[發(fā)明專利]一種高壓電力線路監(jiān)測(cè)中的磁共振式無(wú)線供電技術(shù)的磁場(chǎng)分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711086366.5
• 申請(qǐng)日: 2017-11-07
• 公開（公告）號(hào): CN107908846B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周洪;蔣燕;高星冉;羅語(yǔ)婷;胡文山;陳誠(chéng);鄧其軍;張興豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;H02J50/12;G06Q50/06
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 趙麗影;代文成

本發(fā)明公布了一種高壓電力線路監(jiān)測(cè)中的磁共振式無(wú)線供電技術(shù)的磁場(chǎng)分析方法。其包括設(shè)計(jì)高壓線路在線監(jiān)測(cè)終端無(wú)線供電裝置整體架構(gòu)、搭建高壓線路在線監(jiān)測(cè)終端無(wú)線供電裝置模塊、基于線圈結(jié)構(gòu)為軸向等徑單層密繞線圈，建立圓柱坐標(biāo)系進(jìn)行發(fā)射端磁場(chǎng)的分布計(jì)算、建立1：1尺寸的仿真模型求得無(wú)線供電裝置周圍磁場(chǎng)分布、整體合成磁場(chǎng)的計(jì)算、交流磁場(chǎng)的計(jì)算、搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證。與常規(guī)電磁計(jì)算仿真軟件Ansoft Maxwell相比較，本發(fā)明的計(jì)算方法求解速度快，且具有接近的計(jì)算精度。利用該方法，普通計(jì)算機(jī)便可進(jìn)行復(fù)雜的電磁計(jì)算，對(duì)高壓無(wú)線供電裝置及其電磁安全性的設(shè)計(jì)優(yōu)化具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線電能傳輸技術(shù)，具體涉及高壓電力線路監(jiān)測(cè)中的磁共振式無(wú)線供電的磁場(chǎng)分析方法。

背景技術(shù)

高壓電力輸送的目標(biāo)，旨在中遠(yuǎn)距離的輸電，通過遠(yuǎn)距離的系統(tǒng)之間的互聯(lián)，構(gòu)建聯(lián)合電力系統(tǒng)。為了節(jié)省耕地面積，多數(shù)的輸電線路都要經(jīng)受各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境的考驗(yàn)，電力巡線非常艱難。因此在高壓輸電線路上，大都采用了在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和帶電檢測(cè)技術(shù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)等多種復(fù)合技術(shù)組成的系統(tǒng)作為補(bǔ)充來代替人力對(duì)線路實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，以便及早發(fā)現(xiàn)事故隱患并及時(shí)予以排除，使其始終以良好的狀態(tài)運(yùn)行，為輸電線路提供可靠的運(yùn)行保障措施。

現(xiàn)有的文獻(xiàn)中，關(guān)于磁共振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的理論分析主要利用畢奧薩法爾定律及橢圓積分公式，求解單匝線圈在空間某點(diǎn)的磁場(chǎng)，在將多匝線圈等效成多個(gè)單匝線圈的疊加或者是采用Ansoft Maxwell、Ansoft HFSS、CST EM等電磁場(chǎng)有限元仿真軟件以及COMSOL Multiphysics多物理場(chǎng)耦合仿真軟件進(jìn)行仿真計(jì)算。對(duì)于有限元仿真，若要求較高的求解精度，則需要更精細(xì)的網(wǎng)格劃分，此時(shí)若求解區(qū)域較大，則會(huì)導(dǎo)致仿真時(shí)間較長(zhǎng)，甚至無(wú)法進(jìn)行仿真。

發(fā)明內(nèi)容

本文在上述研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合“倒數(shù)距離”的方法求得無(wú)線供電裝置周圍任意位置處的磁矢勢(shì)，從而求得裝置周圍磁場(chǎng)及其感生電場(chǎng)的解析解，并結(jié)合Ansoft Maxwell有限元仿真軟件的仿真結(jié)果，對(duì)裝置周圍的磁場(chǎng)分布進(jìn)行分析，此外還將傳輸線圈的電勢(shì)差引起的電場(chǎng)考慮進(jìn)來，對(duì)無(wú)線供電裝置周圍電磁場(chǎng)分布的進(jìn)行整體分析,從而為高壓環(huán)境下無(wú)線供電裝置的可行性分析提供理論基礎(chǔ)，具有較高的精確度和較快的求解速度。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種高壓電力線路監(jiān)測(cè)中的磁共振式無(wú)線供電技術(shù)的磁場(chǎng)分析方法，結(jié)合“倒數(shù)距離”的方法求得無(wú)線供電裝置周圍任意位置處的磁矢勢(shì)并結(jié)合Ansoft Maxwell有限元仿真軟件的仿真結(jié)果，對(duì)裝置周圍的磁場(chǎng)分布進(jìn)行分析；仿真結(jié)果包括仿真軟件中的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖，諧振狀態(tài)下僅發(fā)射端工作線圈周圍磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖，以及傳輸線圈工作在頻率點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度瞬時(shí)值分布圖。

利用“倒數(shù)距離”結(jié)合Neumann加法定理和Lipshitz積分求得發(fā)射端磁場(chǎng)的分布計(jì)算并進(jìn)行仿真計(jì)算及分析。

在利用“倒數(shù)距離”求出發(fā)射端磁場(chǎng)分布的基礎(chǔ)上，進(jìn)行整體合成磁場(chǎng)的計(jì)算，其中包括確定工作頻率，計(jì)算交流磁場(chǎng)，和設(shè)計(jì)計(jì)算程序來實(shí)現(xiàn)理論計(jì)算。

具體包括以下步驟；

步驟1、設(shè)計(jì)高壓線路在線監(jiān)測(cè)終端無(wú)線供電裝置整體架構(gòu)，搭建高壓線路在線監(jiān)測(cè)終端無(wú)線供電裝置模塊設(shè)計(jì)模型；

步驟2、基于線圈結(jié)構(gòu)為軸向等徑單層密繞線圈，建立圓柱坐標(biāo)系進(jìn)行發(fā)射端磁場(chǎng)的分布計(jì)算；

步驟3、在Ansoft Maxwell軟件中，采用相同的參數(shù)，對(duì)比Ansoft Maxwell電磁場(chǎng)有限元軟件，建立1：1尺寸的仿真模型，并在相同的電流激勵(lì)下，求得無(wú)線供電裝置周圍磁場(chǎng)分布；