[發(fā)明專利]一種基于電場感應(yīng)的取能電源及取能方法

有效

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• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113328532B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉宏偉;李玉付;趙麗萍
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號: H02J50/05
• 分類號: H02J50/05;H02M7/04
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 畢翔宇

1.一種基于電場感應(yīng)的取能電源，其特征在于，所述取能電源包括取能電極、整流儲能模塊、取能電容、放電控制模塊、儲能電容和穩(wěn)壓模塊；

所述取能電極，用于在高壓輸電導(dǎo)線所產(chǎn)生的交變電場的作用下產(chǎn)生空間位移電流；所述取能電極包括內(nèi)電極層、外電極層和設(shè)置在所述內(nèi)電極層和所述外電極層之間的電介質(zhì)層，所述內(nèi)電極層和所述外電極層為具有相同對稱軸的曲面，所述內(nèi)電極層母線的曲率半徑與外電極層母線的曲率半徑相同；所述電介質(zhì)層填充有絕緣材料；所述電介質(zhì)層的厚度沿著所述高壓輸電導(dǎo)線延伸方向不完全相同；

所述電介質(zhì)層的厚度沿著所述高壓輸電導(dǎo)線延伸方向不完全相同包括：所述電介質(zhì)層在所述高壓輸電導(dǎo)線延伸方向上兩端的厚度大于中間的厚度；

所述整流儲能模塊，用于將所述空間位移電流整流成直流電流，并基于所述直流電流為所述取能電容充電；

所述放電控制模塊，用于在閾值電壓下將所述取能電容的電能存儲至所述儲能電容；所述閾值電壓基于所述放電控制模塊的結(jié)構(gòu)被確定，所述閾值電壓包括放電閾值電壓和充電閾值電壓；

所述穩(wěn)壓模塊，用于在所述儲能電容輸出的電壓處于穩(wěn)壓的狀態(tài)時，將所述儲能電容所儲存的電能提供給負載。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的取能電源，其特征在于，所述內(nèi)電極層套在所述高壓輸電導(dǎo)線上，所述內(nèi)電極層的一個連接端與所述高壓輸電導(dǎo)線連接，所述外電極層的一個連接端與所述整流儲能模塊的一個輸入端連接；

或者，所述外電極層懸置于所述高壓輸電導(dǎo)線之下，所述外電極層的一個連接端與所述高壓輸電導(dǎo)線連接，所述內(nèi)電極層的一個連接端與所述整流儲能模塊的一個輸入端連接；

或者，所述外電極層懸置于桿塔上，所述桿塔用于支撐所述高壓輸電導(dǎo)線，所述內(nèi)電極層的一個連接端與所述高壓輸電導(dǎo)線連接，所述外電極層的一個連接端與所述整流儲能模塊的一個輸入端連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的取能電源，其特征在于，所述放電控制模塊包括：開關(guān)驅(qū)動電路、第一開關(guān)器、平波電抗器以及續(xù)流二極管；

所述開關(guān)驅(qū)動電路，用于監(jiān)測所述取能電容的電壓，并根據(jù)監(jiān)測的所述取能電容的電壓產(chǎn)生控制所述第一開關(guān)器導(dǎo)通或者關(guān)斷的電平信號；

所述第一開關(guān)器，用于根據(jù)接收的所述開關(guān)驅(qū)動電路所產(chǎn)生的電平信號導(dǎo)通或者關(guān)斷；

所述平波電抗器，用于在所述第一開關(guān)器導(dǎo)通時，在對所述取能電容產(chǎn)生的直流電流進行濾波后，為所述儲能電容、所述穩(wěn)壓模塊和所述負載充電；

所述續(xù)流二極管，用于在所述第一開關(guān)器關(guān)斷時，為所述平波電抗器提供電流通路，以使所述儲能電容為所述穩(wěn)壓模塊和所述負載充電。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的取能電源，其特征在于，所述開關(guān)驅(qū)動電路在監(jiān)測到所述取能電容的電壓上升至所述放電閾值電壓時，產(chǎn)生控制所述第一開關(guān)器導(dǎo)通的高電平信號；并在監(jiān)測到所述取能電容的電壓下降至所述充電閾值電壓時，產(chǎn)生控制所述第一開關(guān)器關(guān)斷的低電平信號。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的取能電源，其特征在于，所述開關(guān)驅(qū)動電路包括：電壓采樣分壓電路、電容器、電壓滯回比較電路以及電壓倒向比例電路；

所述電壓采樣分壓電路，用于對監(jiān)測到的所述取能電容的電壓進行分壓，以得到第一分壓和第二分壓；所述第一分壓用于對所述電容器進行充電；

所述電容器，用于為所述電壓滯回比較電路和所述電壓倒向比例電路提供工作電能；

所述電壓滯回比較電路，用于基于所述電容器兩端的電壓確定電壓門限值，并根據(jù)所述第二分壓和所述電壓門限值的比較結(jié)果產(chǎn)生初始電平信號；所述電壓門限值包括電壓上門限值和電壓下門限值；

所述電壓倒向比例電路，用于獲取所述初始電平信號，并將所述初始電平信號反向，得到控制所述第一開關(guān)器導(dǎo)通或者關(guān)斷的電平信號。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的取能電源，其特征在于，所述電壓采樣分壓電路包括第一電阻、第二電阻和第三電阻；

所述閾值電壓基于所述放電控制模塊的結(jié)構(gòu)被確定包括：基于第一電阻、第二電阻、第三電阻、所述電壓上門限值和所述電壓下門限值，確定所述閾值電壓。