本發(fā)明屬于無線電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磁共振式無線電能傳輸系統(tǒng)的連續(xù)運行性能測試方法。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)中輸配電線路的可靠性及運行情況直接決定著整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。為此在輸配電線路上大都采用了在線監(jiān)測設(shè)備，以確保使其始終良好運行。但目前這些設(shè)備使用的風(fēng)電、太陽能供電方式極易受地域天氣影響，可靠性低、穩(wěn)定性差、維護(hù)成本高。特別是在荒漠、深山密林等人跡罕至地區(qū)，復(fù)雜惡劣的氣候環(huán)境下，監(jiān)測設(shè)備的供電成為難題。

而新型的磁共振式無線電能傳輸技術(shù)是一種依靠磁場作為介質(zhì)將電能傳遞至用電設(shè)備的技術(shù)，具有受天氣變化影響小，基本無需維護(hù)，中距離傳輸?shù)忍攸c。該技術(shù)利用兩個或多個具有相同諧振頻率及高品質(zhì)因數(shù)的電磁系統(tǒng)，通過工作于特定頻率的電感及電容作用產(chǎn)生電磁諧振，高頻能量發(fā)生大比例交換并被負(fù)載吸收，可在數(shù)米范圍內(nèi)實現(xiàn)無線供電，存在障礙物時也能高效傳輸。由于該技術(shù)比微波無線電能傳輸技術(shù)效率高，比感應(yīng)耦合無線電能傳輸技術(shù)傳輸距離遠(yuǎn)，可以實現(xiàn)中等距離高效無線電能傳輸，具有重要的研究意義和實用價值，非常適用于對電力系統(tǒng)中輸配線路的在線監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行供電。

但這種磁共振無線能量傳輸系統(tǒng)在連續(xù)運行過程中會由于周圍環(huán)境因素(如溫度、濕度)，而使系統(tǒng)的原邊線圈輸入電壓、輸入電流，副邊線圈輸出電壓、輸出電流和元器件受到影響，進(jìn)而影響到系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。因此，為了保證無線能量傳輸系統(tǒng)能夠穩(wěn)定有效地長時間運行，就需要一種測試方法能夠在系統(tǒng)運行過程中對系統(tǒng)的性能參數(shù)變化和元器件溫度改變進(jìn)行測試，以便于了解環(huán)境因素對系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)和元器件的影響程度，從而提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種磁共振式無線能量傳輸系統(tǒng)的連續(xù)運行性能測試方法，首先通過選用合適的器件，搭建出了可進(jìn)行實際應(yīng)用的無線能量傳輸系統(tǒng)，并對系統(tǒng)各組成部分進(jìn)行合理的布局，選取合適的測量點和測量時間，對系統(tǒng)運行過程中主要的環(huán)境因素(溫度和濕度)進(jìn)行測定，并同時測量相應(yīng)條件下系統(tǒng)的原邊線圈輸入電壓、電流值，副邊線圈輸出電壓、電流值和元器件溫度。運用該測試方法能夠有效地判斷出系統(tǒng)運行過程中環(huán)境因素對系統(tǒng)性能的影響，從而保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定地運行。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：基于磁共振式無線能量傳輸系統(tǒng)的連續(xù)運行性能測試方法，所述測試方法以智能電網(wǎng)監(jiān)測終端的無限能量傳輸系統(tǒng)為研究對象，測試內(nèi)容分為一日內(nèi)連續(xù)12小時運行實驗和12日連續(xù)288小時運行實驗兩個部分，在系統(tǒng)連續(xù)運行的情況下測試環(huán)境溫度和濕度對系統(tǒng)性能的影響，主要包括以下步驟：

步驟1、在空曠的非導(dǎo)電介質(zhì)平臺上，選用合適的器件，搭建出無線能量傳輸系統(tǒng)；

步驟2、確定測量方案，選取所需測量的環(huán)境因素(溫度、濕度)和系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)(諧振線圈的電流電壓)；

步驟3、選取系統(tǒng)的主要元器件，測量其溫度隨環(huán)境因素的變化量；

步驟4、選取適宜的位置，測量系統(tǒng)的電場、磁場強(qiáng)度；

步驟5、準(zhǔn)確記錄測量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理分析；

步驟6、通過對測量數(shù)據(jù)的分析，判定環(huán)境因素對系統(tǒng)連續(xù)運行性能的影響，以確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。

所述的步驟1中，無線能量傳輸系統(tǒng)包括電源、高頻逆變電路、發(fā)射端線圈部分、接收端線圈部分、整流電路和負(fù)載；發(fā)射端線圈部分包括原邊線圈L1和原邊電容C1，兩者串聯(lián)連接；接收端線圈包括副邊線圈L2和副邊電容C2，兩者串聯(lián)連接；

