[發明專利]一種面向架空線路的風驅式高效復合型自驅動系統

在審

• 申請號: 202210785394.0
• 申請日: 2022-07-04
• 公開（公告）號: CN115013240A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 馮運;王季宇;雍順;劉睿;朱柏宇;廖文龍;駱欣瑜;謝茜;張宗喜;馬小敏;周電波
• 申請（專利權）人: 國網四川省電力公司電力科學研究院;重慶大學
• 主分類號: F03D5/00
• 分類號: F03D5/00;F03D9/25;H02N1/04;H02K7/18;H02J7/14;H02J7/32;H02J7/34;H02J1/10
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

本發明涉及一種面向架空線路的風驅式高效復合型自驅動系統，屬于能源技術領域。該系統包括依次連接的：摩擦?電磁復合型風能采集器，用于自切換的兩檔式高效環境風能收集并轉換成電能；雙源能量管理電路，用于對摩擦?電磁復合型風能采集器的兩路交流輸出進行整流、濾波、降壓、儲能等管理；環境信號傳感器，作為自供能系統的負載用于采集所需的環境信號。本發明的摩擦納米發電機部分與電磁式發電機部分協同進行風能收集與轉換，其啟動風速更低、高效俘能的風速區間更寬。本發明能協同管理TENG和EMG的兩路電壓輸出，以實現分布式傳感器的自供能應用。

技術領域

本發明屬于能源技術領域，涉及一種面向架空線路的風驅式高效復合型自驅動系統。

背景技術

電力物聯網是物聯網在智能電網中的應用，通過將能源與信息有效整合以提高系統信息化水平，改善資源利用效率。架空線路作為電力網絡中的重要基礎設施，對其運行環境和安全情況擁有重要的監測需求。由于架空線路主要于田野、山巒等野外環境，與自然風力資源的分布十分契合，因此有望通過采集環境風能實現自驅動的信號感知與應用。由于風的能量與風速密切相關，因此可將環境風能大致分為微風與強風兩種。微風泛指風力等級3級及以下的環境風能。雖然微風的瞬時功率密度低，但其能量分布廣泛且持續時間長，在野外環境中可被長期觀測。相對的，強風的風速更快，其瞬時功率密度也更大，但出現頻率較低，供能存在不穩定性。目前，風能的收集與轉換主要采用電磁式發電機組，這種技術能集中式地高效率轉換強勁的風能，卻難以有效采集微風能量，使電磁式發電機難以滿足自供電系統長期供能的用電需求。近年來，摩擦納米發電機的迅速發展提供了一種高效率俘獲微風能量的有效方式，其優秀的低頻響應能很好的與電磁式發電機形成互補，因此有望通過兩者的復合實現寬風速區間的高效率風能收集與轉換，進而達到長時間高效且持續的風能采集與應用的目的。

基于此，本發明結合了摩擦納米發電機與電磁式發電機在啟動風速和高效俘能區間上的互補性，研制了用于多源能量輸入的高效能量管理電路，以此提出一種面向架空線路的風驅式高效復合型自驅動系統，用于持續、高效率地收集環境風能并轉化為電能，驅動微功耗傳感器工作。由于摩擦納米發電機與電磁式發電機在工作區間、輸出特性上的差別，兩部分電能無法直接通過串聯或并聯輸出。因此，本發明所述的自驅動系統還包含一種雙源能量管理電路，該電路能對兩路頻率、幅值均不同的交流電能進行調理并共同儲存于儲能元件中，再通過降壓電路輸出四種典型直流電壓以驅動傳感器工作。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種面向架空線路的風驅式高效復合型自驅動系統，以實現兩檔式的高效風能采集，并提供了一種基于LTC3588-1芯片的雙源能量管理電路，將收集與轉化的電能整流、儲存，再降壓為傳感器能直接使用的直流電能，實現分布式傳感器的自供能應用。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種面向架空線路的風驅式高效復合型自驅動系統，該系統包括依次連接的：

摩擦-電磁復合型風能采集器，用于自切換的兩檔式高效環境風能收集并轉換成電能；

雙源能量管理電路，用于對摩擦-電磁復合型風能采集器的兩路交流輸出進行整流、濾波、降壓、儲能等管理；

環境信號傳感器，作為自供能系統的負載用于采集所需的環境信號。

可選的，所述摩擦-電磁復合型風能采集器包含個雙檔位風力驅動模塊和復合式發電模塊；

所述雙檔位風力驅動模塊由兩個不同轉動半徑的風杯組成，兩個風杯之間垂直疊放并保持一定距離，使結構緊湊的同時確保風杯在旋轉中不發生摩擦與碰撞；

所述兩個風杯的杯體直徑均為6cm，旋轉半徑分別為6cm和9cm；其中，旋轉半徑9cm的風杯固定于一根細長實心軸的頂端，而旋轉半徑6cm的風杯則固定在一根空心軸的頂部；所述空心軸的內徑應不小于實心軸外徑，使實心軸能穿透空心軸內部空腔并通過絕緣軸承進行支撐和固定，以此形成兩個能各自獨立轉動的旋轉體；