无线输电系统范文

无线输电系统范文（精选10篇）

无线输电系统 第1篇

锁相环是频率合成技术的基础,是建立在相位负反馈基础之上的闭环控制系统,锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。ADI公司的ADF4360系列芯片是一款性价比很高的内部集成VCO的锁相芯片,外接环路滤波器即可构成一个性能稳定的频率合成器。

使用单片集成的功率放大器芯片来设计驱动级功率放大器可以省去阻抗匹配环节,简化放大器的设计[2]。ERA-5SM与ADL-5606分别是Mini-Circuits公司与ADI公司的单片集成功率放大器芯片,结合这两款芯片在2.45 GHz可以得到30.2 d Bm的P1d B输出。

1 原理与设计

1.1 频率合成器电路、参数设计

在微波无线输电接收端是微带整流天线,而微带天线的相对带宽较窄,所以在发射端需要一个稳定的振荡源。ADF4360-0可以产生性能稳定的、噪声较低的微波信号。在设计中使用软件ADIsimpll、Altium Designer及IAR Systems进行电路设计、仿真及程序烧写的工作。

1.1.1 ADF4360_0芯片原理及特性简介

锁相频率合成的基本方法是:锁相环路对参考振荡器锁定,环内串接可编程的程序分频器,通过编程改变程序分频器的分频比N,进而得到N倍参考频率的稳定输出[3]。其基本的原理框图如图1所示。

锁相环可用来实现输出和输入两个信号之间的相位同步。ADF4360-0是一款高集成度N个合成器集成VCO芯片,主要由数字鉴相器、电荷泵、R分频器、A/B计数器及双模前置P/P+1分频器等组成,输出频率范围为2 400 MHz~2 725 MHz,并可选择二分频,输出信号的功率可控制范围为-13 d Bm~-6 d Bm,鉴相器对R计数器与N计数器的输出信号进行相位比较,得到一个误差电压。14 bit可编程参考R分频器对外部晶振分频后得到参考频率。该器件可以通过可编程6位A计数器、13位B计数器及双模前置分频器(P/P+1)来共同完成主分频比N(N=BP+A)。因此,设计时只需外加环路滤波器,并选择合适的参考值,即可获得稳定的频率输出,其输出频率为:

式中,R和N分别为参考分频器和主分频器的分频比,f0、fVCO为输出频率,fi为参考频率,它可由高稳定度晶体振荡器提供。而其鉴相频率fr为:

输出频率与参考频率之间的关系为:

1.1.2 鉴相频率与环路带宽的确定

在设计电路之前需要确定鉴相频率与环路滤波电路的带宽,这两个参数影响频率合成器抑制噪声与杂散的性能。

鉴相频率越高,频率合成器的分频数就越低,则带内相位噪声就越少,但是可选的频点也就越少。开环带宽的选择需要在杂散程度与锁定时间之间进行取舍。在较小的回路带宽情况下,杂散也较小,但是锁定时间较慢。在较大的回路带宽情况下,锁定时间较快但杂散较高[4]。实际应用中环路的带宽选择为小于等于鉴相频率的10%,系统总相噪公式为:

其中,PNtotal为系统总相噪,PLsysth为频率合成器自身相噪,10log Fped为与鉴相频率有关的噪声增量,20log N是一个与主分频N有关的噪声增量[5]。由于设计中不需要多快的锁定时间,故环路带宽选择20 k Hz,鉴相频率选择1 MHz,据芯片资料及公式计算后得到电路总相位噪声为-132.9 d Bc/Hz@1 k Hz。

1.2 功率放大器设计

本文设计的驱动级功率放大器设计指标为:频率2.45 GHz,增益36 d B,输入功率-6 d Bm,输出功率30 d Bm,输入输出驻波比≤2.0。

由于单个功放芯片在2.45 GHz的频率上很难直接有36 d B的增益,所以需要联合使用两片功放芯片,以达到本文中的增益及输出功率的要求。在设计中使用ADS2009进行原理图仿真及Altium Designer进行PCB版图设计[6]。

ERA-5SM是Mini-Circuits公司的功放芯片,采用四引脚贴片式封装,工作频率区间为DC~4 GHz,在2.45 GHz时的典型增益为16 d B,P1d B为18.4 d Bm,电压驻波比为1:1.3,最大电流120 m A。

ADL5606是ADI公司生产的16引脚LFCSP封装的单片集成功放芯片,工作频率为1.8 GHz~2.7 GHz,单电源5 V供电,典型工作电流362 m A,增益23.8 d B,P1d B为30.7 d Bm。

2 实验

2.1 频率合成器部分

2.1.1 频率合成器电路设计

环路滤波器选择无源三阶滤波器(2R3C形式),使用ADI公司提供的ADIsimpll确定滤波器2R3C的参数。选择芯片类型ADF4360-0,确定输出频率(2.45 GHz)与鉴相频率(1 MHz),选择环路滤波器类型(2R3C)及带宽(20k Hz)后进行仿真。电路图如图2所示,仿真计算后得到环路滤波器参数各电阻、电容值为C1=680 p F,C2=10 n FC3=330 p F,R1=2.4 kΩ,R2=5.1 kΩ。

ADIsimpll仿真后可以得到频域、时域曲线图,仿真结果表明时间t>100μs后输出频率稳定在2.45 GHz,t>200μs后相位误差为零。

ADF4360-0外部晶振选用高稳定度有源晶振,为芯片提供10 MHz的参考频率,晶振应接在芯片的参考时钟输入引脚CLK_ref。由单片机控制芯片锁存器,三个引脚分别为LE、Data及Clock。

2.1.2 控制软件设计

控制芯片选用MSP430低功耗单片机,三个I/O口接ADF4360-0的LE、Data及Clock三个引脚。ADF4360-0芯片的MUXOUT引脚为锁定检测端,通过对C寄存器的DB5、DB6、DB7三位编程。设计中设定MUXOUT在C寄存器中的控制位为“001”,锁相后该引脚输出高电平,LED灯被点亮,判定锁相。

对ADF4360_0芯片寄存器赋值顺序为R-C-N。C和N寄存器的赋值间隔应大于5 ms。根据所设置的参数与芯片数据手册,得到寄存器数据如表1所示。

使用固纬频谱分析仪GSP-827对本文设计的频率合成器进行测试,将其输出接口通过一个40 d B的同轴衰减器经转换接头接入频谱仪测量接口,由测量曲线图可知,此频率合成器实现了2.45 GHz的射频信号输出,经过40 d B衰减后电压幅度达到了77.0 d Bu V左右,即合成器的输出功率达到-9 d Bm左右,相位噪声及其他参数均达到了设计要求。

2.2 功率放大器仿真设计

安捷伦公司的ADS2009是微波/通信/射频/IC设计辅助工具,此软件极大地缩短了产品设计周期。在仿真原理图中,ADS没有集成ERA-5SM及ADL5606的原理图库模型,只能使用两种芯片的S2P文件,此文件在生产芯片厂家的官方网址上提供下载。

利用ADS的HB仿真控件在频率段1 GHz~3 GHz对电路进行扫描仿真。其中,SNP1与SNP2分别为ERA-5SM及ADL5606的S2P模型,C1与C7为隔直电容。设置S参数仿真控件扫描频率为1 GHz~3 GHz,步长10 MHz,调节C8与C10电容值大小,最后优化所得的功率-频率曲线如图3所示。此时C8为3.9 p F,C10为1.3 p F。

