无线电能传输范文
时间：2023-04-06 01:16:59
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中图分类号：TM724 文献标识码：A
1无线电能传输的定义
无线电能传输又称无接触电能传输是一种传输电能的新技术，它将电能通过电磁耦合、射频微波、激光等载体进行传输。这种技术解决了电力自身的两大缺点：不易储存和不易传输，同时也解除了对于导线的依赖，从而得到更加方便和广阔的应用。
2无线电能传输发展历史
19世纪末被誉为“迎来电力时代的天才”的特斯拉在电气与无线电技术方面做出了突出贡献。1881年发现了旋转磁场原理，并用于制造感应电动机，次年进行试制且运转成功。1888年发明多相交流传输及配电系统；1889-1990年制成赫兹振荡器。1891年发明高频变压器（特斯拉线圈），现仍广泛用于无线电、电视机及其他电子设备，他曾致力于研究无线传输信号及能量的可能性，并在1899年演示了不用导线采用高频电流的电动机，但由于效率低和对安全方面的担忧，无线电力传输的技术无突破性进展。
2001年5月，国际无线电力传输技术会议在法属留尼汪岛召开期间，法国国家科学研究中心的皮格努莱特，利用微波无线传输电能点亮40m外一个200W的灯泡。其后，2003年在岛上建造的10kW试验型微波输电装置，已开始以2.45GHz频率向接近1km的格朗巴桑村进行点对点无线供电。
2007年6月麻省理工学院的研究人员已经实现了在短距离内的无线电力传输，他们通过电磁感应利用磁耦合共振原理成功地点亮了离电源2m多远处的一个60w灯泡。
2008年9月，北美电力研讨会最新的论文显示，他们已经在美国内华达州的雷电实验室成功的将800W电力用无线的方式传输到5m远的距离。
3无线电能传输方式
3.1电磁感应式
电磁感应式又称为非接触感应式，电能传输电路的基本特征就是原副边电路分离。原边电路与副边电路之间有一段空隙，通过磁场耦合感应相联系。根据无接触变压器初、次级之间所处的相对运动状态，新型无接触电能传输系统可分为：分离式、移动式和旋转式，分别给相对于初级绕组保持静止、移动和旋转的电气设备供电。
电磁感应式的特点是：（1）较大气隙存在，使得原副边无电接触，弥补了传统接触式电能的固有缺陷；（2）较大气隙的存在使得系统构成的耦合关系属于松耦合，使得漏磁与激磁想当，甚至比激磁高；（3）传输距离较短，实际上多在毫米级。
3.2电磁共振式
电磁共振式又称WiTricityj技术是由麻省理工学院物理系、电子工程、计算机科学系，以及军事奈米技术研究所的研究人员提出的。系统采用两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，能量在两物体间交互，利用线圈及放置两端的平板电容器，共同组成谐振电路，实现能量的无线传输。
电磁共振式的特点：（1）利用磁场通过近场传输，辐射小，具有方向性。（2）中等距离传输，传输效率较高。（3）能量传输不受空间障碍物（非磁性）影响。（4）传输效果与频率计天线尺寸关系密切。
3.3微波式
先通过磁控管将电能转变为微波能形式，再由发射天线将微波束送出，接收天线接收后由整流设备将微波能量抓换为电能。
微波式特点：（1）传输距离远，频率越高，传播的能量越大。在大气中能量传递损耗很小，能量传输不受地球引力差的影响；（2）微波式波长介于无线电波和红外线辐射的电磁波，容易对通信造成干扰；（3）能量束难以集中，能量散射损耗大，定向性差，传输率低。
4无线电能传输需要解决的问题
4.1电磁辐射安全问题
对人身安全和周围环境的影响需要解决。由于无线能量的传输既不像传统的供电方式那样可以在传输路径上得到很好的控制也不像无线通讯那样传送微小的功率。高能量的能量密度势必会对人身安全及健康带来影响。对激光则在功率密度小于2.5mW/cm2才能保证对人体无伤害。所以采用无线输电时要考虑避免对人身的伤害。
