[00334074]基于谐振耦合式无线供电技术的配电设备的研制

1、项目来源及新产品 《基于谐振耦合式无线供电技术的配电设备的研制》项目属于2015年度广东省协同创新与平台环境建设专项资金项目。本项目成功研制了基于谐振耦合式无线供电技术的配电开关柜成套设备VSR3-12（Z）/T630-25（FDR-140）环网真空自动配电开关柜（无线供电）新产品,成套设备通过了第三方试验验证,各项技术指标满足设计要求。 2、关键技术及创新点 （1）无线供电系统,基于谐振耦合式无线供电技术的配电无线供电系统研究,主要解决高压输电线路上辅助设备的供电比较困难的问题。无线供电系统可以从高压输电线路上取电,并输出稳定的直流电供给用电设备,保证电网高低压端之间至少有30cm的电气隔离,提高了配电设备供电可靠性、维护便利性及安全性。 （2）无线供电技术,谐振耦合式无线供电技术的主要特点在于系统能够根据发射线圈和接收线圈耦合磁场变化、主电路参数变化以及负载变化,实时跟随优化系统的频率,从而提高系统总体上（电源至负载）的功率和效率,既可应用于固定频率条件下失谐问题的解决方案,也可应用于频率可变稳定功率和效率的场合,可以广泛应用于配电一次设备状态监测。 （3）功率因数校正,将PFC功率因数校正技术应用于谐振耦合式无线供电电能传输系统,实现无线供电系统高效率、大功率电能传输。无线供电接收模块由不可控高频整流电路和Buck-Boost DC-DC变换器及其电源管理电路组成,将接收线圈输出的交流电变换成48V直流电。 （4）电力电子软开关,本项目采用新型基于电力电子软开关的高频逆变电路设计,实现谐振耦合式无线电能系统的高效率、大功率传输。提出的软开关高频功率放大电路拓扑只有一个开关管、一个缓冲电容和一个储能滤波电感,并结合发射线圈与发射线圈的调谐电容就可以构造高频功率源,电路简单、元器件少、损耗接近于零,非常适合用作无线电能传输。 （5）短距离无线供电,短距离无线供电模块由发送模块和接收模块两部分组成,两个模块配合实现无线电能的传输。收发线圈距离30cm,无线供电模块功率传输可达100W,效率可达50%,工作温度范围为-40℃-70℃。具备高电压（DC48V）、大功率,强磁场抗干扰设计。 3、知识产权 （1）已授权发明专利3项,一种基于分形平面线圈的多频谐振无线电能传输系统,专利号ZL201410737725.9;一种高压输电线路的取电装置,专利号ZL201410737941.3;谐振耦合式无线电能传输装置的高频功率源,专利号ZL201510015042.7 。 （2）已授权实用新型专利4项,频率自优化动态调谐的磁耦合谐振无线输电装置,专利号ZL201520023511.5;谐振耦合式无线电能传输装置的高频功率源,专利号ZL201520019677.X;一种高压输电线路的取电装置,专利号ZL201420761610.9;一种基于分形平面线圈的多频谐振无线电能传输系统,专利号ZL201420761595.8。 （3）已受理发明专利1项,频率自优化动态调谐的磁耦合谐振无线输电装置,申请号201510017622.X。 （4）发表论文2篇,A magnetic coupled resonance WPT system design method of double-end impedance converter networks with Class-E amplifier. Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2015;谐振式无线电能传输软开关高频逆变器设计.电力电子技术.2015年10月。 （5）技术研究报告4份,《适合于配电设备供电的谐振耦合式无线电能传输系统技术研究报告》、《配电设备无线供电技术 收发线圈电磁场仿真分析报告》;《适合于配电设备供电的谐振耦合式无线供电模块技术研究报告》;《谐振耦合式无线供电系统于配电开关柜设备中的集成应用技术研究报告》。 4、产品应用情况 研制的VSR3-12（Z）/T630-25（FDR-140）环网真空自动配电开关柜（无线供电）产品已通过了国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心的试验验证并实现批量应用。产品已在北京、山东、云南、深圳等地10kV电缆网配电线路挂网运行,获得用户的一致好评,认为产品质量稳定、运行可靠、性能优越、操作简单方便,整体运行情况良好。 5、社会经济效益 本项目研制的“基于谐振耦合式无线供电技术”的10kV配电设备已得到广泛应用,截止2016年12月31日,实现新增销售收入4734.73万元、新增利税1226.19万元、新增上缴税金444.46万元,产生较好的经济效益。本产品在环网柜无线供电技术等方面属于国内外*,达到了国际领先水平,大幅度提高了配电设备的运行可靠性和配电线路的供电可靠性,减少了用户停电时间,对于促进国民经济的快速发展具有重要意义。