由仿真图3可知,2.45 GHz信号经过功率放大器后所得功率为30.711 d Bm,符合本文的功放设计要求。

由于Altium Designer设计PCB要比ADS方便,并且此功放电路含有S2P文件,没有办法在ADS中进行layou与原理图联合仿真,所以在AD10中设计PCB再生成dwg文件导入ADS中进行完善,其PCB版图如图4所示。

2.3 系统测试

将频率合成器与功率放大器电路连接,将矩形喇叭天线接入功率放大器的输出端,由于使用的GSP-827频谱仪的测量上限远小于30 d Bm,故在天线与功放之间加入两个40 d B的同轴衰减器。将标准环形天线接入频谱仪的测量端,使用环形天线在距离喇叭天线20 cm左右的距离检测信号强度是95 d Buv即-12 d Bm左右,换算后可知,在距离发射天线20 cm处检测到了28 d Bm左右的微波信号。基于此功率,设计了一款矩形微带整流天线,即可构成一套小功率的微波输电系统。测试中得到了最高4.22 V、8.2 m A的直流电平。如果整流天线做成天线阵列,将会获得更多的功率输出,这也是将来的研究工作。

本文介绍了一个用于微波输电系统的发射端设计,其中发射端包含利用ADF4360-0设计的2.45 GHz微波振荡源,利用ADL5606与ERA-5SM设计的1 W驱动级功率放大器,一个标准增益矩形喇叭天线。利用标准环形天线、同轴衰减器及频谱仪进行了验证测试,所得结果均达到了设计要求;同时利用矩形微带整流天线,成功接收并整流微波信号,获得了最大4.22 V、8.2 m A的直流电平。在此后的工作中将设计微带整流天线阵列提高接收功率,并且在此基础上研究微波输电的效率及其安全性。

摘要：介绍了一种小功率(1 W)、2.45 GHz微波无线输电系统的发射端设计。直流电平经过锁相频率合成芯片ADF4360-0转换为S波段的2.45 GHz微波信号,ADF4360-0的寄存器配置由MSP430控制;2.45 GHz微波信号经过由功放芯片ERA-5SM及ADL5606组成的驱动级功率放大器将功率放大到1 W,加上喇叭天线即组成了小功率微波输电系统的发射端。利用矩形微带整流天线接收并整流微波信号,整流后的直流电平供给负载,便形成了完整的微波无线输电系统。详细分析了设计参数与方法,并进行了仿真及验证试验。

关键词：锁相频率合成器,功率放大器,ADF4360-0,ADL5606

参考文献

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[3]秦娜,周胜源.射频锁相频率合成器的设计与仿真[J].电子设计工程,2011,19(8):97-99.

[4]王宇舟.三阶锁相环环路滤波器参数设计[J].电讯技术,2008,48(9):51-55.

[5]李慧芳,戴志平,李嵩斌.低相噪频率合成器中环路滤波器仿真研究[J].空军雷达学院学报,2010,24(6):432-434.

神奇的无线输电技术 第2篇

新系统的问世，利用了物理学上的低频电磁波共振原理：当两个物体拥有同样的共振频率时，就会同时产生振动，进行能量交换；而当使用某个特定频率时，共振频率能源的效率会更高。这就像当一位歌唱演员唱歌时的音调，与我们敲击玻璃杯的音调振幅相同时，玻璃会有效吸收歌手音调的能量而破碎一样。

系统的运作方式是：用两个磁线圈，将第一个线圈放置在家用电源的接线盒内，而后嵌入墙壁或房顶，第二个线圈安装在电视机或电脑等装置内。这样，电磁波就会在两个线圈之间传递能量，其中第一个线圈负责辐射能量，第二个线圈负责接收能量。

这项新技术的发明者是美国麻省理工学院物理学家马林·绍利亚契奇。曾经一连三个晚上，他都被电池电量不足的滴滴声吵醒，于是想到，为什么墙里的电不能直接给我的手机充电呢？于是，他开始研究这个问题，并逐步创立了一种可以通过“无线电能传输技术”利用电磁能的新理论。按此理论，只要让电磁能发射器同接收设备在相同频率上产生共振，它们之间就可以进行能量互换。他们做了这样一个实验：利用两个直径60厘米的铜丝感应线圈充当共振器，一个与电源相连，作为传导器；另一个与台灯相连，充当接收器。结果，他们成功地把一盏距发射器2.13米远的60瓦电灯点亮。

目前，影響这一技术商品化的因素之一，是人们对其安全性的担心。研究小组认为，安全问题无需担心，因为这里利用的是波长为30米的低频电磁波，它只对能与之产生共振的物品有影响，而诸如桌子、毛毯、人体等因为不具有磁性，不会产生共振，所以没有影响。为了印证这种说法，无线电力公司的首席执行官最近在一次环球会上现身说法，他一边绕过一台使用无线供电系统的电视机，一边说道：“没事儿，我很好。”新技术的安全性也获得伦敦物理研究所的证实。

无线输电系统 第3篇

磁耦合谐振式无线输电技术是目前无线输电技术［１］领域的研究热点,其以电磁场作为传输媒介,利用电磁场的近场理论,使发射线圈和接收线圈高度谐振,从而实现能量的高效传输［２］,且传输效率受障碍物影响不大［３－４］,电磁辐射也较微波方式小很多。研究发现,使用超材料可提高WPT (WirelessPower Transmission,无线能量传输)系统的传输效率,原因是超材料可改善系统谐振线圈的阻抗特性,增强2个谐振线圈的耦合［５］。随着研究的不断深入,专家学者相继开发了大功率无线电能传输装置,如利用磁耦合谐振技术对电动汽车、无尾家电、手机等进行无线充电［６－１０］。目前磁耦合谐振式无线输电系统实验采用的发射线圈和接收线圈结构完全相同,以保证较高的传输效率,但在实际应用中,发射装置和接收装置很难达到完全对称,如煤矿井下密闭空间内,线圈尺寸受限,特别是在防爆壳中的接收线圈尺寸要求很小,因此有必要对不对称情况下的系统性能进行研究并进行优化。

本文针对发射线圈大、接收线圈小的不对称磁耦合谐振式无线输电系统进行研究,通过在发射线圈和接收线圈间增加中继线圈的方法提高系统传输效率,并通过理论计算和仿真找到中继线圈的最佳位置和最佳尺寸,使系统达到较高的传输效率。

1 理论分析

1.1 系统原理及结构分析

图1 为不对称磁耦合谐振式无线输电系统结构,发射线圈比接收线圈尺寸大。UＳ为系统等效电压源,RＳ为电压源内阻,RＬ为负载电阻。

由于发射线圈和接收线圈尺寸不同,系统传输效率会比相同尺寸时小。本文提出在发射线圈和接收线圈间增加一个中继线圈,对源级电流进行放大,进而提高传输效率。加入中继线圈的磁耦合谐振式无线输电系统结构和等效电路如图2所示。发射端和接收端均采用串联结构。M１２为发射线圈和中继线圈的互感系数;M２３为中继线圈和接收线圈的互感系数;发射线圈和接收线圈的互感系数相对于M１２和M２３来说很小,可忽略不计;R１,R２,R３分别为发射线圈、中继线圈和接收线圈的等效内阻;C１,C２,C３分别为3个线圈的外接电容;L１,L２,L３分别为3个线圈的自感。

