天津七六四广播器材厂 天津市 300210
摘要：近年来，随着智能电网的不断发展，智能监测设备己安装在高压输电线路附近，用于测量线路状态参数，如绝缘子上的泄露电流、线路上的覆冰厚度等。此外，巡检无人机也被用于输电线路的实时监测。在我国，监测设备通常采用太阳能光伏发电和电池相结合的方式供电，但在长期多雨或多云天气下，太阳能光伏发电无法提供可靠、充足的电力供应。此外，由于电池容量的原因，无人机在电力系统领域的实际应用面临着严重问题。无人机的任务持续时间必须尽可能长，以满足巡检距离和返航的需要。为实现智能监测设备的持续稳定供电，将高压输电线路感应取能技术与无线电能传输技术相结合是最近研究的热点。
关键词：无线电能传输；静态无线充电；动态无线供电；关键问题；应用现状
引言
无线电能传输技术使得电气设备摆脱了电线的束缚，避免电线在接触时产生磨损和打火等现象，增加了电气设备的安全性和可靠性，同时解决了在一些场合下无法使用电线进行电气连接的问题。实现无线电能传输技术的方式主要有：磁感应耦合式、磁耦合谐振式、微波辐射式、激光式和电场耦合式。其中，最有发展潜力和研究最为广泛的是磁感应式和与之对偶的电场式[。为了提高系统的输出功率，对于这两种无线电能传输方式文献中提到多种补偿拓扑，如：LCL，CLLC，LCLC等结构。虽然补偿网络可以提高系统的功率因数和传输能力，但多余的元件也使系统结构变得复杂，同时增加了投入的成本。
1无线电能传输技术分类
随着无线电能传输技术理论研究的深入与发展，科研工作者面向不同的应用场景和实际问题，不断提出与无线电能传输技术相关的新名词和新概念。本文通过查阅现有文献资料，将无线电能传输技术按能量传输机理和能量收发端耦合空间位置变化两种方式进行分类。
2工作原理
MCRWPT技术以能量谐振耦合原理通过高频电磁场实现能量传递，由于传输能量的大小不仅取决于磁场的大小，还与磁场的变化率、频率、磁感应强度、磁通密度等电磁参数有关，因此，谐振耦合系数是与谐振频率、品质因数、自感大小和互感系数相关的函数。在谐振匹配的状态下MCRWPT系统可不受空间位置和障碍物影响而实现中距离无线电能传输。MCRWPT系统典型的工作原理。其中us为高频逆变电源，C1为一次侧谐振电路补偿电容，C2为二次侧电路补偿电容，RL为二次侧所接负载，一次侧和二次侧通过磁耦合谐振进行能量无线传输。MCRWPT系统传输的电磁耦合机构设计决定系统的电磁耦合方式和能量传输形式，因此，电磁耦合机构选型设计是MCRWPT系统最为关键的部分之一。
3无线电能传输技术产业化发展现状分析
随着无线电能传输技术在各领域的快速渗透，无线电能传输产业链条上的各部分组部件厂商以及与之相关技术性公司发展迅速。中国产业信息研究网发布的《2017—2022年中国无线充电行业市场深度分析与投资前景预测研究报告》数据显示[130]，无线充电市场2022年将达到140亿美元，渗透率提升到60%以上。从电动汽车应用领域看，根据政府对新能源汽车发展的目标，到2020年，我国纯电动汽车和插电式混合动力汽车预计生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆。若充电设施与电动汽车按1∶2的比例建设，无线充电技术渗透率为50%，按照无线充电装置单价1万元计算，预计2020年仅我国无线充电的市场规模将达到百亿。面向无线充电全产业链上的系统方案设计、芯片和磁性材料组部件、制造工艺等重要组成部分，美国、日本等国家对中国形成的技术壁垒依旧很强。基于此，我国面向无线电能传输技术全产业链条，亟需加强研发具有高技术参数、更高可靠性、更高安全运维的自主知识产权相关成果，推进我国无线充电产业在国内外从“跟跑、并跑到领跑”的转变，确保我国无线充电产业持续健康发展。
4系统能效在线监测器需求分析及方案设计
设计的ＬＣＣ－Ｓ型磁耦合ＷＰＴ系统的能效性能在线监测器需要完成以下功能：能够在线测试ＷＰＴ系统的主要能效指标，包括系统的输入视在功率、输入有功功率、输入无功功率、输出功率、系统效率、系统功率因数，此外还能给出系统的输入电压有效值、输入电流有效值、输出电压有效值、输出电流有效值，并能够在线显示这些参数。输出功率可以通过检测负载电阻ＲＬ两端直流电压和电流计算得到，输入端功率及功率因数可以通过检测工频交流输入电压和电流计算得到，进而由输入输出功率得到系统效率。
4.1总体设计
在此提出的取能方案是一种可用于无线电能传输的安全小型化高压输电线路取能装置，由ＣＴ取能单元和电能转换单元组成。通过将ＣＴ取能环扣在高压输电线路上，输出稳定的高频方波。利用一个环形感应取能铁心，将它套在高压输电线路上，然后根据电磁感应原理从铁心所绕线圈两端感应出交流电压；电能转换单元由整流滤波模块、高频逆变模块、驱动模块、辅助电源模块、控制模块组成。将ＣＴ取能单元输出的工频交流电压转换转换模块性能。该设计的电能转换单元由整流滤波模块、高频逆变模块、驱动模块、辅助电源模块、控制模块组成，主要用于获取经ＣＴ取能单元变换而来的电流信号，并将其转换为高频方波。
4.2能效性能监测系统上位机软件设计
选择ＰＣ机作为上位机硬件平台，ＬａｂＶＩＥＷ作为上位机软件设计平台进行设计。ＬａｂＶＩＥＷ是由ＮＩ公司推出一款虚拟仪器软件，它采用了图形化编程，使程序看起来更加容易理解。ＬａｂＶＩＥＷ里面集成有各类数据处理模块，其中有ＦＦＴ模块和ＲＭＳ模块，充分满足了所设计能效性能监测器对上位机的运算需求。上位机主要负责接收下位机采集到的数据，对接受到的数据进行相应处理和运算，并将能效性能信息显示在上位机操作界面，同时能够在界面上对下位机的运行和停止进行控制，能够对系统的通信参数进行设置。上位机操作和显示界面如图６所示。“串口配置”模块显示串口的配置参数，包括串口号、波特率、数据位。右上方是开始运行、停止运行和退出程序控制按钮；“能效性能参数”模块显示系统的能效性能测试信息，包括系统的视在功率、有功功率、无功功率、功率因数、输出功率、系统效率。
结束语
MCRWPT技术是目前近场无线电能传输技术中较为热门的传输方式之一，本文从系统的工作原理、耦合机构形式、建模方法等方面对MCRWPT技术的研究现状进行概述，并对MCRWPT系统应用的关键技术取得的一些研究成果进行分析概括，包括在频率跟踪技术、自动调谐技术以及恒功率输出技术等方面取得的成就。最后根据现有的研究成果和发展动态总结了MCRWPT技术未来的发展趋势和一些待解决的难题，可以预计随着MCRWPT技术的进一步发展，MCRWPT技术必将在各领域取得广泛的应用。
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