4.2电磁兼容性
无线能量传输系统在工作时周围空间会存在高频电磁场，这就要求系统本身具有较高的电磁兼容指标。系统要发生电磁兼容性问题，必须存在三个因素，即电磁骚扰源、耦合途径、敏感设备。所以，在遇到电磁兼容问题时，要从这三个因素入手，对症下药，消除其中某一个因素，就能解决电磁兼容问题。因此采取有效的抗干扰措施、屏蔽技术、合理使用电磁波不同的频段、避免交叉，重叠等造成不必要的电磁干扰。
4.3系统整体性能有待提高
目前无线能量传输技术整体上传输的效率不高，主要原因是能量的控制比较困难，无法真正实现能量点对点的传送在传输的过程中会散射等损耗一部分能量，能量转换器的效率不高也是影响整个系统效率的关键因素。当然随着电子技术的不断进步，传输的效率也会逐渐提高。
4.4传输距离、效率、功率、装置体积之间的关系
对于无线能量传输技术中几个关键性的指标：传输距离、传输效率、传输功率、装置体积等。一般情况下，传输距离越近、装置体积越大、传输效率就越高、传输功率就越大。如何尽可能地减小装置体积、提高传输距离、效率和功率是无线输电技术重点研究的方向之一，也是小功率设备实现无线输电的前提。
参考文献
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（合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥230009）
摘要：磁耦合谐振式无线电能传输技术作为一种新兴无线能量传输技术，具有传输距离远、传输功率大、传输效率高、无辐射性和穿透性等优点。基于等效电路模型建立了磁耦合谐振式无线输电串串式拓扑模型，给出了输出功率、传输效率的计算方法，搭建了磁耦合谐振式无线电能传输试验平台，通过仿真与实验，分析了线圈距离、工作频率、负载电阻以及系统谐振对输出功率、传输效率的作用规律，为磁耦合谐振式无线电能传输系统的设计及参数优化提供了理论依据。
关键词 ：无线电能传输；磁耦合谐振；串串式模型；输出功率；传输效率
中图分类号：TN751.1+2?34；TM724 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）17?0127?06
0 引言
自从第二次工业革命以来，人类社会便进入了电气化时代。大至遍布全球各地的电网、高压线，小到各种家用电气设备，电能的传输主要通过点对点直接接触传输。这种传统的接触式电能传输由于存在诸如产生接触火花，影响供电的安全性和可靠性，同时传统的电能传输供电产生大量的废旧电池，对环境造成很大的污染[1]。因此探求一种更为灵活、方便的电能传输方式迫在眉睫，多年来国内外的科学家开展了很多探索研究工作，但进展缓慢。2007年，美国麻省理工学院（MIT）基于磁耦合谐振原理在2 m 的距离内将一个60 W 的灯泡点亮，传输效率[2]达40%。随后，磁耦合谐振式无线电能传输技术成为国内外学者研究的热点。
无线电能传输系统的主要性能指标在于系统的传输距离、传输功率、效率等。目前国内外对磁耦合谐振式无线电能传输的研究还处于理论研究和初步实验阶段，MIT 的分析也局限在物理方面的分析[3]。在传输距离、效率方面，Steven 等人研究了中继线圈对提高传输距离的效果及其理论分析[4]；李阳等研究了发射、接收线圈的匝数及线圈半径的大小对传输效率和传输距离的影响[5]；朱春波等通过仿真和实验研究了不同的工作频率和传输距离、传输效率的关系[6]。这些研究成果的应用较大地提高了无线传输的距离及效率，但目前还没有针对每一个特定负载系统，分析如何选择各个影响因素，保证无线传输系统有较好的输出功率、传输效率。