所選用的主要元器件包括參數(shù)值如下：原、副邊線圈均采用絲包的漆包線繞制，圈數(shù)為19圈，樹脂密封；原邊線圈L1電感值為260uH，電阻值為0.3Ω，寄生電容值為4uF；副邊線圈L2電感值為255uH，電阻值為0.31Ω，寄生電容值為3.8uF；原邊和副邊的電容C1、C2分別為485pF、486pF；原邊等效電阻R1包含直流供電電源內(nèi)阻和交流電源的逆變電路電阻；直流供電電源內(nèi)阻為0.21Ω，逆變電路電阻為2.6Ω；R2等效電阻為副邊回路電阻(即不含線圈、負(fù)載的引線電阻)，其值為0.5Ω；RL負(fù)載為額定功率20w的燈泡，其電阻值為5Ω。

在所述的一種磁共振式無線能量傳輸系統(tǒng)的連續(xù)運行性能測試方法中，步驟1的實現(xiàn)包括以下步驟：

步驟1.1、選取合適的非導(dǎo)電介質(zhì)平臺，要求安全、可靠、易操作，并可在測量實驗期間防止無關(guān)人員進(jìn)入；

步驟1.2、無線能量傳輸系統(tǒng)包括電源部分、發(fā)射端線圈部分、接收端線圈部分和負(fù)載部分，選取合適的器件，分別搭建出系統(tǒng)的各個部分；

步驟1.3、按照無線能量系統(tǒng)接線原理圖，依次接線，搭建無線供電實驗系統(tǒng)，保證傳輸距離為1米，并做好記錄；

步驟1.4、反復(fù)多次檢查線路，確保接線無誤、安全可靠，接通電源，并進(jìn)行調(diào)試，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的頻率，使系統(tǒng)工作在良好的工作狀態(tài)，并記錄此時的頻率值，準(zhǔn)備正式運行實驗。

在所述的一種磁共振式無線能量傳輸系統(tǒng)的連續(xù)運行性能測試方法中，步驟2的實現(xiàn)包括以下步驟：

步驟2.1，將測量實驗分為兩個部分，實驗一為同一天中連續(xù)監(jiān)測12小時每間隔1小時整點測量一次，時間采集點從早上10點至晚上10點，實驗二為連續(xù)監(jiān)測12天，監(jiān)測數(shù)據(jù)為每天早9點和晚9點的整點測量值，每天2組數(shù)據(jù)，共24組數(shù)據(jù)；

步驟2.2，采用專用距離測溫儀TN20，測量時所持設(shè)備距離被測參數(shù)目標(biāo)物體的距離約為0.5m，測量相應(yīng)時間點下的環(huán)境溫度并記錄此時環(huán)境濕度，讀取各電表示數(shù)，記錄系統(tǒng)原邊線圈電壓電流，副邊線圈電壓電流。

在所述的一種磁共振式無線能量傳輸系統(tǒng)的連續(xù)運行性能測試方法中，步驟3的實現(xiàn)包括以下步驟：

步驟3.1、選取對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響較大的元器件，包括三極管、電解電容、二極管、瓷片電容、74HC14芯片、75174芯片、IR2110芯片、副邊瓷片電容、副邊電解電容、副邊二極管；

步驟3.2、在步驟2所確定的測量時間點下，測量步驟3.1中選取的各器件在對應(yīng)條件下的溫度。

在所述的一種磁共振式無線能量傳輸系統(tǒng)的連續(xù)運行性能測試方法中，步驟4的實現(xiàn)包括以下步驟：

步驟4.1、選取5個具有代表性的位置(位置1距副邊線圈0.5m，位置2距中心0.5m，位置3距原邊線圈0.5m，位置4距中心0.5m，位置5與位置4相距0.5m)；

步驟4.2、采用專用的電磁場測量儀LZT-1000，在步驟2所確定的測量時間點下，在步驟4.1中選取的5個位置，分別測量電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度。

在所述的一種磁共振式無線能量傳輸系統(tǒng)的連續(xù)運行性能測試方法中，步驟5的實現(xiàn)包括以下步驟：

步驟5.1、準(zhǔn)確記錄各次測量所獲得的數(shù)據(jù)，將記錄的數(shù)據(jù)在MATLAB中繪制成曲線；

步驟5.2、觀察步驟5.1所得的曲線走勢，并選取合適的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，分析環(huán)境因素對連續(xù)運行下的系統(tǒng)性能的影響。

在所述的一種磁共振式無線能量傳輸系統(tǒng)的連續(xù)運行性能測試方法中，步驟6的實現(xiàn)包括以下步驟：

步驟6.1、分析步驟5中所得的曲線及計算結(jié)果，在環(huán)境因素改變的情況下觀察系統(tǒng)運行性能的曲線走勢，判定環(huán)境溫度和環(huán)境濕度兩個因素對系統(tǒng)的影響是否在合理范圍內(nèi)；

