[發明專利]一種高壓電力線路監測中的磁共振式無線供電技術的磁場分析方法

有效

• 申請號: 201711086366.5
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107908846B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 周洪;蔣燕;高星冉;羅語婷;胡文山;陳誠;鄧其軍;張興豪
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;H02J50/12;G06Q50/06
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 趙麗影;代文成

1.一種高壓電力線路監測中的磁共振式無線供電技術的磁場分析方法，其特征在于：結合“倒數距離”的方法求得無線供電裝置周圍任意位置處的磁矢勢并結合AnsoftMaxwell有限元仿真軟件的仿真結果，對無線供電裝置周圍的磁場分布進行分析；仿真結果包括仿真軟件中的磁感應強度分布圖，諧振狀態下僅發射端工作線圈周圍磁感應強度分布圖，以及傳輸線圈工作在頻率點處的磁感應強度瞬時值分布圖；

以Rad，Theta，Height三個變量為坐標軸，建立柱坐標系，在柱坐標中；其中Rad為柱坐標系的正截面半徑方向，Theta為柱坐標系正截面上相對于零角度參考點的角度值，Height為柱坐標系兩個正截面之間的垂直距離；對于任意場點P(Rad1，Theta1，Height1)和任意源點Q(Rad2，Theta2，Height2)兩點之間距離的倒數，即“倒數距離”；

利用倒數距離結合Neumann加法定理和Lipshitz積分求得發射端磁場的分布并進行仿真計算及分析；

在利用“倒數距離”求出發射端磁場分布的基礎上，進行整體合成磁場的計算，包括確定工作頻率，計算交流磁場和設計計算程序來實現理論計算；

具體包括以下步驟；

步驟1、設計高壓電力線路在線監測終端無線供電裝置整體架構，搭建電力高壓線路在線監測終端無線供電裝置模塊設計模型；

步驟2、基于線圈結構為軸向等徑單層密繞線圈，建立圓柱坐標系進行發射端磁場的分布計算；

步驟3、在Ansoft Maxwell軟件中，采用與理論計算相同的參數，建立1：1尺寸的仿真模型，并在相同的電流激勵下，求得無線供電裝置周圍磁場分布；

步驟4、整體合成磁場的計算：出現頻率分裂現象時選取具有明顯判別特征的發射端最大發射功率處的頻率點，作為無線供電裝置的工作頻率點，就此工作頻率點狀態下的無線供電裝置的電磁場進行Ansoft Maxwell軟件仿真分析，并研究交流磁場的理論計算公式，公式如下：

發射線圈和接收線圈同時工作在無線供電裝置最大發射功率對應的頻率點f₀狀態下的磁矢勢為：A＝A₁+A₂；

其中，I_(λ,μ,ν)(R,r,|u|)為對應于徑向和軸向的磁感應強度表達式的貝塞爾拉普拉斯積分式；μ₀為真空磁導，R為線圈半徑，r即為磁場中任意一源點與場點之間的距離，線匝長度為2h,N為線圈匝數，為磁矢勢方向的單位向量，I₁、I₂分別為發射線圈和接收線圈的電流有效值，即電壓有效值U_S和電阻的比值；

步驟5、設計無線供電裝置周圍磁場、磁場感生電場計算的程序，對步驟2、3、4中的理論計算利用MATLAB編程完成；

步驟6、按算例的參數，搭建高壓線路在線監測終端無線供電裝置的實驗平臺，對上述磁場分布計算方法的準確性和有效性進行驗證。

2.如權利要求1所述的一種高壓電力線路監測中的磁共振式無線供電技術的磁場分析方法，其特征在于：

所述步驟5中的程序包括以下步驟：

步驟5.1，設置線圈的材質、繞制半徑、匝數、寬度以及傳輸距離參數；

步驟5.2，掃頻分析發射端電流，確定無線供電裝置工作頻率和對應的電流激勵，在柱坐標下確定磁場的求解范圍；

步驟5.3，根據z的取值范圍分別確定發射線圈和接收線圈的徑向和軸向的磁感應強度；

步驟5.4，將發射線圈和接收線圈各自徑向和軸向磁感應強度進行疊加，并繪制成三維圖，該三維圖的x、y坐標分別為場點的徑向和軸向的值，z坐標為場點處的磁感應強度。