[發明專利]一種基于電場感應的取能電源及取能方法

有效

• 申請號: 202110778667.4
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113328532B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 劉宏偉;李玉付;趙麗萍
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 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所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 畢翔宇

本申請提供了一種基于電場感應的取能電源及取能方法，所述取能電源包括：取能電極，用于在高壓輸電導線所產生的交變電場的作用下產生空間位移電流；取能電極包括內電極層、外電極層和設置在內電極層和外電極層之間的電介質層；整流儲能模塊，用于將空間位移電流整流成直流電流，并基于直流電流為取能電容充電；放電控制模塊，用于在閾值電壓下將取能電容的電能存儲至所述儲能電容；閾值電壓基于放電控制模塊的結構被確定，閾值電壓包括放電閾值電壓和充電閾值電壓；穩壓模塊，用于在儲能電容輸出的電壓處于穩壓的狀態時，將儲能電容所儲存的電能提供給負載。該取能電源能提高取能電源的輸出功率，增強取能電源的帶負載能力，實現為負載連續供電。

技術領域

本申請涉及電力系統在線監測設備技術領域，尤其是涉及一種基于電場感應的取能電源及取能方法。

背景技術

在高壓輸電線路或桿塔上安裝的輸電線路在線監測裝置需要持續可靠的電能供電才可完成對輸電線路的監測，目前，現有的輸電線路在線監測裝置的供電方式主要為自主取能和傳輸取能。這里，自主取能的方法主要包括：電池供電、電流線圈供電、太陽能電池供電和電場感應取能供電等，由于電池供電、電流線圈供電和太陽能電池供電的方式具有受環境因素影響大、體積大及結構復雜等局限，難以滿足現場要求。而基于電場感應取能供電的電場感應取能電源憑借其受環境因素影響小、不需要蓄電池和壽命長等優點目前受到了研究界的普遍重視。

目前，基于電場感應取能電源包括依次級聯的取能模塊、整流儲能模塊、放電控制模塊和穩壓模塊(如圖1所示)。上述取能電源的取能模塊中所使用金屬感應極板與高壓輸電導線具有一定距離的平面型或者弧面型金屬感應極板，這種金屬感應極板與高壓導線之間的耦合電容較小，從而產生的位移電流較小。此外，儲能電容的放電導通閾值電壓和放電截止閾值電壓較低且難以控制，使取能電路的輸入電壓平均值較小，在位移電流一定時，使取能電路的輸入功率較低。

發明內容

有鑒于此，本申請的目的在于提供一種基于電場感應的取能電源，一方面，該取能電源的取能電極采用雙感應電極結構，縮短了兩個帶電導體的距離，以增大空間位移電流；另一方面，通過設計放電控制模塊中的開關驅動電路，確定放電閾值電壓和充電閾值電壓，以提高取能電容在充放電過程的平均功率，進而提高取能電源的輸出功率，增強取能電源的帶負載能力，實現為負載連續供電。

本申請實施例提供了一種基于電場感應的取能電源，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、儲能電容和穩壓模塊；

所述取能電極，用于在高壓輸電導線所產生的交變電場的作用下產生空間位移電流；所述取能電極包括內電極層、外電極層和設置在所述內電極層和所述外電極層之間的電介質層；所述電介質層填充有絕緣材料所述電介質層的厚度沿著所述高壓輸電導線延伸方向不完全相同；

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構被確定，所述閾值電壓包括放電閾值電壓和充電閾值電壓；

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

進一步的，所述電介質層的厚度沿著所述高壓輸電導線延伸方向不完全相同包括：所述電介質層在所述高壓輸電導線延伸方向上兩端的厚度大于中間的厚度。

進一步的，所述內電極層套在所述高壓輸電導線上，所述內電極層的一個連接端與所述高壓輸電導線連接，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線之下，所述外電極層的一個連接端與所述高壓輸電導線連接，所述內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；