步驟6.2、通過該測試方法確定系統(tǒng)在連續(xù)運行情況下各器件工作的可靠性及系統(tǒng)的有效穩(wěn)定性。

所述步驟6中，通過對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知環(huán)境因素對連續(xù)運行下的系統(tǒng)性能的影響較小，在自然環(huán)境中，系統(tǒng)可以長期穩(wěn)定運行。

本發(fā)明基于磁共振式無線能量傳輸系統(tǒng)的連續(xù)運行性能測試方法，以智能電網(wǎng)監(jiān)測終端的無限能量傳輸系統(tǒng)為研究對象，對連續(xù)運行的無線能量傳輸系統(tǒng)性能進(jìn)行測試，首先在空曠的非導(dǎo)電介質(zhì)平臺上搭建了用于向智能電網(wǎng)監(jiān)測終端進(jìn)行供電的無線能量傳輸系統(tǒng)，選取對系統(tǒng)工作性能影響較大的環(huán)境溫度和濕度兩個因素，將實驗分為同一天中連續(xù)監(jiān)測12小時每間隔1小時整點測量一次和連續(xù)監(jiān)測12天(288小時)每天測量2組數(shù)據(jù)兩個部分，兩部分實驗分別進(jìn)行，然后在相對應(yīng)的測量時間點下記錄系統(tǒng)原邊線圈電壓、電流值和副邊線圈電壓、電流值，并選取5個不同的位置測量系統(tǒng)的電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度，最后將所得的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到MATLAB中，繪制成曲線進(jìn)行分析。從而確定環(huán)境因素對連續(xù)運行下的系統(tǒng)性能的影響及系統(tǒng)連續(xù)運行的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出了一種磁共振式無線能量傳輸系統(tǒng)的連續(xù)運行性能測試方法，將用于為智能電網(wǎng)監(jiān)測終端提供電能的無限能量傳輸系統(tǒng)布置在實際的自然環(huán)境中，可以使所得的實驗結(jié)果更加合理可靠。該測量方法通過兩組實驗，分別以12小時和12天作為時間周期，使得測量結(jié)果更具有代表性。無線能量傳輸技術(shù)作為一種新穎且極具潛力的技術(shù)，其系統(tǒng)運行的長期穩(wěn)定性，直接關(guān)系到該技術(shù)的推廣普及和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。應(yīng)用該測量方法可以確定環(huán)境因素對系統(tǒng)連續(xù)運行性能的影響，對無線能量傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義，有利于磁共振式無線能量傳輸技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化推廣。

附圖說明

圖1智能電網(wǎng)監(jiān)測終端的無線能量傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2無線電能傳輸系統(tǒng)電路原理圖；

圖3電磁場強(qiáng)度測量點示意圖；

圖4連續(xù)12小時監(jiān)測時輸入端電壓、電流與溫、濕度曲線圖；

圖5連續(xù)12小時監(jiān)測時輸出端電壓、電流與溫、濕度曲線圖；

圖6連續(xù)12天監(jiān)測時輸入端電壓、電流與溫、濕度曲線圖；

圖7連續(xù)12天監(jiān)測時輸出端電壓、電流與溫、濕度曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了各種特定的工藝和材料的例子，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其它工藝的可應(yīng)用性和/或其他材料的使用。另外以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一特征和第二特征可能不是直接接觸。

本發(fā)明的實施例基于上述技術(shù)方案以室外搭建的智能電網(wǎng)監(jiān)測終端的無線電能傳輸系統(tǒng)為例(如圖1所示)，對系統(tǒng)的連續(xù)運行性能進(jìn)行測試，主要包括以下步驟：

步驟1、在空曠的非導(dǎo)電介質(zhì)平臺上，選用合適的器件，搭建出無線能量傳輸系統(tǒng)。主要包括以下子步驟：

步驟1.1、選取合適的非導(dǎo)電介質(zhì)平臺，平臺約2.5mX1m，要求安全、可靠、易操作，并可在測量實驗期間防止無關(guān)人員進(jìn)入；

步驟1.2、無線能量傳輸系統(tǒng)包括電源、發(fā)射端線圈、接收端線圈和負(fù)載四個部分，其電路原理圖如圖2所示。系統(tǒng)所選用的主要元器件參數(shù)值確定如下：原、副邊線圈均采用絲包的漆包線繞制，圈數(shù)為19圈，樹脂密封。原邊線圈L1電感值為260uH，電阻值為0.3Ω，寄生電容值為4uF。副邊線圈L2電感值為255uH，電阻值為0.31Ω，寄生電容值為3.8uF。原邊和副邊的電容C1、C2分別為485pF、486pF。原邊等效電阻R1包含直流供電電源內(nèi)阻和交流電源的逆變電路電阻。直流供電電源內(nèi)阻為0.21Ω，逆變電路電阻為2.6Ω。R2等效電阻為副邊回路電阻(即不含線圈、負(fù)載的引線電阻)，其值為0.5Ω。RL負(fù)載為額定功率20w的燈泡，其電阻值為5Ω。