线圈的等效内阻为

式中:ω 为系统角频率;μ０为真空磁导率;σ 为铜的电导率;l为线圈长度;r为铜线半径。

发射线圈、中继线圈、接收线圈等效阻抗分别为

根据基尔霍夫定律,可得到以下方程:

式中:i１,i２,i３分别为发射线圈、中继线圈和接收线圈电流。

系统工作在谐振状态下,满足式(8)—式(10):

可求得发射线圈、中继线圈和接收线圈的电流分别为

1.2 互感分析

互感系数由线圈的几何形状、尺寸、匝数以及线圈间的相对位置决定［１１－１５］。设发射线圈、中继线圈、接收线圈的半径分别为a,b,c,发射线圈与接收线圈的间距为D,发射线圈与中继线圈的间距为d,则中继线圈与接收线圈的间距为D-d。发射线圈与中继线圈间的互感为

式中:θ为发射线圈和接收线圈各自所取增量的方向向量间的夹角。

中继线圈与接收线圈间的互感为

1.3 最大功率与传输效率分析

当ω=ω０(ω０为系统共振时的角频率)时,接收线圈电流为

当满足式(19)时,接收线圈电流如式(20)所示。

当M２２３(R１+RＳ)=M２２２(R３+RＬ)时,等式成立,即接收线圈最大电流为

接收线圈最大功率为

传输效率为

2 系统仿真分析

2.1 加入中继线圈的仿真分析

仿真参数设置:发射线圈半径a=30cm,接收线圈半径c=10cm,匝距p０=2cm,发射线圈和接收线圈的匝数N=8匝,所有铜线半径r=3mm,谐振线圈的谐振频率为10.6 MHz,激励源频率f０=10.6 MHz,发射线圈与接收线圈间距D=1m。

首先设置中继线圈的半径b=30cm,D固定不变,改变发射线圈与中继线圈的间距d,得到系统传输效率η与d之间的关系曲线,如图3所示。

从图3可看出,当发射线圈与中继线圈的间距d较小时,系统传输效率较高,即此时系统传输效率对d的变化不敏感;当d较大时,系统传输效率急剧下降。鉴此,本文采用发射线圈和中继线圈同轴同平面的空间结构,如图4所示。该结构不仅能提高系统传输效率,而且在很大程度上节省了空间尺寸,更有利于实际应用。

发射线圈和中继线圈同轴同平面的空间结构相当于式(15)和式(17)中的d=0,此时改变中继线圈的半径b,分析b对系统传输效率的影响,结果如图5所示。

中继线圈半径b=0.3m,即中继线圈与发射线圈半径相同的情况不存在,所以不讨论该种情况。从图5可看出,中继线圈半径b<0.5 m时,随着b增大,传输效率不断增大;b>0.5m时,随着b不断增大,传输效率基本不变。可见在发射线圈和中继线圈同轴同平面的条件下,b=0.5m时可达到较高的传输效率。

固定中继线圈半径b=0.5m,在发射线圈和中继线圈同轴同平面的条件下,观察和分析中继线圈匝数N′对系统传输效率的影响,结果如图6所示。

从图6可看出,中继线圈匝数越多,系统传输效率越大。但线圈匝数过多会影响系统的方便性,不利于实际应用。本文中系统中继线圈选为8匝,使系统既能达到较高的传输效率,又不会体积过大。

2.2增加发射线圈匝数与插入中继线圈的方法比较

通过研究和查阅资料发现,增加发射线圈匝数能够提高系统传输效率。为了比较该方法与插入中继线圈方法的性能,在与前文相同的系统中只增加发射线圈匝数而不插入中继线圈,得到系统传输效率η与发射线圈匝数N的关系,如图7所示。

从图7可看出,增加发射线圈匝数能够提高系统传输效率,但与插入中继线圈的方法相比,传输效率仍较小,且发射线圈匝数过多会使系统体积过大,影响其方便性。

为了更直观地比较2种方法的优缺点,以频率为变量,观察2种系统模型的传输效率随频率f的变化规律。设置中继线圈半径为0.5 m,匝数为8匝,与发射线圈同轴同平面;在增加发射线圈的系统模型中,设置发射线圈匝数为16匝,其余参数设置与2.1中相同。仿真结果如图8所示。

从图8可看出,与增加发射线圈匝数的方法相比,插入与发射线圈同轴同平面的中继线圈的方法大大提高了系统传输效率,且体积更小,更有利于实际应用。

3 实验验证

为了验证理论和仿真分析的正确性,搭建了不对称磁耦合谐振式无线输电系统实验模型。系统实验仪器主要包括发射线圈、中继线圈、接收线圈、电路板、信号发生器、功率放大器、示波器、频谱分析仪、功率计、矢量网络分析仪、阻抗分析仪等。发射线圈、接收线圈半径分别为a=30cm,c=10cm,匝距p０=2cm,匝数N=8匝,所有铜线半径r=3mm,激励源频率f０=10.6 MHz,发射线圈与接收线圈间距D=1m。发射线圈、接收线圈与电容构成LC串联谐振电路,使线圈谐振发生在10.6 MHz附近。图9为插入与发射线圈同轴同平面的中继线圈的结构模型。

利用信号发生器产生10.6 MHz正弦波信号,经R&SBBA100功率放大器放大后加载到源线圈。为消除源线圈对输入能量的反射,事先将源线圈接到矢量R&S ZNB网络分析仪上进行端口特性测试,得到源线圈的S参数和反射系数,由此得到输入功率。将负载线圈连接功率计,通过功率计测量输出功率。输出功率与输入功率的比值即系统传输效率。图10为实验测量值与仿真值对比。

从图10可看出,仿真与实验数据基本吻合,且与理论分析结果一致,证明仿真结论是可靠的,在不对称磁耦合谐振式无线输电系统中,插入与发射线圈同轴同平面的中继线圈的方法能够提高系统传输效率。

4 结语

通过对发射线圈大、接收线圈小的不对称磁耦合谐振式无线输电系统进行分析,提出在系统中加入中继线圈来提高其传输效率。利用等效电路理论分析中继线圈的位置、尺寸以及匝数等因素对系统传输效率的影响,并将其与增加发射线圈匝数的方法进行比较,得到以下结论:

(1)当中继线圈距离发射线圈较近时,系统传输效率较高;距离变远时,系统传输效率急剧下降。提出的中继线圈与发射线圈同轴同平面的结构不仅提高了系统传输效率,而且在很大程度上节省了空间尺寸,更利于实际应用。

输电线路接地系统的改进 第4篇

根据2005年的统计，江西省220千伏线路平均跳闸率为2.18次/百公里*年,与当时全国平均跳闸率（0.66次/百公里*年）相比，存在较大差距。在众多引起输电线路跳闸原因中，雷击跳闸占比重最大。降低雷击跳闸率一般措施是增加绝缘子片数、加大空气绝缘间隙、架设避雷线，包括目前广泛采用的侧向负角避雷针等其他防雷措施。对于220kV及以下电压等级输电线路而言大部分雷击跳闸都是由于反击引起的，其中一个主要的原因接地电阻值太高。因此只有一个良好的接地系统，才可保证使雷电流迅速消泄，不致造成雷电荷堆积，引起高电位对导线放电，并建立稳定的电弧，发生跳闸事故。

