一種用于無線電能傳輸系統的有源中繼結構設計與分析

許肖穎, 夏能弘, 朱益民, 唐文濤, 黃煜濤, 李方深

(1.上海電力大學, 上海 200090; 2.國家電網揚州市江都區供電公司, 江蘇 揚州 225000)

近年來,磁耦合諧振式無線電能傳輸(Magnetic Resonant Coupling Wireless Power Transfer,MRC-WPT)技術由于其廣泛的適用性成為電力科學的研究熱點[1]。無線電能傳輸系統最關鍵的性能參數包括傳輸距離、傳輸功率、傳輸效率以及抗偏移能力。為了優化這些性能參數,研究者們提出了很多優化方法,如優化線圈結構[2-6],優化諧振補償結構及參數[7-9]等。其中,傳輸距離增大導致的系統效率下降是制約無線電能傳輸發展和應用的技術瓶頸。在傳輸距離發生變化時,系統的傳輸功率和效率等性能參數均會發生變化。

為了解決以上問題,研究者們進行了大量研究。文獻[10]通過控制發射線圈和接收線圈的負載作用及改變電源的驅動頻率來調節傳輸距離,然而其主要是提升了系統在近距離發生頻率分裂時的性能,并沒有擴展傳輸距離。文獻[11]采用超導體減小了線圈損耗,同時增大了傳輸距離,但超導材料成本過高。

目前,為增大傳輸距離廣泛采用的方法是在發射線圈與接收線圈之間加裝中繼線圈[12-20]。中繼線圈是由發射線圈接收能量并將其傳遞給接收線圈,在遠距離傳輸時能極大提升系統效率。同時,實際應用中由于受設備尺寸的限制,接收線圈通常設計得比發射線圈小,構成了非對稱結構,故影響了系統的傳輸功率和效率。

高壓輸電線路在線監測設備主要使用電池和新能源供電,但電池的頻繁更換和新能源供電的不穩定性制約了智能化設備的發展。……