[发明专利]基于电场耦合的感应取能装置及其实现方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种交流高压侧的能量提取技术，具体地说，是涉及一种基于电场耦合的感应取能装置及其实现方法。

背景技术

现今，智能电网已经成为世界电网发展的新趋势，面对新形势、新挑战，主要提出了加快建设以特高压为骨干网架、发展新能源为低碳方向，各级电网协调发展，以信息化、自动化、互动化为特征的智能电网战略目标，其中，如何实现对高压侧设备安全稳定地供电成为影响电网运行可靠性的重要因素。

目前，对于高压侧监测设备的供电主要有以下几种方式：采用太阳能板供电、激光供电、超声波供电及设备供电等。然而，它们各自存在以下缺陷：太阳能板因供电电池板体积庞大而不利于安装，且供电质量易受气候的影响，在南方多阴雨多雾的气候条件下供电功率明显不足；激光供电设备价格昂贵，需要有保证激光源正常运行的技术条件，需要定期监测和维护，并且高压电力设备多经过一些偏僻的地方，如山区，森林等无人烟处，无可供电的低压端，该技术的应用受地理条件的极大限制；超声波供电技术中所使用的超声波设备造价昂贵，转换器的转换效率低，因而这种方法还没能达到真正实用化的程度，仍然需要进一步的研究。

现有技术中也有采用电压互感器供电，然而这种供电方式安全性不够高，可靠性较低，存在一定的工作盲区（一次侧瞬间短路可能使设备不能正常运行），另外，需要考虑备用电源也增加了系统的复杂性，且如何保证供能电路和后续工作电路之间的电气隔离，这要求有更为严格的过电压防护设计；其次是这种方法有更多的误差来源，如温度、杂散电容和电磁干扰等多种因素都将影响该方法的性能，最后，采用这种方法得到的功率有限，虽然可以通过改变电容C 的大小来调整功率输出，但是，大电容的选用可能产生谐波，造成分压不稳，影响后续电路。电流互感器供电也存在两 个技术难点：一是当一次电流较低（低至数安）时，不能获得足够的能量，致使取能设备留有“取能死角”；二是当一次电流增大至数千安以上时，取能互感器产生的高压尖脉冲会对副边各器件造成干扰和损坏，尤其是对电源和后续电路的干扰较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电场耦合的感应取能装置及其实现方法，主要解决现有技术中存在的缺乏一种供电稳定、安全可靠、便于实施且供电功率较高的取能装置，不能满足技术发展需求的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于电场耦合的感应取能装置，包括依次相连的耦合取能单元、防过压保护电路、整流电路和储能电路，与储能电路相连的触发电路，以及与触发电路和储能电路均相连的可控硅。

具体地说，所述耦合取能单元包括均放置于交变电场中的上极板和下极板，所述上极板与下极板相互平行。

进一步地，所述防过压保护电路为两端分别与上极板和下极板相连的TVS管；所述整流电路由四个相互连接的二极管构成，其两个输入端分别连接于TVS管的两端、两个输出端均与储能电路相连。

更进一步地，所述储能电路包括串联后连接于整流电路的两个输出端之间的电容C1、二极管D2和电容C2，一端连接于整流电路正极输出端、另一端连接于二极管D2和电容C2之间的二极管D3，一端连接于整流电路负极输出端、另一端连接于电容C1和二极管D2之间的二极管D1，所述触发电路连接于整流电路的两个输出端之间，所述可控硅连接于整流电路负极输出端。

本发明中，所述触发电路包括串联后连接于整流电路的两个输出端之间的电阻R1和电容C3，一端连接于电阻R1和电容C3之间、另一端连接于可控硅G极的电容C4和触发二极管DS，所述可控硅的T2极连接于整流电路负极输出端。

基于上述装置，本发明提供了一种基于电场耦合的感应取能装置的实现方法，包括以下步骤：

（1）将由相互平行的上极板和下极板构成的耦合取能单元放置于交变电场中，并将上极板连接在高压带电体上；

（2）将上极板和下极板在电场作用下形成的交流电连接至防过压保护电路，之后将交流电连接至整流电路；

（3）整流电路将交流电整流为直流电输出，并对储能电路充电；

（4）将储能电路与可控硅和触发电路相连，调节可控硅和触发电路控制储能电路进行充电或放电，并将放电后的电能连接至负载。

作为优选，所述储能电路采用两个以上电容组合而成，采用串充并放的工作模式进行充放电。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：