阅读说明：本技术 一种不间断无线供电装置 (Uninterrupted wireless power supply device ) 是由 唐酿 黄明欣 盛超 卢启付 黄辉 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种不间断无线供电装置,包括：依次连接的取能线圈、变流稳压模块、高频逆变模块、发射端谐振器、接收端谐振器、整流滤波模块和混合储能模块；发射端谐振器与信号发生模块耦合连接；发射端谐振器和接收端谐振器均并联有集总谐振器。本申请能够实现能量与信号在同一通道上的不同频率的传输,且通过设置混合储能模块,用于控制供电装置以实现高效率稳定安全的能量传输,解决了现有技术中通过蓄电池或太阳能电池供电不稳定的技术问题。(The application discloses incessant wireless power supply unit includes: the energy taking coil, the current and voltage converting and stabilizing module, the high-frequency inversion module, the transmitting end resonator, the receiving end resonator, the rectifying and filtering module and the hybrid energy storage module are sequentially connected; the transmitting end resonator is coupled with the signal generating module; the transmitting end resonator and the receiving end resonator are connected in parallel with a lumped resonator. This application can realize the transmission of energy and the different frequencies of signal on same passageway, and just through setting up mixed energy storage module for control power supply unit is in order to realize the stable safe energy transmission of high efficiency, has solved among the prior art unstable technical problem of power supply through battery or solar cell.)

一种不间断无线供电装置

技术领域

本申请属于高压输电线路技术领域，尤其涉及一种不间断无线供电装置。

背景技术

高压输电线路对于电力系统而言很重要，因此针对输电线路处于户外环境中、线路长、分布广等特点，需要对输电线路的输电线实施实时保护，在线监控即为实时监控中很重要的一环。一般情况下安装在输电线路上的野外监测装置没有可供使用的交流电源，因此必须开发独立的供电单元。随着智能电网的全面建设和发展，输电线路高压侧导线监测设备的需求越来越多，这些监测装置一般由安装于输电线路侧的采集单元以及安装在杆塔侧的汇集单元组成，如图四所示。比如输电线路故障监测系统，在输电线路故障监测系统中的采集单元环扣在输电线路上，监测相间短路故障、接地故障、绝缘下降等，并实时监测线路负荷变化，采集单元将线路的运行信息传送给位于杆塔侧的汇集单元，再由汇集单元将信息转发至监控主站。目前，采集单元主要采用高压导线感应取能的方式供电，如图4，而汇集单元主要采用太阳能供电的方式。但是利用太阳能和蓄电池来供电难免会受到自然条件的限制，且电池的寿命有限，尤其是在某些地区持续阴雨天气的情况下，可能会将电池用至非常状态，从而导致电池的损坏，最终使得监控设备无法正常工作，而频繁更换电池会使得换电工作繁琐、耗费大量人力物力。

发明内容

有鉴于此，本申请提供的一种不间断无线供电装置，通过在发射端谐振器和接收端谐振器上均并联有集总谐振器，形成双谐振电路；低频谐振点用于能量的传输以降低辐射和趋肤效应，使得逆变电路以及控制更易实现，而高频谐振点用于信号的传输以提高通信速率，能够解决传统的基于能量通道传输信号的速率慢和能量传输不连续的问题。因此，本申请能够实现能量与信号在同一通道上的不同频率的传输，且通过设置混合储能模块，用于控制供电装置以实现高效率稳定安全的能量传输，解决了现有技术中通过蓄电池或太阳能电池供电不稳定的技术问题。

本申请提供了一种不间断无线供电装置，包括：

依次连接的取能线圈、变流稳压模块、高频逆变模块、发射端谐振器、接收端谐振器、整流滤波模块和混合储能模块；

所述发射端谐振器与信号发生模块耦合连接；

所述发射端谐振器和所述接收端谐振器均并联有集总谐振器。

可选地，所述发射端谐振器和所述接收端谐振器之间连接有多个中继线圈，所述多个中继线圈均设于等电位面；每个中继线圈均设有一个谐振电容和集总谐振器。

可选地，所述多个中继线圈均镶嵌于绝缘棒内部。

可选地，所述整流滤波模块连接有功率负载。

可选地，所述整流滤波模块与功率负载之间连接有所述混合储能模块；所述混合储能模块包括连接于直流母线上的单向调压单元和两个双向调压单元，所述单向调压单元连接功率负载。