2 国内外研究水平及动向分析

国外目前在高雷暴日地区接地网的布置形式与国内差不多。但其使用的材料（包括水平和垂直接地体）大部为铜包钢，铜制电解离子棒等，由于其投资太大，国内很少采用，不太适合国情。

国内目前一般地区降低接地电阻的措施主要是延长接地射线，高雷暴日地区多辅以降阻剂、接地模块等。但延长接地射线对降低冲击电流影响有限；降阻剂虽然增加的投资有限，可一般会对接地体造成腐蚀；接地模块投资较大。因此，如何改善接地形式，在使用降阻剂的同时又避免其腐蚀性，就是本文的研究目的。

3高土壤电阻率地区，采用防腐镀锌圆钢加降阻剂

降低土壤电阻率和增加接地体与土壤接触的有效面积是改善杆塔接地电阻值的两种有效方法。降阻剂由于其投资较低，而降阻效果非常好，在工程中得到了广泛的使用。但是，导电率高的非金属化学物质总是存在活泼性和稳定性的问题，降阻剂也不例外。正是这一特性使其产生了一个致命的缺陷，由于其必须具备良好的导电性，其成分中自然含有电导率小的酸性或碱性电解质。被降阻剂长期包裹着的铁质的接地钢筋必然会受到其不同程度的腐蚀，这大大的降低了接地网的使用寿命。生产厂家都为降低降阻剂的腐蚀性做了很大的努力，但效果甚微。

既然降阻剂对接地体的腐蚀性难以控制，反之我们为什么不可以考虑如何增强接地体的抗腐蚀性。如国外常用的铜材或铜包钢等，这些材料肯定抗腐蚀性会很好，但投资较高，且被盗的几率大为增加。锌，是一种化学性非常稳定的且具有很好的导电性的金属，作为钢材的防腐材料已被广泛使用在各个领域。各种型号的镀锌钢筋是市场上的成熟产品，价格也较便宜。以往镀锌钢材的耐腐蚀性多体现在空气和水中，特别是其用在降阻剂中的耐腐蚀性如何，还不得而知。但是从理论上可以肯定锌质材料在酸碱质中的稳定性要大大强于铁质材料。这也正是我们开展本文的理论依据。

4 试验结果

经与赣州供电公司协商，选择万安至潭东220千伏线路158号塔位，其竣工验收时的接地电阻为43欧。

图1和图2分别为未镀锌圆钢和镀锌圆钢加降阻剂两年后的观测照片。

图1 未镀锌圆钢加降阻剂两年后的情况

图2 镀锌圆钢加降阻剂两年后的情况

5 结论及建议

该试验项目经过两年零四个月的运行接地电阻仍然非常低；镀锌接地体的铁质金属未见腐蚀，镀锌层只有轻微腐蚀。从两年多的运行时间看效果是相当好的。

建议：一、赣州供电公司继续按原实验方案要求的频次继续观察记录。

二、鉴于该接地方案较原方案增加的投资非常有限（仅增加镀锌的费用），完全可以在高土壤电阻率的地区逐步推广。

参考文献：

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[5] 王洪泽，杨丹，王梦云．电力系统接地技术手册[M]．北京：中国水利水电出版社，2007

无线输电系统 第5篇

1.高压输电线路在线监控系统设计

1.1系统架构

无线传感系统的应用, 主要包括以下几个部分, 由传感器节点、监控站点和监控中心构成。在操作中, 要严格按照操作规范进行实施, 将节点按照要求布置在各个回路导线上。这个过程中, 传感器节点主要是进行输电线路的各种监控数据的采集和传输, 输送到监控子站, 信息包括导线温度、微气象、绝缘子污秽度等数据, 涉及到的监控方面类型比较多样, 保证信息采集的多面性。监控子站是监控系统中的基本设施建设, 一般情况下, 安装在传感器节点附近。监控子站将传感器节点采集的信息进行汇集, 形成无线多条的网络, 将分散的信息集中传输到监控中心, 由监控中心集中进行处理。

在实际上操作中, 监控子站和传感器节点形成局域网络, 主要采用了Zig Be技术, 性价比较高, 综合效益相对较好。在应用时, 能够满足多种类型数据传输的需要, 同时提高了数据传输的数量和效率。相对而言, 子站的传输速率较高, 处理能力相对较强, 能够为远距离的传输提供硬件条件。宽带传输速率符合技术要求, 传输速度快, 应用水平高。本文采用的系统架构类型如图1所示:

1.2传感器节点的设计

传感器节点是整个监控系统的基本组成单位。传感器节点包括的模块类型较多, 主要有电源模块、无线通信模块等。因此, 在实际应用中, 要按照实际监控的需求进行传感器的选择, 例如温度、湿度传感器, 泄露电流传感器等, 保证数据采集的结果和要求相吻合。在操作中, 监控子站发出采集命令传输至传感器节点, 选择合适的传感器进行工作, 进行相关数据的采集和传输。

1.3监控子站的设计

监控子站的设计中, 可以采用可持续能源进行供电, 减少电能资源的消耗量, 维持持续正常的供电。在监控子站中, 包括多种模块, 可以在应用中选择低耗能的芯片, 保证工作质量, 减少能量消耗。

1.4监控中心的设计

监控中心执行的工作量多, 提供的服务类型比较多样。当监控子站将数据信息传输至监控中心, 监控中心要做好数据的储存和处理。工作人员可以对数据进行科学的分析, 了解高压输电线路的实时情况, 制定有针对地措施进行防范。同时对于已经储存的信息, 可以进行相应数据库的建立, 为后期工作提供依据, 同时也可以为其他部门的工作提供帮助。

2.基于无线传感器网络的高压输电线路在线监控系统的应用

2.1硬件设施应用

在硬件设施方面, 要跟上技术发展的步伐, 将先进的设施、构件引入系统的建设中。这个过程中, 可以采用CC2530芯片, 内部核心应用的8051的微处理器, 凭借自身所携带的射频收发器可以实现网络的连接、数据的传输。该芯片体积小, 占用空间不多, 数据输出速度高、灵敏度和实际的抗干扰性都比较强, 应用效果比较理想。同时可以采用DHT21传感器。该设备是复合型传感器, 主要涉及温度和湿度两个方面, 总体的应用效果比较理想, 综合效益较高, 简化了工作流程, 系统运行省时省力。为了硬件设施的优化, 可以采用加速度的传感器, 应用比较先进的芯片, 检测的方面有所差异, 主要进行物体运动方向和角度数据信息的采集, 这个过程中, 监控中心对该数据的获取, 源于信号电压值的突然改变, 通过信号的转换, 可以清楚得了解线路正常运行中发生的改变, 提前进行分析和预防。

2.2软件系统应用

在系统运行中, 可以进行网络工作流程的设置, 便于工作正常有序地开展。在监控子站的工作中, 首先可以进行系统的开启, 对CC2530芯片进行初始化, 进行配置信息的读取和低能耗模式, 准确读入时间, 如果到达规定的时间要求, 可以通过无线通线网络进行采集信息的发送。再者到达规定的数据采集时间, 需要与传感器节点进行联动工作, 将采集到的信息数据进行合理的储存和获取。运行中, 对于时间的读取, 要按照一定的间隔进行。同时无线通信网络的应用, 在一定程度上增加了能耗, 在设计中, 可以设置程序控制, 系统自行进行开关, 实现节能的效果。

