一種配電網開關站操作臂的無線供電系統的製作方法
2024-04-13 15:37:05
1.本發明涉及配電網技術領域，特別涉及一種配電網開關站操作臂的無線供電系統。
背景技術：
2.目前，在配電網系統中存在著大量的開關站用來維持配電網的穩定性和安全裕度。但是，由於開關站數量較多，增加了開關站的運維成本，降低了運維人員的工作效率。因此，為了降低開關站的運維成本，提高運維人員的工作效率，在帶電作業時保證運維人員安全，有研究者提出了配有巡檢機器人的智能化開關站。
3.巡檢機器人現有供電方式主要以直接接觸供電為主，而配電網電壓等級較高，若巡檢機器人在操作過程中出現放電現象，由於直接的電氣連接可能會對巡檢機器人本體及其供電系統產生嚴重的破壞。
技術實現要素：
4.本發明要解決的技術問題是提供一種可實現對巡檢機器人進行無線充電、安全性高的配電網開關站操作臂的無線供電系統。
5.為了解決上述問題，本發明提供了一種配電網開關站操作臂的無線供電系統，所述配電網開關站操作臂的無線供電系統包括：
6.逆變器、發射線圈、能量接收線圈、整流器、巡檢機器人、編碼器、信息接收線圈、解碼器；
7.所述逆變器與配電網開關站直流屏連接並接收所述配電網開關站直流屏提供的直流電，所述逆變器將直流電轉換為交流電；所述發射線圈與所述逆變器連接，用於將交流電轉換為電磁能量信號；所述能量接收線圈接收所述電磁能量信號並轉換為交流電；所述整流器與所述能量接收線圈連接，用於將交流電整流為直流電提供給所述巡檢機器人；
8.所述編碼器用於將操控信息編碼後發送至所述發射線圈；所述發射線圈將電磁能量信號的能量波形和操控信息的信息波形疊加；所述信息接收線圈接收所述發射線圈發射的操控信息；所述解碼器與所述信息接收線圈連接，並將操控信息解碼後發送至所述巡檢機器人。
9.在本發明的一個實施例中，所述發射線圈包括發射線圈l1、發射線圈l
p1
、發射線圈l
p
，發射線圈l
p1
與編碼器串聯，發射線圈l
p1
和發射線圈l
p
耦合以實現信息的疊加；發射線圈l
p
與發射線圈l1串聯，發射線圈l1與能量接收線圈l2相對設置，用於能量的傳輸；能量接收線圈l2和信息接收線圈l
info
串聯；信息接收線圈l
info
與發射線圈l
p
耦合以實現控制信息的傳輸。
10.在本發明的一個實施例中，編碼器與發射線圈l
p1
之間還連接有電容c
p1
；通過設置發射線圈l
p1
和電容c
p1
的諧振頻率，發射線圈l
p
和發射線圈l
p1
的匝數變比實現對信息的疊加控制。
11.在本發明的一個實施例中，發射線圈l1的兩端還連接有電容c
p
，能量接收線圈l2的兩端還連接有電容c
info
。
12.在本發明的一個實施例中，發射線圈l1夾在發射線圈l
p1
和發射線圈l
p
之間。
13.在本發明的一個實施例中，信息接收線圈l
info
為順時針方向繞制；能量接收線圈l2從左側繞組內側向外以逆時針繞制，再從右側繞組外層向內順時針方向繞制。
14.在本發明的一個實施例中，還包括可控開關，所述可控開關設於所述逆變器與配電網開關站直流屏之間。
15.在本發明的一個實施例中，包括發射側外殼，所述發射側外殼和發射線圈構成發射端，所述發射線圈設於發射側外殼內。
16.在本發明的一個實施例中，還包括接收側外殼，所述能量接收線圈、信息接收線圈和接收側外殼構成接收端，所述能量接收線圈、信息接收線圈設於接收側外殼內。
17.在本發明的一個實施例中，所述發射側外殼內還設有十字移動槽，所述接收側外殼內還設有十字導向件，所述十字導向件在所述十字移動槽內滑動，用於保證巡檢機器人沿預定方向移動。
18.本發明的有益效果：
19.本發明配電網開關站操作臂的無線供電系統避免了和巡檢機器人直接的電氣連接，可以保證在櫃體或者巡檢機器人任意一側發生故障時，另一側不會受到直接電氣衝擊影響，提高了設備的運行安全和穩定。
20.同時，無線供電系統使巡檢機器人在軌道的任意一位置都能夠接收到能量和信息，並且能量與信息通過同一線圈發射給接收端，避免了因移動供電導軌斷線導致機器停止運轉。
21.其次，可通過能量與信息不同的頻率和相位控制，實現遙控信息與能量的同時無線傳輸，不需要額外的通信裝置，縮小了巡檢機器人的體積，降低供電需求。
22.上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
附圖說明
23.圖1是本發明實施例中配電網開關站操作臂的無線供電系統的示意圖；