可选地，所述两个双向调压单元分别连接超级电容和蓄电池。

可选地，所述混合储能模块还包括能量控制单元，所述能量控制单元连接所述两个双向调压单元，并通过功率跟踪模块连接所述单向调压单元。

可选地，所述接收端谐振器连接有信号负载。

可选地，所述发射端谐振器包括发射线圈以及与所述发射线圈匹配的谐振电容。

可选地，所述接收端谐振器包括接收线圈以及与所述接收线圈匹配的谐振电容。

综上所述，本申请提供了一种不间断无线供电装置，包括：依次连接的取能线圈、变流稳压模块、高频逆变模块、发射端谐振器、接收端谐振器、整流滤波模块和混合储能模块；所述发射端谐振器与信号发生模块耦合连接；所述发射端谐振器和所述接收端谐振器均并联有集总谐振器。

本申请提供的一种不间断无线供电装置，通过在发射端谐振器和接收端谐振器上均并联有集总谐振器，形成双谐振电路；低频谐振点用于能量的传输以降低辐射和趋肤效应，使得逆变电路以及控制更易实现，而高频谐振点用于信号的传输以提高通信速率，能够解决传统的基于能量通道传输信号的速率慢和能量传输不连续的问题。因此，本申请能够实现能量与信号在同一通道上的不同频率的传输，且通过设置混合储能模块，用于控制供电装置以实现高效率稳定安全的能量传输，解决了现有技术中通过蓄电池或太阳能电池供电不稳定的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种不间断无线供电装置的结构图；

图2为本申请实施例提供的一种不间断无线供电装置的发射端谐振器和接收端谐振器的电路图；

图3为本申请实施例提供的一种不间断无线供电装置的混合储能模块的工作流程图；

图4为现有的输电线路故障监测系统在输电线路上的安装示意图。

附图标记：

取能线圈10；信号发生器20；变流稳压模块30；高频逆变模块40；发射端谐振器50；中继线圈60；接收端谐振器70；整流滤波模块80；单向调压单元90；功率跟踪单元100；超级电容110；能量控制单元120；蓄电池130；双向调压单元140；功率负载150；信号负载160。

具体实施方式

本申请实施例提供的一种不间断无线供电装置，通过在发射端谐振器和接收端谐振器上均并联有集总谐振器，形成双谐振电路；低频谐振点用于能量的传输以降低辐射和趋肤效应，使得逆变电路以及控制更易实现，而高频谐振点用于信号的传输以提高通信速率，能够解决传统的基于能量通道传输信号的速率慢和能量传输不连续的问题。因此，本申请能够实现能量与信号在同一通道上的不同频率的传输，且通过设置混合储能模块，用于控制供电装置以实现高效率稳定安全的能量传输，解决了现有技术中通过蓄电池或太阳能电池供电不稳定的技术问题。

下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，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，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

参见图1-图3，图1为本申请实施例提供的一种不间断无线供电装置的结构图；图2为本申请实施例提供的一种不间断无线供电装置的发射端谐振器和接收端谐振器的电路图；图3为本申请实施例提供的一种不间断无线供电装置的混合储能模块的工作流程图；

本申请实施例提供了一种不间断无线供电装置，包括：

依次连接的取能线圈10、变流稳压模块30、高频逆变模块30、发射端谐振器50、接收端谐振器70、整流滤波模块80和混合储能模块；

发射端谐振器50与信号发生模块20耦合连接；

发射端谐振器50和接收端谐振器70均并联有集总谐振器。

需要说明的是，本申请实施例提供的不间断无线供电装置，设有依次连接的取能线圈10、变流稳压模块30、高频逆变模块30、发射端谐振器50、接收端谐振器70、整流滤波模块80和混合储能模块；取能线圈10从输电线路上获取电能，所获取到的电能为工频交流电，变流稳压模块30将工频交流电转换为直流，高频逆变模块30将直流电转换为高频交流，提供给发射端线圈，这一条路径可视为能量传输路径。信号发生模块20可以为线路侧监测设备中的信号发生模块20，可以为无线芯片，由信号发生模块20触发的路径可视为信号传输路径。能量和信号通过发射端谐振器50-中继线圈60-接收端谐振器70传送至负载侧。

