路，第一路与110kV输电线路视频监控装置的电源输入端连接，第二路与蓄电池的输入端连接，蓄电池的输出端与110kV输电线路视频监控装置的电源输入端连接，所述电源控制电路分别与监控装置以及蓄电池的控制端连接，用于充放电控制。

进一步的，请参考图1，为了使所述监控装置供电子系统能够更好的无线传输能量，所述监控装置供电子系统还包括发射线圈组件电流检测电路和频率自适应电路，所述发射线圈组件的电流取样端与发射线圈组件电流检测电路的输入端连接，发射线圈组件电流检测电路的输出端与频率自适应电路的输入端连接，频率自适应电路的输出端与感应取电子系统中的高频逆变电路的控制端连接。

进一步的，请参考图1，为了使所述监控装置供电子系统能够更好的接收并输出电能，所述监控装置供电子系统还包括功率检测与匹配调整电路、接收线圈组件电流检测模块以及电容自适应电路，所述高频整流滤波稳压电路的采样端与功率检测与匹配调整电路的输入端连接，功率检测与匹配调整电路的输出端与匹配网络的控制端连接，接收线圈组件的采样端与接收线圈组件电流检测模块的输入端连接，接收线圈组件电流检测模块的输出端经电容自适应电路与接收线圈组件中电容的控制端连接。

如图2所示，在安装时所述发射线圈组件位于输电杆塔上的高压输电线路旁，所述接收线圈组件位于输电杆塔顶端的接地端上，发射线圈与接收线圈正对设置。

本实用新型的实现思路如下：通过电磁计算，确定最佳的工作频率和线圈参数使功率和效率同时达到极佳状态。在设计线圈截面时，考虑并减少集肤效应和临近效应对线圈的影响，让线圈材料利用率最高。在理论结果的指导下，制作由多组电感线圈和匹配电容组成的LC振荡器，并对其进行调谐测试，以保证传输系统能谐振工作。最后，在对比测试结果与理论计算结果，对两者存在差距的情况进行修正直至满足要求。

高频逆变电路：根据计算得出的发射端逆变器功率元件所需的频率、电流与反向耐压等，确定电源、逆变器拓扑结构、功率开关管的型号、功率管驱动芯片与其他电路元件。

发射端频率的自适应调整：欲使发射线圈与接收线圈工作在共振频率上，发射端频率必须能够进行自适应调整。该调整是通过图1中的线圈电流检测电路和频率自适应电路来实现的。

接收端电路的设计、制作与实验：由理论计算和实验结果得出接收端参数要求，据此设计、仿真发射端电路。具体内容包括：

接收端频率的自适应调整：因为频率的自适应调整已经在发射端完成，因此接收端只需实现LC参数的自适应调整。实现方法为利用电流互感器（线圈电流检测电路）检测接收端谐振电流的幅值，据此调节接收端的电感或电容值。

电能变换：为满足实际使用的直流负载，需要在接收端设计整流、滤波与稳压变换电路。其中使用肖特基二极管整流桥以满足高频率低损耗的要求，选取合适的电容组合进行滤波，选择开关稳压电源模块以保证效率与恒压性能。

匹配网络：为达到最大的传输功率或效率，需要进行负载匹配，通过调节可变的电容和电感以便达到最佳匹配。

负载的自适应：由于负载工作状态会发生变化，因此需要调整匹配网络来实现负载的自适应。我们使用二维爬坡法实现这一目的。最大功率控制的思路为分别调整匹配电感和电容，使电路的工作点向等势线更高处移动，如图3所示。最大效率控制思路为寻求所需功率和最大效率等势线的切点，如图4所示。其中功率与效率均用等势线表示。

蓄电池电能控制：为解决持续供电问题，使用单片机控制系统设计出电源电能控制电路，以此来实现无线供能与电池供电的转换以及电源的自动充放电功能。

发射线圈组件和接收线圈组件中的高频电阻使用较小的的线圈，如利兹线圈或铜管，选取损耗角较小的电容，如高频陶瓷电容等，以此加大品质因数，增大传输距离。

工作原理：感应取电装置输出的工频交流电经转换后传输给发射线圈，发射线圈将电能转换为磁能后，以磁能的形式传输给监控装置供电子系统的接收线圈，在接收端通过线圈电流检测电路检测线圈的电流，根据线圈的电流，通过频率自适应电路调整发射线圈频率，使发射线圈工作频率与接收线圈工作在共振频率上，实现高频磁场能量的最大传输；接收线圈将磁能转换为电能，电能经变换后输出给蓄电池，通过蓄电池为输电线路视频监控装置间接提供输入电源，或直接输出电源给线路视频监控装置，在接收端因为频率的自适应调整已经在发射端完成，因此接收端只需实现LC参数的自适应调整，为达到最大的传输功率或效率，通过负载匹配调节接收线圈中可变的电容和电感以便达到最佳匹配。

Claims (6)

1.一种110kV输电线路视频监控装置的无线供电系统，其特征在于：包括感应取电子系统和监控装置供电子系统，所述感应取电子系统包括感应取电装置、整流滤波稳压电路、高频逆变电路，所述感应取电装置的输出端依次经整流滤波稳压电路、高频逆变电路后与发射线圈组件的输入端连接，所述监控装置供电子系统包括接收线圈组件、匹配网络、高频整流滤波稳压电路、蓄电池以及电源控制电路，所述接收线圈组件与发射线圈组件相对设置，所述接收线圈组件的输出端经匹配网络后与高频整流滤波稳压电路的输入端连接，所述高频整流滤波稳压电路的输出端分为两路，第一路与110kV输电线路视频监控装置的电源输入端连接，第二路与蓄电池的输入端连接，蓄电池的输出端与110kV输电线路视频监控装置的电源输入端连接，所述电源控制电路分别与监控装置以及蓄电池的控制端连接，用于充放电控制。

2.如权利要求1所述的110kV输电线路视频监控装置的无线供电系统，其特征在于：所述监控装置供电子系统还包括发射线圈组件电流检测电路和频率自适应电路，所述发射线圈组件的电流取样端与发射线圈组件电流检测电路的输入端连接，发射线圈组件电流检测电路的输出端与频率自适应电路的输入端连接，频率自适应电路的输出端与感应取电子系统中的高频逆变电路的控制端连接。

3.如权利要求1所述的110kV输电线路视频监控装置的无线供电系统，其特征在于：所述监控装置供电子系统还包括功率检测与匹配调整电路、接收线圈组件电流检测模块以及电容自适应电路，所述高频整流滤波稳压电路的采样端与功率检测与匹配调整电路的输入端连接，功率检测与匹配调整电路的输出端与匹配网络的控制端连接，接收线圈组件的采样端与接收线圈组件电流检测模块的输入端连接，接收线圈组件电流检测模块的输出端经电容自适应电路与接收线圈组件中电容的控制端连接。

4.如权利要求1所述的110kV输电线路视频监控装置的无线供电系统，其特征在于：所述发射线圈组件位于输电杆塔上的高压输电线路旁，所述接收线圈组件位于输电杆塔顶端的接地端上。

5.如权利要求1所述的110kV输电线路视频监控装置的无线供电系统，其特征在于：所述发射线圈组件和接收线圈组件中的电容使用高频陶瓷电容。

6.如权利要求1所述的110kV输电线路视频监控装置的无线供电系统，其特征在于：所述电源控制电路使用单片机控制系统。