3.系统连接质量测试

在进行应用的过程中, 需要对影响系统运行质量的影响要素进行深入地分析, 这个过程中可以采用质量测试的方法, 对传感器节点、监控子站进行试验。在进行性能检测的过程中, 要做好前期的准备工作, 提高监测的效率。数据包的应用, 可以有20节点的传感器数据进行构成, 在实践中要发送210个数据包, 需要在不同的环境中进行检测, 例如比较空旷的环境、电磁干扰比较严重的环境、传输中有阻挡物的环境等。在测试中, 可以对不同测试环境下的监控子站和传感器节点之间的距离进行改变, 对传输质量进行检测, 对相关的数据进行全面细致的记录, 然后进行数值的读取。

这个过程中, 可以进行无线信道模型的应用。该检测模型范围广, 能够很好地反映信号强度和通信距离之间的关系。在实际检测中, 可以加强该方法的应用, 通过相应的公式进行信号强度的计算。通过实际的检测, 可以发现型号的强弱与设备所处的环境有关, 在比较空旷的场所, 遮挡物较少, 信息传输质量比较好, 而且随着距离的增加, 信息减弱的速度比较慢, 可以支持远距离的传输, 实现有效地传输。在干扰比较严重的环境中, 信号质量受到的影响比较严重, 信号衰弱的速度加快, 影响了远距离通信质量。如果前方遮挡物比较多, 信号衰弱的速度将会继续增加, 从而影响了正常的系统运行。

在实际检测的过程重, 发现模型的应用和具体的测量数值比较符合, 该模型可操作性比较强, 可以在实际测量中加强该模型的使用广度和深度。另一方面, 信号强度的降低与环境具有很强的相关性。需要在线路铺设中, 采用合理的措施, 对环境问题进行合理地规避, 尽量在比较空旷的区域进行设备的建设, 远离电磁干扰比较严重、阻挡物比较多的区域, 保证系统运行的质量。

4.通信质量的测试

通信质量的水平, 是由信号强度决定的, 可以通过PRR数值来进行表示。如果数值较高, 通信质量相对较好。该数值并不能实时获取, 需要参考其他数据。但在实际的测验中, 发现该数值与通信距离是密切相关的。当通信距离越长, 该数值将会逐渐下降, 表示着通信质量也在快速下降。

结语

社会在发展, 技术在进步, 人们的生活水平不断提高, 对相关设施的要求也在不断地改变。高压线路铺设是常见的公共基础设施建设, 受外界影响程度较深。在实际操作中, 要采用先进的无线传感器网络技术, 进行在线监控系统的改进, 提高系统运行的质量, 对高压线路出现的问题进行及时地改善, 减少安全事故的发生机率。

参考文献

[1]赵增华, 石高涛, 韩双立, 等.基于无线传感器网络的高压输电线路在线监测系统[J].电力系统自动化, 2009, 33 (19) :80-84.

[2]原殊皓, 姚俊.基于无线传感器网络的高压输电线在线监测系统研究[J].山东工业技术, 2014 (19) :133-133.

无线输电系统 第6篇

随着高产高效矿井的普及推广, 矿井安全监控系统的安全保障作用越来越显著[1,2]。但目前矿井安全监控系统的传感器由于供电的原因还不能脱离分站独立工作, 这使得如采煤工作面上隅角等地点无法设置瓦斯传感器, 严重制约着矿井安全监控系统安全保障作用的发挥。因此, 研究安全监控系统的传感器无线输电具有重要意义。本文依据有关行业标准, 分析了矿井安全监控系统应用无线输电技术的需求, 分析了无线输电技术在矿井中的应用方向和前景, 并指出了矿井无线输电技术需要解决的关键问题。

1 无线输电技术及其发展史

无线输电 (Wireless Power Transmission, WPT) 就是借助于空间中电磁场或电磁波来进行能量的传输, 以空间中的电场和磁场为媒介来传递能量。无线电能传输技术以其独特的优势被美国《技术评论》评为22世纪十大科学发明之一。

在20世纪初, 尼古拉·特斯拉提出了无线电能传输的概念, 并在1914年获得美国专利[3], 在此基础上进一步提出了全球无线输电的概念, 以电离层和地球之间约8 Hz的低频共振带为媒介, 利用环绕地球表面的电磁波进行能量的无线传输, 由于种种条件的限制, 最终特斯拉的理想并未实现, 至此无线输电的研究也进入低谷。

期间有诸如日本的YAGI H和UDA S、雷声公司 (Raytheon) 的布朗 (BROWN W C) 和华盛顿ARCO电力技术公司等做了相应的研究, 直到2006年11月, 美国麻省理工学院物理系助理教授MARIN S的研究小组在全球首次宣布了将电场或者磁场应用于无线供电技术的可行性, 并于2007年6月在《科学》杂志上发表论文, 证明了磁耦合共振无线输电的实用性[4], 从此一股研究无线电能传输的“热旋风”在全球刮起。

2 无线输电技术的标准及其分类

伴随着现代天线技术、功率变换技术、左手材料[5]等的发展, WPT技术走进了人们的生活[6]。无线电能传输技术有3大标准:①Qi协议标准;②Power Matters Alliance标准;③Alliance for Wireless Power标准。

按照传输机理和现有的3大标准, 无线电能传输方式可以分为电磁感应式、无线电波式、电磁谐振式3种。

2.1 电磁感应式无线电能传输

电磁感应式无线电能传输 (Electromagnetic Induction Wireless Power Transmission, EI-WPT) 的机理类似于可分离变压器[7,8], 其原理是法拉第电磁感应:电流流过导体线圈时, 在线圈周围产生磁场, 相邻的线圈在变化的磁场中产生感应电动势, 进而产生感应电流, 供给负载, 达到电能的无线传输, 传输示意如图1所示。由于可分离变压器中气隙代替了原有的铁芯, 故而电能从发射端转移到接收端的效率较低, 而且随着初、次级线圈距离的增加, 效率会图变得更低。

Qi协议无线电能传输就是基于电磁感应原理, Qi协议是全球首个推动无线充电技术的标准化组织———无线充电联盟 (Wireless Power Consortium, WPC) 推出的“无线充电”标准, 其特点是通用性和便捷性。2010年9月1日, 北京宣布将Qi无线充电国际标准率先引入中国, 工业和信息化部通信电磁兼容质量监督检验中心也加入了该组织。

理论和试验表明, 气隙对初、次级线圈间耦合系数的影响是很大的, 固然可以通过在初级线圈回路中加入补偿电路, 但在距离稍远时, 效率仍很低, 因此, 电磁感应式无线电能传输适用于短距离、低功率的工作环境, 如手机无线充电。

2.2 无线电波式无线电能传输

无线电波式无线电能传输 (Radio-wave Wireless Power Transmission, RWPT) 原理是把电能转换成高频无线电波 (如微波) 在空间传输, 接收端收集散布在环境中的电磁波, 经过检波和整流后供给直流负载使用, 通过远场来进行能量的传输[9], 其基本原理类似于早期使用的矿石收音机。适用于远距离、大范围的无线电能传输, 尤其适合在能量接收终端比较密集、不易受周围环境限制的条件下传输, 是目前研究比较多的无线电波能量传输方式。

