基于架空线路绝缘地线耦合取能技术研究

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近年来,随着智能电网不断地发展,输电线路的输电电压等级不断地提高,需要对线路的安全性、实时性和稳定性需要更高的要求。输电线路上搭载的在线监控设备具有实时监测并准确反馈高压输电线路线路参数等功能。因此输电线路上搭载的监测设备越来越多,如何保证输电线路上的监测设备能源来源成为了影响智能电网的发展的重要因素。目前在线设备取能方式通常采用光伏电池板加蓄电池组合方式进行取能,这种取能方式的取能效率通常受天气因素影响以及有使用寿命较短等缺点,而传统的地线耦合取能又存在取能能力有限的问题,仅适用于高电压等级的输电线路线路上,针对以上问题,本文提出了基于磁耦合谐振原理的地线谐振耦合取能方式,次级绕组利用磁耦合谐振原理,有效的提高了取电能力。本文首先介绍了耦合取能基本原理,建立的单根绝缘地线耦合取能的等效电路模型,并分析了其单根绝缘地线耦合取能的局限性,在此基础上,本文分析了双绝缘地线耦合取能理论,建立的双绝缘地线耦合取能的等效电路模型,并推导了感应回路的特性参数。其次,本文为了提高耦合取能的能力,在传统地线耦合取能的基础上,借鉴麻省理工提出的磁耦合谐振理论,提出了基于磁耦合谐振理论的地线取能谐振器,并推导了基于磁耦合谐振理论的地线取能谐振器的场路耦合模型,同时利用Matlab和Comsol仿真软件进行了数值分析和场路耦合有限元分析,通过仿真结果证明了本文提出的地线取能谐振器相对于传统取能方式取能功率提高100W以上。此外,本文详细介绍了取能电路电源系统设计以及各部分的组成,并且针对线路上电流不稳定导致输出电压不稳定的问题,采用了设计恒压源系统方式来保证电压稳定输出最后进行现场实验测试,通过对实际现场的数据收集、整理并与理论数据的对比,分析理论值与实际值的差异,对产生差异的影响因素进行分析并提出了相应的解决办法,实验结果表明绝缘地线耦合取能技术使输电线路在线监测设备的取能方式摆脱传统取能方式。本文提出的基于磁耦合谐振理论的地线谐振耦合取能,可以有效的提高地线耦合取能的取电能力,并可实现持续稳定的取能,对提高在线监测类设备的工作稳定性和使用寿命具有较大的实用价值。
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