24.圖2是本發明實施例中配電網開關站操作臂的無線供電系統的控制流程圖；
25.圖3是本發明實施例中配電網開關站操作臂的無線供電系統的電路圖；
26.圖4是本發明實施例中發射線圈的結構示意圖；
27.圖5是本發明實施例中信息接收線圈和能量接收線圈的結構示意圖；
28.圖6是本發明實施例中信息接收線圈和能量接收線圈的繞制方向示意圖；
29.圖7是本發明實施例中配電網開關站操作臂的無線供電系統中發射側的正視圖；
30.圖8是本發明實施例中配電網開關站操作臂的無線供電系統中發射側的俯視圖；
31.圖9是本發明實施例中配電網開關站操作臂的無線供電系統中發射側的左視圖；
32.圖10是本發明實施例中配電網開關站操作臂的無線供電系統中接收側的正視圖；
33.圖11是本發明實施例中配電網開關站操作臂的無線供電系統中接收側的俯視圖；
34.圖12是本發明實施例中配電網開關站操作臂的無線供電系統中接收側的側視圖。
35.標記說明：
36.11、發射側外殼；12、發射線圈；13、十字移動槽；
37.21、接收側外殼；22、能量接收線圈；23、信息接收線圈；24、十字導向件。
具體實施方式
38.下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好地理解本發明並能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
39.如圖1所示，本發明優選實施例公開了一種配電網開關站操作臂的無線供電系統，所述配電網開關站操作臂的無線供電系統包括：逆變器、發射線圈、能量接收線圈、整流器、巡檢機器人(操作臂)、編碼器、信息接收線圈、解碼器。
40.所述逆變器與配電網開關站直流屏連接並接收所述配電網開關站直流屏提供的直流電，所述逆變器將直流電轉換為交流電；所述發射線圈與所述逆變器連接，用於將交流電轉換為電磁能量信號；所述能量接收線圈接收所述電磁能量信號並轉換為交流電；所述整流器與所述能量接收線圈連接，用於將交流電整流為直流電提供給所述巡檢機器人。
41.所述編碼器用於將操控信息編碼後發送至所述發射線圈；所述發射線圈將電磁能量信號的能量波形和操控信息的信息波形疊加；所述信息接收線圈接收所述發射線圈發射的操控信息；所述解碼器與所述信息接收線圈連接，並將操控信息解碼後發送至所述巡檢機器人。
42.本發明配電網開關站操作臂的無線供電系統避免了和巡檢機器人直接的電氣連接，可以保證在櫃體或者巡檢機器人任意一側發生故障時，另一側不會受到直接電氣衝擊影響，提高了設備的運行安全和穩定。
43.同時，無線供電系統使巡檢機器人在軌道的任意一位置都能夠接收到能量和信息，並且能量與信息通過同一線圈發射給接收端，避免了因移動供電導軌斷線導致機器停止運轉。
44.其次，可通過能量與信息不同的頻率和相位控制，實現遙控信息與能量的同時無線傳輸，不需要額外的通信裝置，縮小了巡檢機器人的體積，降低供電需求。
45.進一步地，還包括可控開關，所述可控開關設於所述逆變器與配電網開關站直流屏之間。其中可控開關是為了在巡檢機器人出現故障時可以有效斷開供電系統。
46.參照圖2，為本發明實施例中配電網開關站操作臂的無線供電系統的控制流程圖。控制開始後，首先自檢巡檢機器人的無線供電系統中發射線圈和接收線圈是否正常。若出現短路及線圈間存在異物時，線圈內電流大於閾值，上位機接收到報警信號並自動生成結束指令，巡檢機器人退出運行狀態；若出現斷路時，線圈中沒有電流，上位機接收到報警信號並自動生成結束指令，巡檢機器人退出運行狀態。信息接收線圈自檢出現斷路時，上位機接收到報警信號並自動生成結束指令，巡檢機器人退出運行狀態。
47.發射線圈和接收線圈檢查正常後，檢查是否有檢修命令。若處於檢修命令，則開關站所有巡檢操作由運維人員完成，巡檢機器人推出運行狀態；若無檢修命令，則啟動巡檢機器人無線供電系統和執行裝置。
48.啟動完成後巡檢機器人恢復初始位置，判斷是否有人工結束指令，若有則巡檢機
器人退出運行狀態，若無則檢查是否有操作命令。若有操作命令，則移動到相應位置後完成操作，操作完成後回到初始位置等待下一個命令；若沒有操作命令，則在初始位置繼續等待。
49.可選地，該控制流程以編程的方式存在於計算機中，通過計算機實現對本發明實施例中配電網開關站操作臂的無線供電系統的控制。
50.參照圖3，為本發明實施例中配電網開關站操作臂的無線供電系統的電路圖；v
in