无线电能传输中, 能量传输的效率是至关重要的。但无线电波式无线电能传输的功率一般比较小, 定向性不好, 传输的效率很低, 受环境影响明显, 而且如此频繁地暴露在高频电磁环境中, 对生物体的影响不可忽略, 同时对天线的设计要求很高。

现有市场上应用此原理进行无线电能传输的标准是功率事务联盟 (Power Matters Alliance, PMA) 制定的PMA标准, PMA联盟由美国Duracell Powermat公司发起, 致力于为符合电气与电子工程师协会 (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE) 标准的手机和电子设备充电。

2.3 电磁谐振式无线电能传输

2.3.1 电场耦合谐振式无线电能传输

电场耦合式无线电能传输 (ElectricallyCoupled Wireless Power Transmission, EC-WPT) 利用的是两终端电场的耦合进行无线电能的传输, 属于近场传输。在电场耦合式无线电能传输中, 电源侧的金属平板和负载侧的金属平板形成电容, 利用电容的电场进行电能传输。由于系统体积较大而且电场对人体的危害比磁场严重, 因此, 目前研究得比较少[10]。

2.3.2 磁耦合谐振式无线电能传输

磁耦合谐振式无线电能传输 (MagneticallyCoupled Resonant Wireless Power Transmission, MCR-WPT) 方案是2007年6月麻省理工学院Marin Soljacic及其小组成员提出的, 其原理是利用2个具有相同谐振频率 (9.9 MHz) 、直径为60cm的铜线绕制的线圈间磁耦合共振原理成功点亮了一个离电源约2m的60 W电灯泡, 其系统模型如图2所示, 后来这项技术被称为WiTricit[y11]。模型包括4个线圈:激励源线圈 (A) 、谐振线圈 (S、D) 、负载线圈 (B) 。K为两谐振线圈间的耦合系数, KS, KD分别为激励源线圈A和谐振线圈S、谐振线圈D和负载线圈B之间的耦合系数, 调整各线圈位置, 消除不相邻线圈间的交叉耦合。

能量在两谐振线圈间来回振荡交换, 高品质因数的谐振线圈可以明显地减少系统的能量损耗, 从而使得系统在中、远距离传输时, 可以获得很高的传输效率。参考文献[4]中的试验和仿真数据显示:在距离约为2.2 m时, 无线电能传输的效率约为40%, 而且今后随着人们对磁耦合谐振式无线电能传输系统研究的深入[12,13], 远距离传输时的效率能够得到很大的提高, 磁耦合谐振式无线电能传输被认为是未来最有潜力的无线电能传输方式。

目前市场上应用此原理进行无线电能传输的标准是无线电力联盟 (Alliance for Wireless Power, A4WP) 制定的A4WP标准, 由美国高通公司、韩国三星公司以及Powermat公司共同创建。

3 矿井无线输电的应用需求前景和意义

煤矿井下有非常多的金属导体和导线, 如金属支架、锚杆和架线电机车的供电线路等, 在电磁波辐射场中都等效于接收天线, 可吸收辐射场的能量, 金属结构上的这部分能量如果在断点刮擦、碰撞等情况下, 就会以放电的形式释放, 可能点燃处于爆炸限的井下瓦斯气体, 由于无线通信设备在煤矿井下逐步广泛使用, 为避免上述情况的发生, 新版的GB 3836.1—2010《爆炸性环境第1部分设备通用要求》[14]明确规定在煤矿瓦斯气体环境中射频天线的辐射功率不得超过6 W, 而早期的GB 3836.1—2000《爆炸性气体环境中电气设备第1部分通用要求》并没有对无线设备发射功率进行限定。

矿井生产作业的移动性对无线输电有很迫切的需求, 由于矿井爆炸性环境对辐射功率的限制, 无线输电直接驱动煤矿井下机械动力设备是无法实现的, 可能的选择是研究无线输电对矿井机械动力设备蓄电池进行充电, 而目前对煤矿井下无线输电最为迫切的需求是对矿井安全监控系统的传感器进行无线输电。

下面将以《煤矿安规程》和有关行业标准为依据, 通过实例来分析矿井安全监控系统对无线输电的需求。

上隅角是采煤工作面瓦斯最易积聚的区域, 因此, 也是最需要进行瓦斯体积分数监测的地方。但是, 《煤矿安全规程》第169条[15]只要求“高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井采煤工作面上隅角设置便携式甲烷检测报警仪”, AQ 1029—2007《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》第6.2条[16]要求所有矿井采煤工作面上隅角必须设置甲烷传感器或便携式瓦斯检测报警仪。可以看出, AQ 1029—2007《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》的要求比《煤矿安全规程》更严格, 但也只是要求设置甲烷检测报警仪或甲烷传感器, 报警仪只能报警, 无法将检测的瓦斯数据上传, 只有甲烷传感器才能同时实现报警和数据上传, 而没有硬性要求设置甲烷传感器的原因就是因为目前的甲烷传感器受供电制约难以实现无线工作。《煤矿安全规程》和AQ 1029—2007《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》都规定了在采煤工作面采煤机小于10m处需设置甲烷传感器T1, 如图3所示, 随着采煤机的后退, 甲烷传感器T1的信号电缆要随着采煤机的后退不断地收缩, 而矿用信号电缆为避免线间电磁干扰又不能盘绕, 为解决这样的难题, 现场实际的解决方案是采用信号电缆的分节接续, 甲烷传感器T1每次后退就将信号电缆的一节拆除, 这种方式下信号电缆由若干节电缆插接而成, 故障点随之增加, 同时每次传感器T1的移动都必须先断线, 非常繁琐, 故障率高又无法连续检测。

矿井安全监控系统的现状:传感器经3芯或4芯矿用信号电缆与分站相连, 其中1芯用作地线, 1芯用作信号线, 1芯用作由分站向传感器供电, 在无线数据传输技术成熟之前, 有线数据传输和有线电源供电的双重“有线”, 使传感器经信号电缆与分站相连这一模式成为矿井安全监控系统的唯一选择, 而随着WiFi、ZigBee等技术的发展, 传感器和分站之间的无线数据传输已经得到了解决, 目前制约传感器无线工作的瓶颈只是供电问题, 尽管蓄电池可以使传感器摆脱外接电源线的束缚, 但目前《煤矿安全规程》和相关的行业标准都规定矿井安全监控系统蓄电池是作为外接电源故障时, 为传感器提供能量使其不小于2h正常工作的备用手段。这是因为, 为保障矿井安全监控系统蓄电池在短路、碰撞等不利情况下的安全性, 蓄电池必须全封闭免维护、置于隔爆腔中并应设计双重保护电路等, 这就导致矿井安全监控系统蓄电池容量有限, 通常只能保障传感器在没有外接电源情况下工作2个多小时, 只能是维持传感器短时工作的备用手段。