取能线圈10可为CT取能线圈10，利用电流互感器原理实现的取能，主要由铁芯和线圈组成，可以环扣在输电线路上。整流稳压模块由整流稳压电路组成，可以将交流电转换为直流电，包括有全桥或半桥结构，在整流稳压电路中有IGBT开关器件以及一定量的电阻和电容器件。高频逆变模块30用于将交流电转换为交流电，有全桥或半桥结构，在高频逆变模块30的电路中有IGBT开关器件以及一定量的电阻和电容器件。

CT取能线圈10依次与整流稳压模块、高频逆变模块30相连，在能量与信号同时传输的不间断无线供电装置中，为了保证能量传输的功率以及效率，依次高频逆变模块30的输出端直接连接发射端谐振器50，而信号发生模块20通过耦合的方式接入发射端谐振器50。

为了实现能量与信号的同步传输，本申请实施例的发射端谐振器50与接收端谐振器70与传统的无线供电系统相比，两者均设有并联于谐振器电容上的集总谐振器，集总谐振器为RLC串联谐振或RLC并联谐振，只有一个谐振频率，并联在谐振器电容上即为与该谐振器电容上的电容和电感结合，使得原来的谐振器电容产生两个谐振频率，使得该谐振器电容中存在两个串联谐振点。在两个串联谐振点中，低频谐振点通过无线电能传输的方式来实现传输，其谐振频率与预设的能量传输的频率一致，低频谐振点用于能量的传输以降低辐射和趋肤效应，且使得逆变电路的控制更易实现。高频谐振点通过无线电能传输的方式来实现传输，其谐振频率与预设的信号传输的频率一致，高频谐振点用于信号的传输以提高通信速率，能够解决传统的基于能量通道来传输信号导致的信号传输效率慢，能量传输不连续的问题。

进一步地，发射端谐振器50和接收端谐振器70之间连接有多个中继线圈60，多个中继线圈60均设于等电位面；每个中继线圈均设有一个谐振电容和集总谐振器。

需要说明的是，为了进一步提高无线电能的传输效率，在发射端谐振器50和接收端谐振器70之间连接有中继线圈60，中继线圈60的数量有多个，各个中继线圈60分别排布于不同位置的等电位面上，且均镶嵌于绝缘棒内部。每个中继线圈60都设有谐振电容，以及一个集总谐振器，该集总谐振器与上述实施例中的集总谐振器工作原理一样，在此不再赘述。发射端谐振器50、中继线圈60和接收端谐振器70组成了双谐振电路，如图2所示。在接收端谐振器70利用带通滤波器将信号从能量中分离出来，接入信号负载160，以完成位于高压导线侧的采集单元和位于杆塔侧的汇集单元之间的信息传输；发射端谐振器50接入整流滤波模块80，用于将高压侧的工频交流电能传输到杆塔侧，以为功率负载150提供稳定不间断的直流电。

进一步地，多个中继线圈60均镶嵌于绝缘棒内部。

需要说明的是，所有中继线圈60均镶嵌于绝缘棒内部。

进一步地，整流滤波模块80连接有功率负载150。

需要说明的是，整流滤波模块80连接有功率负载150，能够将高压侧的工频交流电能传输到杆塔侧，以为功率负载150提供稳定不间断的直流电。

进一步地，整流滤波模块80与功率负载150之间连接有混合储能模块；混合储能模块包括连接于直流母线上的单向调压单元90和两个双向调压单元140，单向调压单元90连接功率负载150。

