[发明专利]一种110kV高压无线供能系统感应取能装置设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种110kV高压线路在线感应取能装置的设计方法。

背景技术

随着工业化发展的不断深入，工业用电需求量也随之急剧增加。高压输电线路是承担着越来越重的历史使命，并肩负起东西部协调经济发展纽带的责任。但由于高压输电线路杆塔间跨度长，运行环境多在野外、郊区等偏远地区，易收到大风、雨雪、雾霾等恶劣天气的影响，存在风偏舞动、过温、覆冰、雷电高压、污秽、杆塔倾斜、鸟害等各种各样的危害，更严重的将会导致输电网络的瘫痪。所以对线路的实时在线无人监测是一种必要的防御监测手段。目前，电网多采用实时状态监测设备对可能存在的线路杆塔危害进行在线监测及预警，效果很显著，但监测设备的电源供给问题却始终未能很好的解决。

目前国内外研究较多的几种供电方式：(1)采用电容分压式原理，利用输电线周围的电场获取能量，并把能量供给在线监测设备；(2)采用激光供电方式，从低电位侧发射高能量激光，传输给处于高压侧的光接收设备，将光能转换为电能；(3)采用光伏、风能并结合蓄电池的新能源发电供给方式，这种方式发展时间最长，也最为成熟，并在部分线路上已安装实施。以上几种方式都存在各种各样的问题，如电气绝缘问题、受外界恶劣环境影响明显、光电接收转换设备效率低功率小、电池寿命短且更换繁琐等。为了克服以上供电方式存在的问题，提高在线监测设备受电的稳定性与安全性，一种新的供电模式应运而生，即结合高压线路感应取能技术与无线电能传输技术于一体的新型供电系统。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提供一种110kV高压线路无线供能系统用在线感应取能装置的设计方法，设计满足不同功率需求的最优化取能装置。

技术方案：一种110kV高压线路无线供能系统用在线感应取能装置的设计方法，设计方法包括如下步骤：

步骤(1)，根据110kV输电线路绝缘距离，拟定无线电能传输系统的工作频率为MHz级；

步骤(2)，确定感应取能装置的取电功率：

当无线电能传输系统的发射线圈与接收线圈均调谐至谐振状态时，计算发射线圈与接收线圈间的能量传输效率为：

其中，r₁、r₂分别为发射线圈与接收线圈的内阻，R_L为在线监测设备等效至接收线圈侧的负载内阻，M为发射线圈与接收线圈间的互感，ω为无线电能传输系统工作角频率；根据在线监测设备等效阻值、在线监测设备功率、无线电能传输系统的工作频率、发射线圈与接收线圈间的能量传输效率以及取能装置保护控制电路、高频变换装置、整流稳压装置的转换效率，计算得到感应取能装置的取电功率；

步骤(3)，确定感应取能装置中带气隙铁芯的等效磁导率以及感应取能装置取能绕组输出端电压的大小：

假设感应取能装置中两个半圆铁芯之间的气隙为δ，半圆铁芯高度为h，半圆铁芯内外半径分别为a、b，得到两个半圆铁芯形成的总磁路等效磁导率其中，l_e为半圆铁芯中的磁路长度，l_t为带气隙铁芯中的总体等效磁路长度，ε为气隙处磁场的边缘效应系数，μ₀为真空磁导率、μ_r为铁芯的相对磁导率；

由感应取能装置等效电路计算其取能绕组输出端电压E₂为：

其中，N_s为取能绕组的线圈匝数，Φ_m(t)为t时刻带气隙铁芯中通过的磁通，f为励磁电流频率，I_m为励磁电流大小，I_m＝I₁-N_sI₂，I₁为输电线路中的电流大小，I₂为取能绕组输出电流大小；

步骤(4)，获得感应取能装置的负载功率与自身参数设计之间的关系：

根据所述E₂及取能绕组输出端的等效外负载阻值大小，得到感应取能装置的负载功率P_o＝[(Re(I₂))²+(Im(I₂))²]·R_L'；其中，R_L'为取能绕组输出端的等效外负载阻值；