本文基于等效电路模型，建立磁耦合谐振式无线电能传输串串式拓扑模型，给出输出功率、传输效率的计算方法，搭建磁耦合谐振式无线电能传输试验平台，通过仿真与实验相结合，分析线圈距离、工作频率、负载电阻以及系统谐振对输出功率、传输效率的作用规律。针对每一个特定负载的无线电能传输系统，选择合适的传输特性因素，保证系统有较好的输出功率、传输效率。这些为提高无线电能输出功率、传输效率提供了参考和借鉴，也为磁耦合谐振式无线电能传输系统的产品应用提供了设计依据。
1 无线电能传输系统模型
1.1 无线电能传输系统工作原理
典型的磁耦合谐振式无线电能传输系统原理如图1所示，直流电源经过交流逆变后由发射线圈进行电磁变换，接收线圈感应到此磁场能量后进行磁电变换，变换后的电能经过整流滤波稳压供一般直流负载使用。
实验标准值与仿真标准值存在一定差别：一方面由于在近距离情况下M ≈ πμ0 r4 N 2D3，误差较大；另一方面由于在高频情况下，绕制线圈导线会产生一定的趋肤效应，从而减小导线有效面积，增加等效电阻，影响能量传输。
5 结语
（1）本文从等效电路模型角度出发，建立磁耦合谐振式无线电能传输串串式拓扑模型，给出输出功率、传输效率的计算方法，系统分析了输出功率、传输效率与线圈距离、工作频率、负载电阻以及系统谐振之间的关系；
篇3
无线能量传输，即用电设备以非接触方式从固定电网获取电能的技术，一直是近年来物联网方面研究的热点。一个多世纪以来不断有国内外的学者对此进行研究。一些小型的无线能量传输设备已经被制造出来，但在规模和能量传输方面的效率却很低。本文通过分析现有的无线能量传输技术和国内外相关研究的现状，提出一些在无线能量方面的想法，以提高无线能量传输的效率。
【关键词】物联网 无线能量 传输 电磁波
1 研究背景分析
无线能量传输是指能量从能量源节点传输到受电节点的过程。在传统能量传输中我们使用有线方式来实现能量的传输，有线能量传输有很多的优点，例如，可以保证能量传输的效率，可以人为地控制能量传输的方向。但与此同时，有线能量传输也带来了很多的问题，如在布线过程中资源的损耗，布线时人力消耗，特别是在山区或者交通不便的区域，设置电线带来的巨大的人力消耗，同时也为施工人员带来了巨大的安全隐患。因此，无线能量传输越来越受到人们的青睐也成为了近年来物联网领域的研究热点之一。相比于有线传输，无线能量传输可以明显降低资源和人力的消耗，同时在农业、通信、军事等领域都有巨大的应用前景。
2 无线能量传输的原理与分类
物联网节点间无线能量传输系统主要由能量发射源节点，能量受电节点，能量发射天线等几部分组成。与无线通信系统相似，无线能量传输同样使用无线电波作为能量的载体，由能量发射源节点经由天线发射出载有能量的无线电波，再由受电节点将其接收，这样就完成了无线能量传输的过程。
无线能量传输大致可以分为三类：第一类是应用电磁感应技术，在传统变压器的基础上的基础上进行改进，变压器两侧分离，实现非接触的短程电能传输；第二类是以微波或激光的形式，通过发送和接收天线，实现远程能量传输；第三类是通过非辐射电场或磁场耦合的电磁谐振原理，实现中距离的无线电能传输。
3 国内外无线能量传输的现状
在无线能量传输领域率先做出重大突破的是麻省理工学院的Soljacic助理教授。在2007年，由他领导的研究小组成功地将一盏近距离外的60w灯泡点亮，并且将效率提升到了40%，他的实验验证了所提出的无限能量传输方式的可行性，并且将效率提升到了一个新的高度，由此人们看到了无线能量传输在实际生活中的可行性。
继Soljacic领导的研究小组取得突破后，美国内达华雷电实验室的G.E.Leyh等在耦合谐振无线能量传输实验上也取得了瞩目的成就，他用两个空心变压器作为无线能量传输的发射与接收端，变压器与电极连接，成功地将800w的电力用无线的方式传输到5m远的距离。
