”基于磁共振式无线供电技术的输配电线路在线监测系统“可研报告

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1、申请编号国家电网公司科学技术项目可行性研究报告项目名称：基于磁共振式无线供电技术的输/配电线路在线监测系统的研究与开发申请单位：武汉大学起止时间：2016.XX－2018.XX项目负责人：周洪联系电话：13507134014通信地址：武汉大学工学部主教1106室申请日期：2016年4月日目录一、绪论11.1输/配电线路监测系统的发展概况11.2无线供电技术在电力系统中应用意义11.3系统电源设计拟采用的技术2二、国内外研究现状42.1国外研究现状42.2国内研究现状52.3本单位研究现状5三、项目建设方案与功能规范93.1总体组成与技术架构93.1.1系统设计开发原则93.1.2系统建设目标9

2、3.1.3系统总体架构103.2系统组成与功能规范133.2.1系统功能133.2.2各部分组成及实现原理153.3系统关键技术263.3.1稳定的高频高效大功率交流电源技术263.3.2降低场所内电磁串扰技术263.3.3提升能量传输效率技术26四、项目技术路线与技术指标要求274.1系统建设技术路线274.1.1电能发射与拾取机构274.1.2高频电源装置304.1.3接收端整流稳压装置334.1.4工程示范系统试制354.2平台软硬件开发思路、工具与方法364.2.1软硬件协同设计的系统架构364.2.2软硬件协同设计流程384.2.3开发工具394.3技术指标要求404.3.1高频电源

3、装置参数404.3.2高频电能发射装置参数404.3.3高频电能接收装置参数414.3.4运行指标414.3.5电磁兼容试验要求414.3.6可靠性指标42五、项目申请单位具备的研究基础和条件43一、一、绪论1.1输/配电线路监测系统的发展概况输/配电线路中能源消耗的安全性对于高压输电工程十分重要。输/配电线路的可靠性及运行情况直接决定着整个高压输电系统的稳定和安全，特别是在大电网的线路输电过程中，非正常消耗将给国家带来巨大的经济损失和能源浪费。因此在高压输电线路上大都采用了绝缘子污秽监测、雷电监测、环境监测、导线微风振动监测等在线监测技术，对输电线路的绝缘子串、金具、导线弧垂、地线、塔身、塔

4、基及对面杆塔等进行全方位无盲点监视，以便及早发现事故隐患并及时予以排除，使其始终以良好的状态运行。然而，稳定可靠的高品质电源成为了限制高压输/配线路的监测设备的瓶颈因素。一方面，设备自身的正常工作需要一定的电能供应；另一方面，在恶劣的气候下，为保证监测身背的正常运转，往往也需要对设备进行加热保温等处理。这些都需要充足可靠的电能供应。目前，这些设备的供电多采用风电、太阳能电池板等方式。由于高压输电旨在中远距离的输电，实现远距离的电力系统互联，建成联合电力系统，因此多数的输电线路都要途经荒漠、深山老林等人迹罕至的地区，经受风、雨、雪、雾、冰、雷、工业污染等各种恶劣的运行环境的考验。而目前使用的风电

5、、太阳能供电方式受天气影响的程度大，可靠性低、稳定性差。如南方多阴雨、冬季日光不足时，系统将无法用于输电线路监测仪器的电源供电，而且这些设备本身就需要定期的人工维护，又加大了系统的维护成本。这种情况下，导致此类监测仪器的取电成为难题。另一方面，高压线路上有着取之不尽用之不竭的电能，这就与监测终端的电能紧缺形成了一个突出的矛盾。若能利用某种方式方便地将高质量电能从高压线路取出，并在不破坏线路绝缘性的条件下传输到绝缘子另一侧的监测装置上，将会使上述问题迎刃而解，为高压输/配电线路提供充足的能源供应，从而也能保证智能电网的高效运行。1.2无线供电技术在电力系统中应用意义49为解决上述问题，武汉大学周

6、洪教授团队从电网发展的实际需求出发，结合国际前沿的无线输电技术，提出了无线供电技术在电力系统中的发展思路。其基本思路为，首先从高压输电线路上通过高压取电装置取得直流电，再通过无线能量发送装置通过磁场以无线的方式将能量发送出去，位于杆塔上的无线能量接收装置接收发送过来的能量，转化为电能，再给高压输电线路自动化监控终端装置供电。这种方式安全可靠，不破坏线路绝缘性，且无线能量传输设备比较轻便，易于安装，是很适合给监控终端装置供电的方式。基于无线供电技术的输/配电线路在线监测装置包括四个部分：高压取电装置、电能发射装置、电能接收装置、在线监测装置，具体工作流程如图1所示：图1基于无线供电技术的输/配电

7、线路在线监测装置系统结构图高压取电装置通过互感取电的方式从高压线路获取工频交流电，为整个系统的工作提供电能来源；电能发射装置首先将高压取电装置提供的工频交流电转化为稳定的直流电能，再通过逆变装置转化为高频交流电，激发发射天线将电能以磁场能的状态发射出去；电能接收装置从周围磁场中拾取能量，并经处理后以稳定的直流电能为后续设备进行供电；在线监测装置主要以工业摄像装置及相关传感器以及通信设备构成，用以监