借助无线输电现有的研究成果和技术, 研究无线输电在矿井中的应用对提高矿井安全监控系统的技术水平, 保证矿井安全监控系统安全保障作用的发挥具有重要的作用和意义。

4 结语

无线输电系统 第7篇

研究人员利用微波来传递1.8千瓦的电力（足以运转一个电热水壶），以无线的方式，精准地传输到55米距离外的一个接收装置。尽管这段传输距离不算太远，但此项科技可为人类更有效利用太空太阳能而铺平道路。这是首次有人采用精密方向控制仪，把近2千瓦的高量电力，经微波传送到一个小型目标物。

最早利用太空太阳能发电的构思，由美国科研人员于上世纪60年代提出，日本则在2009年开始着手进行这方面的研究。

太阳能发电在太空比地面有许多优势，最为显著的一点是可永久获得太阳能，不受天气或一天中时间变化的影响。然而，人造卫星如国际空间站早已能够利用太阳能，但要把这些太阳能输送到地球供人们使用却如同科幻小说的情节。日本的这项研究让人类看到了日后从太空中收集取之不竭的能源的可能。

无线输电 第8篇

无线输电技术是一种利用无线电技术传输电力能量的技术, 目前尚在实验阶段。技术上, 无线输电技术与无线电通讯中所用发射与接收技术并无本质区别。但是前者着眼于传输能量, 而非附载于能量之上的信息。无线输电技术的最大困难在于无线电波的弥散与不期望的吸收与衰减。对于无线电通讯, 无线电波的弥散问题甚至不一定是件坏事, 但是却可能给无线输电带来严重的传输效率问题。1个办法是使用微波甚至激光传输, 理论上, 无线电波波长越短, 其定向性越好, 弥散越小。有人担心此技术可能给人带来健康风险, 虽然尚无太多证据证实这种风险。无线输电最早在1889年由尼古拉·特斯拉提出。

电力输电线路高塔驱鸟系统建构分析 第9篇

【摘要】当前，输电线路鸟害故障已经是一种常见的故障类型。有鉴于此，本文围绕电力输电线路高塔驱鸟系统建构进行相关分析，首先提出了某项目总体方案，然后介绍了系统主要功能，以期为业内人士提供有益参考。

【关键词】电力输电线路；驱鸟系统；方案；功能

前言

结合当前世界驱鸟技术发展情况和昆明地区地理，气候，人文条件，笔者单位构建了一种新型的驱鸟系统，该系统是硬件和软件有机结合的整体解决方案[1]，硬件部分安装于铁塔上部需要保护的区域范围内，通过金属件的方式固定在铁塔上。装置使用蓄电池进行供电，使用太阳能进行能源的补给，保证设备在连续阴雨天气使用的可靠性。装置使用雷达和声音辅助方式对鸟类的靠近进行有效探测。装置应该拥有多种驱鸟手段，可以对付更多种类的鸟。

1.本项目总体方案

整个系统分为2大部分，一部分是安装在野外杆塔上的的鸟类活动采集和驱赶装置（以下简称驱鸟器），另外一部分是中央服务器及分析软件。

1.1驱鸟器

驱鸟器安装在杆塔上，使用金属件和杆塔进行连接。驱鸟器使用雷达和声音探测技术主动发现鸟类靠近，拥有多种驱鸟手段，驱鸟的同时还能收集鸟类活动数据。此装置应该安装若干套，合理分布到各区域的杆塔上。每一套设备有自己固定的标识ID，用来区分各装置回传的数据。

驱鸟器分为以下几个模块：1）供电模块。负责整个驱鸟器的电源供给。主电源是12V铅酸电池，辅助电源是15V太阳能电池，白天，太阳能电池给铅酸电池充电，夜晚和阴雨天气，铅酸电池靠存电给系统供电；2）探测模块。使用多普勒雷达和声音双探测技术，多普勒雷达为主，声音探测为辅。3）驱鸟模块。驱鸟模块利用声、光、电等多种手段对鸟类进行惊吓驱散。主要包括超声波，频闪光，高仿真老鹰叫，猎枪声等；4）传输模块。利用GPRS技术，通过Internet传输各种需要回传的信息到中心服务器；5）授时模块。利用GPS技术获得准确的系统时间，提高数据精确度；6）主控模块。协调和控制以上模块，协同完成驱鸟器整体功能；7）其他配件。机壳，金属连接件，必要的安装，调试工具等[2]。

1.2中央服务器及分析软件

1.2.1服务器

服务器采用基于X86平台的商品服务器，安装Linux操作系统，运行关系数据库软件，需要接入Internet，拥有固定IP地址。

1.2.2配套软件

配套软件是本项目研发的重点，软件主要提供以下功能：1）数据接收功能。接收驱鸟器回传的数据，能够并行接收多个驱鸟器同时回传数据，是软件部分数据的入口；2）数据存储功能。利用数据库技术存储驱鸟器采集到的数据和其他数据来源得来的数据，提供给其他功能调用；3）数据分析功能。利用驱鸟器回传的数据，再结合其他数据库中的数据资源，对鸟类活动数据进行分析，挖掘，形成报表和对异常预警；4）数据表现功能。利用WEB技术把各种报表和预警信息显示给用户；5）GIS接口功能。提供和GIS系统的接口；6）管理功能。用户管理，权限管理，驱鸟器安装管理等。

1.3系统的部署方式

系统的服务器需要部署在提供24小时不间断电源的专业机房，需要接入Internet，拥有固定IP地址。配套软件部署在服务器上。

系统的驱鸟器部分，需要部署在指定地点的杆塔之上。杆塔上需要能够接收到中国移动的GPRS信号。

2.系统主要功能介绍

2.1鸟类探测功能

鸟类探测功能采用以多普勒雷达探测为主，声音探测为辅的鸟类探测方法实现。

多普勒雷达是应用电磁波的多普勒效应进行工作的雷达设备，其工作原理是以多普勒效应为基础，将微波收、发设备相结合形成探测器。微波的波长约在1mm～1000mm之间[3]，因此这种微波极易被反射。微波信号遇到动态的物体反射后会发生多普勒效应，即经反射后的微波信号与发射波信号的频率会发生微小的偏离。此时被认为有物体闯入雷达探测区域。

考虑到鸟雀的大小、活动范围与输电铁塔的基本构造，又根据实地考察的结果，本装置设计应用的高性价比多普勒雷达模块至少需要15-30M的检测半径。目前通过技术上的改进，已经在成功研制出有效检测半径为15M（0.1m2的物体以1m/s的速度移动）的多普勒雷达，并有望通过进一步的改进达到20M到30M的检测距离。

声音探测部分主要通过鸟类的叫声和在塔上落脚的撞击声来判断其来源方向是否对输电线路造成威胁。其主要针对一些没有被雷达检测到的小鸟或在雷达探测范围内，但不对输电线路造成威胁的鸟类的识别，通过两组声音识别装置，判断鸟类访问铁塔的方向，使其能够有效地辅助雷达探测鸟类到来。

2.2鸟类驱赶功能

查阅相关研究资料可知：

首先，鸟类的听觉是人类的10倍，对声音极其敏感。某个频率范围内的声波对鸟类有很大的刺激，比如会使鸟感到烦躁和不安。瞬间的高声压对鸟也有一定的惊吓作用。

第二、很多鸟类对老鹰也很恐惧，高仿真的老鹰叫足以惊吓鸟类。

第三、鸟类永远怕听到猎人的枪声，高仿真的猎人的枪声足以惊吓鸟类。

第四、传统的风力驱鸟就是利用鸟类怕太阳反射光的原理，利用高亮度的LED频闪光也足以惊吓鸟类。

基于以上原理，利用高分贝，高仿真的老鹰叫、猎枪声，高亮度频闪光和超声波来进行驱鸟。并且结合鸟类探测模块反馈的结果，动态调整驱鸟声波的频率，达到智能学习选择的效果。

