[发明专利]高压电力线路监测中的磁共振式无线供电的电场分析方法

说明书

本发明涉及无线电能传输技术，具体涉及高压电力线路监测中的磁共振式无线供电的电场分析方法，高压电力线路监测中的磁共振式无线供电的电场分析方法，包括以下步骤：建立圆柱坐标系对磁共振式无线供电系统进行分析求解；采用倒数距离方法，分别求出磁共振式无线供电系统发射端回路和接收端回路谐振状态下的电场强度解析解；利用叠加原理定量分析磁共振式无线供电系统发射端和接收端发生共振时的叠加电场的强度，求出磁共振式无线供电系统叠加电场强度。该电场分析方法与常规电磁计算仿真软件Ansoft Maxwell相比较，运算速度快，计算精度与常规电磁计算仿真软件保持一致，可方便地进行人机交互式计算与仿真，采用普通计算机便可进行复杂的电磁计算。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，尤其涉及高压电力线路监测中的磁共振式无线供电的电场分析方法。

背景技术

在实际应用中，很多的输电线路都要经受各种恶劣的运行环境的考验，电力巡线非常艰难。因此在高压输电线路上，大都采用了在线监测技术和带电检测技术状态监测等多种复合技术组成的系统作为补充来代替人力对线路实现监测。相比于传统的经电缆连接供电的方式，无线电能传输技术具有更高的安全性，无线电能传输技术不存在导线裸露、接触电火花问题，也可以避免短路以及漏电等，同时具有较高的灵活性，系统中的电源模块与用电负载可以进行相对的转动或者滑动，受空间条件限制相对较小，接口方式更利于标准化，可以实现自动化和无人操作。

在现有的研究中，各学者从多个角度分析了磁共振式无线供电技术的电场特性。有从电场强度定量分析的角度，提出了静态电动汽车无线充电过程中的电场强度的计算模型，有提出了螺旋线圈的设计和优化方法，验证了正交分量中的螺旋型发射线圈的近场分布，并应用有限元模拟实验验证了理论辐射模式等等。

将磁共振式无线供电技术用于高压输电线路在线监测终端的供电，实现对在线监测设备的稳定供能，具有受天气影响小、维护成本较低等优势，但是交变磁场必会产生交变电场。因此无线供电装置电场性能对高压电器绝缘的影响、工频电场对该无线供电装置的影响等，关系到无线供电装置及高压输电的安全运行。由于高压电力监测中的磁共振式无线供电装置的发射端、接收端分别装设在高压线路上、零点位的杆塔上，其电场势必对高压输电线路的产生影响，严重时将破坏杆塔与线路之间的绝缘。另外，输电过程中高压大电流所产生的工频电场也将对该无线供电装置的安全、有效运行产生一定的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种线圈结构为轴向等径单层密绕线圈的无线供电装置周围电场求解分析方法。为高压电力监测装置的无线供电装置的研究、设计与优化，及其电磁安全性研究打下良好的基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：高压电力线路监测中的磁共振式无线供电的电场分析方法，包括以下步骤：

步骤1、建立圆柱坐标系对磁共振式无线供电系统进行分析求解；

步骤2、采用倒数距离方法，分别求出磁共振式无线供电系统发射端回路和接收端回路谐振状态下的电场强度解析解；

步骤3、利用叠加原理定量分析磁共振式无线供电系统发射端和接收端发生共振时的叠加电场的强度，求出磁共振式无线供电系统叠加电场强度。

在上述的高压电力线路监测中的磁共振式无线供电的电场分析方法中，步骤1的实现包括：

步骤1.1、基于轴向等径单层密绕线圈建立圆柱坐标系，将线圈的中心置于坐标原点，建立坐标轴xyz；

步骤1.2、求出线圈中任意源点与任意场点的距离参数。

在上述的高压电力线路监测中的磁共振式无线供电的电场分析方法中，步骤2的实现包括：

步骤2.1、计算在柱坐标中任意源点与任意场点之间距离的倒数；

步骤2.2、利用Lipshitz积分和Neumann加法定理得出倒数距离的求和积分式；