為配電網開關站直流屏提供的直流電。
51.所述發射線圈包括發射線圈l1、發射線圈l
p1
、發射線圈l
p
，發射線圈l
p1
與編碼器串聯，發射線圈l
p1
和發射線圈l
p
耦合以實現信息的疊加；發射線圈l
p
與發射線圈l1串聯，發射線圈l1與能量接收線圈l2相對設置，用於能量的傳輸；能量接收線圈l2和信息接收線圈l
info
串聯；信息接收線圈l
info
與發射線圈l
p
耦合以實現控制信息的傳輸。操控信息通過編碼器編譯後，與激勵源串聯形成載有控制信息的波形，通過發射線圈l
p1
與發射線圈l
p
的耦合疊加到主電路中。
52.其中，編碼器與發射線圈l
p1
之間還連接有電容c
p1
；通過設置發射線圈l
p1
和電容c
p1
的諧振頻率，發射線圈l
p
和發射線圈l
p1
的匝數變比實現對信息的疊加控制。
53.發射線圈l1的兩端還連接有電容c
p
能量接收線圈l2的兩端還連接有電容c
info
。發射線圈l
p1
與發射線圈l1之間還連接有電容c1，信息接收線圈l
info
和能量接收線圈l2之間還連接有電容c2。
54.其中，l
p
，c
p
，c1和c2構成補償網絡，用於提供無線電能傳輸效率。l
p
一部分用於構成補償網絡，一部分與和l
p1
構成耦合，實現信息的疊加；l1與l2耦合係數為k
12
；l
p
與l
info
耦合係數為k
info
。
55.電感與電容直接滿足如下幾個公式：
[0056][0057][0058]
ω
info
≠ω
[0059]
參照圖4，為本發明實施例中信息接收線圈和能量接收線圈的結構示意圖；發射線圈l1夾在發射線圈l
p1
和發射線圈l
p
之間。
[0060]
參照圖5和6，信息接收線圈l
info
為順時針方向繞制；能量接收線圈l2從左側繞組內側向外以逆時針繞制，再從右側繞組外層向內順時針方向繞制。
[0061]
從線圈排布中可以發現，接收線圈l2左側形成的磁場與右側形成的磁場向量和為零，即穿過信息接收線圈l
info
的磁通為零，為自然解耦繞組。所以，發射側的能量接收線圈和接收側的能量接收線圈存在耦合關係；發射側的兩個信息疊加線圈和接收側的信息接收線圈存在耦合關係。能量接收線圈與信息接收線圈之間自然解耦。
[0062]
參照圖7-9所示，本發明優選實施例中的配電網開關站操作臂的無線供電系統還包括發射側外殼11，所述發射側外殼11和發射線圈12構成發射端，所述發射線圈12設於發射側外殼11內，所述發射側外殼11內還設有十字移動槽13。
[0063]
參照圖10-12所示，本發明優選實施例中的配電網開關站操作臂的無線供電系統還包括接收側外殼21，所述能量接收線圈22、信息接收線圈23和接收側外殼21構成接收端，所述能量接收線圈22、信息接收線圈23設於接收側外殼21內。
[0064]
所述接收側外殼21內還設有十字導向件24，所述十字導向件24在所述十字移動槽13內滑動，用於保證巡檢機器人沿預定方向移動。
[0065]
本領域內的技術人員應明白，本技術的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本技術可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本技術可採用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限於磁碟存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的電腦程式產品的形式。
[0066]
本技術是參照根據本技術實施例的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
[0067]
這些電腦程式指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
[0068]
這些電腦程式指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
[0069]
以上實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護範圍不限於此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護範圍之內。本發明的保護範圍以權利要求書為準。