步驟1.3、按照無線能量傳輸系統(tǒng)接線原理圖，依次接線，搭建無線供電實驗系統(tǒng)，保證傳輸距離為1米，并做好記錄；

步驟1.4、反復(fù)多次檢查線路，確保接線無誤、安全可靠，接通電源，并進(jìn)行調(diào)試，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的頻率，使系統(tǒng)工作在良好的工作狀態(tài)，并記錄此時的頻率值，準(zhǔn)備正式運行實驗。

步驟2、確定測量方案，選取所需測量的環(huán)境因素(溫度、濕度)和系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)(諧振線圈的電流電壓)。主要包括以下子步驟：

步驟2.1、將測量實驗分為兩個部分，實驗一為同一天中連續(xù)監(jiān)測12小時每間隔1小時整點測量一次，時間采集點從早上10點至晚上10點，實驗二為連續(xù)監(jiān)測12天(288小時)，監(jiān)測數(shù)據(jù)為每天早9點和晚9點的整點測量值，每天2組數(shù)據(jù)，共24組數(shù)據(jù)；

步驟2.2、采用專用距離測溫儀TN20，測量時所持設(shè)備距離被測參數(shù)目標(biāo)物體的距離約為0.5m，測量相應(yīng)時間點下的環(huán)境溫度并記錄此時環(huán)境濕度，讀取各電表示數(shù)，記錄系統(tǒng)原邊電壓電流，副邊電壓電流。

步驟3、選取系統(tǒng)的主要元器件，測量其溫度隨環(huán)境因素的變化量。主要包括以下子步驟：

步驟3.1、選取對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響較大的元器件，包括三極管、電解電容、二極管、瓷片電容、74HC14芯片、75174芯片、IR2110芯片、副邊瓷片電容、副邊電解電容、副邊二極管；

步驟3.2、在步驟2所確定的測量時間點下，按規(guī)范，使用紅外測溫儀測量步驟3.1中選取的各電力電子器件在對應(yīng)條件下的溫度。

步驟4、選取適宜的位置，測量系統(tǒng)的電場、磁場強(qiáng)度。主要包括以下子步驟：

步驟4.1、在系統(tǒng)諧振線圈附件選取5個具有代表性的位置，如圖3所示(位置1距副邊線圈0.5m，位置2距中心0.5m，位置3距原邊線圈0.5m，位置4距中心0.5m，位置5與位置4相距0.5m)；

步驟4.2、按規(guī)范，采用專用的電磁場測量儀LZT-1000，在步驟2所確定的測量時間點下，在步驟4.1中選取的5個位置，分別依次測量各點電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度，并做好記錄。

步驟5、準(zhǔn)確記錄測量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理分析。主要包括以下子步驟：

步驟5.1、準(zhǔn)確記錄各次測量所獲得的數(shù)據(jù)，實驗完成后，關(guān)閉實驗系統(tǒng)電源，整理好實驗裝備器材，并將記錄的數(shù)據(jù)在MATLAB中繪制成曲線，兩組實驗數(shù)據(jù)分別如圖4、5、6、7所示；

步驟5.2、觀察步驟5.1所得的曲線走勢，并選取合適的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，分析環(huán)境因素對連續(xù)運行下的系統(tǒng)性能的影響。

步驟6、通過對測量數(shù)據(jù)的分析，判定環(huán)境因素對系統(tǒng)連續(xù)運行性能的影響，以確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。主要包括以下子步驟：

步驟6.1、分析步驟5中所得的曲線及計算結(jié)果，在環(huán)境因素改變的情況下觀察系統(tǒng)運行性能的曲線走勢，結(jié)合曲線走勢和計算結(jié)果可以看出環(huán)境溫度和環(huán)境濕度兩個因素對系統(tǒng)的影響在合理范圍內(nèi)；

步驟6.2、通過該測試方法可以確定系統(tǒng)在連續(xù)運行情況下各器件可以可靠有效地工作且系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性。

本發(fā)明實施例詳細(xì)地闡述一種磁共振式無線能量傳輸系統(tǒng)的連續(xù)運行性能測試方法，通過該方法可以確定環(huán)境因素對智能電網(wǎng)監(jiān)測終端的無線供電系統(tǒng)連續(xù)運行性能的影響，可以確保系統(tǒng)在實際生產(chǎn)環(huán)境中應(yīng)用的長期穩(wěn)定性，有利于磁共振式無線能量傳輸技術(shù)的推廣應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

雖然以上結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，可以對這些實施方式做出多種變形或修改，而不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。