需要说明的是，为了实现功率负载150的高效且稳定的供电，在整流滤波模块80和功率负载150之间还连接有混合储能模块，该储能混合模块包括单向调压单元90和两个双向调压单元140，并且，单向调压单元90、两个双向调压单元140和负载均连于直流母线上。

进一步地，两个双向调压单元140分别连接超级电容110和蓄电池130。

需要说明的是，两个双向调压单元140中，一个连接有超级电容110，另一个连接有蓄电池130。

进一步地，混合储能模块还包括能量控制单元120，能量控制单元120连接两个双向调压单元140，并通过功率跟踪单元100连接单向调压单元90。

需要说明的是，混合储能模块还包括能量控制单元120，该能量控制单元120连接两个双向调压单元140，并连接有功率跟踪单元100，功率跟踪单元100连接有单向调压单元90。功率跟踪单元100通过控制单向调压模块来改变等效负载的阻抗，使得电能的输出功率达到最大。

参见图3，为本申请实施例提供的一种不间断无线供电装置的混合储能模块的工作流程图，以下将基于流程图，详细描述混合储能单元的工作流程：

当不间断无线供电装置输出的功率大于负载接收的功率，且超级电容110的电压高于预设的最低电压值时，功率跟踪单元100控制单向调压单元90给功率负载150提供最大能量；能量控制单元120控制连接超级电容110的双向调压单元140(即图示的双向调压单元1401)处于升压状态，调节其占空比以控制超级电容110恒流放电来满足负载的需求，该过程中连接蓄电池130的双向调压单元140(即图示的双向调压单元1402)处于关断状态。

当不间断无线供电装置输出的功率大于负载接收的功率时，且超级电容110的电压低于预设的最低电压值时，控制连接超级电容110的双向调压单元140工作于关断模式，停止工作；同时控制连接蓄电池130的双向调压单元140工作于升压状态，蓄电池130恒流放电，与电能传输单元一起对负载供电，控制连接超级电容110的双向调压单元140处于关断模式，停止对直流母线放电。

当不间断无线供电装置输出的功率小于负载接收的功率，且超级电容110的电压低于预设的最高电压值时，功率跟踪单元100控制单向调压单元90给负载提供最大能量；电能传输单元向负载供电，且该单元将输出的多余能量传递给超级电容110，控制超级电容110连接着的双向调压单元140工作于降压模式，通过调节占空比来控制超级电容110的充电电流恒定，该过程中控制蓄电池130连接着的双向调压单元140处于关断模式。

当不间断无线供电装置输出的功率小于负载接收的功率，且超级电容110的电压高于预设的最高电压值时，超级电容110已达到最大电压；此时功率跟踪单元100控制单向调压电路给负载提供最大能量，能量控制单元120控制蓄电池130连接着的双向调压单元140工作于降压状态，向蓄电池130恒流充电，恒流充放电模式符合蓄电池130的充放电特性。为了保证负载电压的稳定，该过程中控制超级电容110连接的双向调压单元140处于升压模式。

进一步地，接收端谐振器70连接有信号负载160。

需要说明的是，接收端谐振器70连接有信号负载160，在接收端谐振器70利用带通滤波器将信号从能量中分离出来，接入信号负载160，以完成位于高压导线侧的采集单元和位于杆塔侧的汇集单元之间的信息传输。

进一步地，发射端谐振器50包括发射线圈以及与发射线圈匹配的谐振电容。

需要说明的是，发射端谐振器50由一个发射线圈，与发射线圈匹配的谐振电容以及并联于该谐振电容上的集总电感和集总电容组成。

进一步地，接收端谐振器70包括接收线圈以及与接收线圈匹配的谐振电容。

需要说明的是，接收端谐振器70由一个接收线圈、与该接收线圈匹配的谐振电容以及并联于该谐振电容上的集总电感和集总电容。

本申请实施例通过在发射端谐振器50和接收端谐振器70均并联有集总谐振器，以实现能量与信号在同一通道上不同频率的传输。通过设置混合储能模块，以此实现不间断无线供电装置的无线供电，保证高压杆塔的无线供电系统能够高效、稳定以及安全的能量传输。

以上所述，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。