在工作初期，由微处理器内部的频率发生器随机产生一个频率，经功率放大后驱动喇叭发出声音、启动强光、高仿真枪声、老鹰叫进行驱鸟。同时，微处理器通过接收雷达的信号判断是否有鸟类活动，并把鸟类活动的次数进行存储。当在一段时间内，检测到多次鸟类活动，就控制频率发生器改变驱鸟频率，然后再次记录鸟类的活动次数。通过不断的改变频率，以及检测每个频率所对应的鸟类活动次数可以优选出最适合驱鸟的超声波频率来进行驱鸟。当鸟类对频率产生适应能力，或者是有另外的鸟类进入被保护区域，通过雷达检测到鸟类的活动次数会升高，这样又可以重复上述过程，找到一个最适合驱赶的频率进行有效驱鸟。

3.结束语

本系统具有一定的智能化，能够避免驱鸟装置被鸟类习惯化。装置在驱鸟的同时能够回传鸟類活动数据到数据中心，在数据中心利用软件对鸟类的活动做出各类统计分析，帮助电力部门制定防鸟策略和监控防鸟设备的运作情况。

参考文献

[1]陈晓东，孙福军，刘洋，孟兆新，杨伟光，宋惠东，崔强强.高压输电线路驱鸟试验研究[J].黑龙江电力，2011，01：53-57.

[2]田治富，叶明树，胡庆，庄其仁.智能超声波驱鸟装置的设计与实现[J].电力电子技术，2011，04：106-108.

无线输电系统 第10篇

关键词：无线输电技术,电磁感应,负载线圈

磁耦合谐振式无线输电技术是利用空间高频变化的无线电磁波或变化电磁场作为电能传输媒介进行电能无线传输的新型电能输电技术[1]。这一技术能克服有线输电技术的各种不足并不受空间限制使其在电动汽车、场地机器人、 无线感知网络、医疗设备、水下作业、油田矿井等领域有着无可比拟的优势和极其广阔的研究价值和应用前景[2], 是全球电能传输的前沿领域,也是近几年国内外热点研究方向之一。

1研究现状

2006年11月麻省理工学院(MIT)的Marin Soljacic和他的研究团队在AIP工业物理论坛上首次提出了磁耦合谐振式无线输电技术[3],并于2007年6月通过调整电源频率使两个相距一定距离的铜线圈产生谐振而成功的点亮了2.13m处的一个60W的灯泡,如图1所示,突破了一直以来制约无线输电技术发展的瓶颈,再次将无线电能传输的研究推向了一个新的阶段并掀起了人们对无线输电技术研究的热潮。2009年日本Takehiro等在保证传输效率不低于95% 的前提下增加耦合电容将线圈半径从300mm减到150mm实现了200mm内100W电能的无线传输 [4]。2010年MIT的研究人员发现当使用多个接收装置同时放置时的传输效率比单个放置时传输效率的总和还高, 这一结果为研究多个负载的无线输电技术奠定了良好的基础。同年,日本TC Beh等研究了磁耦合谐振式无线输电技术在电动汽车领域的应用,提出使用阻抗匹配电路来调整线圈的谐振频率并给出了相关的参数及设计方法进一步提高了系统的传输效率[5]。2011年Seung-Hwan LEE等提出了一种采用表面螺旋式线圈的磁耦合谐振式无线输电系统的等效电路模型[6],同年,韩国学者Thuc Phi Duong等通过调整发射端和接收端线圈之间的距离实现了系统阻抗的最佳匹配而提高了传输效率。2012年日本丰桥科技大学研究小组成功试验了透过30cm厚的混凝土对行进中的电动汽车进行无线充电且效率很高,如图2所示,同年基于谐振式无线输电技术的无线充能联盟A4WP成立, 并与2013年制定了Rezence无线充电标准。2014年韩国科学技术院提出在5米内同时为多部智能手机充电的新技术而实现超远距离的无线充电。

2008年哈尔滨工业大学的朱春波课题组在国内率先开始磁耦合式无线输电技术研究,提出了增大传输距离的方法[7]。2009年华南理工大学张波课题组提出利用频率跟踪方式调节谐振频率匹配发射线圈电感的方法[8]。2011年东南大学黄学良课题组针对无线输电在电动汽车中的应用进行了深入的研究并取得了很大突破[9],图3是其中之一。近年河北工业大学研究磁耦合式无线输电技术也取得了很大进展,图4是其中之一。重庆大学的孙跃课题组对此也进行了系统的研究并取得一系列成果[10]。此外,中科院电工研究所、清华大学、浙江大学、西安交通大学、南京航空航天大学等分别从不同角度对磁耦合式无线输电技术进行了研究,虽然得了一定的成果,但并不成熟。

2工作原理

磁耦合谐振式无线输电系统由高频电源、发射线圈、 接收线圈和负载构成,其原理如图5所示。其传输系统工作时激励线圈A产生高频磁场使发射线圈S产生谐振, 能量通过A耦合传递到S上,由于S和接收线圈D固有频率相同使得S和D再次发生谐振,能量通过S耦合传递到D上,D和负载线圈B发生谐振使得能量通过D耦合传递到B上,若给某一线圈端连接电源提供电能,在另一线圈连接用户,则实现了电能的无线传输,整个系统能量通过谐振线圈产生的交变磁场传输,故称之为磁耦合式无线输电技术。

一般主要通过调节发射回路和接收回路的位置来实现磁耦合和通过设置每个谐振电路的频率来实现整体谐振的方法以保证整个磁耦合谐振式无线输电系统正常工作的磁耦合和谐振。

3实际应用

2012年美国Wi Tricity公司在世界无线供电峰会上展出了Prodigy无线充电器,并大力推动了汽车无线充电的实现。2010年中国海尔集团公司在国际消费电子展上展出了第一款无尾电视使磁耦合式无线输电技术首次应用于电视接收终端,并于2012年在家用电器技术大会上展出了无尾厨电使厨房电器去掉了电源线。2012年韩国LS电缆集团展出了首个磁耦合式无线输电系统的模型并推动了台式设备无线供电技术的快速发展,同年6月SAMSUNG公司发布的Galaxy S III手机采用磁耦合式无线输电技术支持无线充电是在商业上的成功应用。随着近几年磁耦合式无线输电技术的继续发展其在其他领域也有更广更深入的实际应用。

4存在的问题

磁耦合式无线输电技术已将无线电能传输的研究推向了一个新的阶段并在很多领域得到了实际的应用,但在无线输电模型的研究方面如工作频率的确定,无线输电系统中电路拓扑结果的选择,发射源发射频率的跌落及相关器件参数的设置瓶颈,在商业应用中线圈大小的限制及受到电磁干扰的影响等很多待解决的问题。

参考文献

[1]邱利莎,黄守道,李中启.磁耦合谐振式无线输电系统的阻抗匹配研究[J].电力电子技术,2015,10(49):86-88.

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