国内在无线能量传输领域也取得了很大的进展。其中比较显著的是华南理工大学张波教授课题组的研究，他们提出了谐振耦合电能无线传输技术，即利用两个发生谐振耦合的电路捕捉随距离衰减的电磁场的技术。此外中山大学的朱允中教授也在无线能量传输方面提出了一种新的系统，极大地拓宽了无线传输领域的应用范围。
4 物联网节点能量无线传输面临的挑战
虽然近年来无线能量传输领域取得了极大地发展，研究的人员和机构也不断地增加，各项研究成果也如雨后春笋般地涌现，但结合近几年研究的成果，我们不难看出现今无线能量传输领域依旧面临着很多的挑战：
4.1 无线能量传输的距离和效率问题
无线能量传输可以解决有线能量传输的很多问题，极大地减小资源和人力的消耗，降低能量传输的成本，但是却存在不可避免的效率问题。由于无线能量传输以无线电波为载体，在电磁波的传递过程由于传播方向的不确定性和电波在传播过程中受到的干扰与反射问题，极易出现能量的损耗，随着传输距离的增加，能量传输的效率必然也会出现急剧的下降。
4.2 物联网节点分布与效率问题
物联网节点设备一般较小，且在实现物联网节点无线能量传输系统时，设置的节点较多，不同节点之间能量的传输极易产生电磁波的干扰，影响能量传输的效率。
4.3 节点传输容量与效率问题
由于受到节点体积和传输容量的限制，在节点之间实现无线能量传输的过程中其传输容量的限制也会对传输效率产生较大的影响。
4.4 能量传输的安全性和可靠性
无线能量传输以电磁波为载体进行能量的传递，与无线通信系统一样，在传播过程中同样会面临电磁波之间的干扰与电波被截获的问题，可能会出现电磁波的失真与丢失窃取问题，因此在安全性与能量传输的可靠性方面也会带来严峻的挑战。
5 节点无线能量传输新的想法
经过之前的分析，我们可以发现对于物联网节点无线传输技术，面临的主要问题是在能量传输距离与效率方面的挑战。于是我们提出了一种新的思路供大家参考。
考虑到物联网节点间的无线能量传输主要是在节点之间进行，且能量主要由电磁波为载体来进行传递。载有能量的电磁波由源节点发射，被受电节点接收，能量的损耗主要发生在传播的过程，因此我们可以在能量传输的过程间布置过渡节点，能量由源节点发射后传递给过渡节点，过渡节点接收电磁波后以电磁波共振的原理将电波向下一个过渡节点进行传递，通过共振传递电磁波可以让电磁波在尽可能不失真的情况下将电磁波传得更远，以此达到降低传输过程中能量损耗的问题。
6 总结
无线能量传输不仅在物联网领域可以产生划时代的成就，在其他如医疗、Adhoc网络节点分布、农业、军事等领域也有着广阔的应用前景。由于无线能量传输主要是利用电磁波进行能量的传输，因此可以避免有线能量传输和电池供电设备出现的很多问题，现今一些短距离无线能量传输设备已经制造出来并投入实验使用中，如果可以在传输距离与效率上取得更大的突破，那么无线能量传输将在更广阔的领域发挥更加重要的作用。
篇4
随着时代的发展，科技的进步，我国的无线通信技术也在不断创新进步。传输数据的容量越来越大，速度越来越快，供电模式由传统的电线供电发展为更加方便节能环保的太阳能供电，在自动化生产、监控技术、交通管理等部门得到了广泛的应用。本文就太阳能供电GPRS无线数据传输系统进行了简单的介绍。
【关键词】太阳能 GPRS 数据传输 系统设计
GPRS是从GSM网络中发展出的一种数据传输服务，与卫星通信服务相比更加廉价，同时也能基本满足业务需要，被广泛的应用到工业生产和工业测控的实时数据采集和传输当中。GPRS无线数据传输系统是一种非常好的远程数据传输方式，传输速度快、安全性高、成本低、覆盖面广，同时用户可以直接使用现有的网络，不用自己建设，也不需要铺设网络线路，大大节省了开发费用。无线数据传输系统包括三个功能模块：供电模块、无线通信和数据采集。传统供电方式需要铺设供电线路，改用太阳能供电后，供电成本得到了有效降低。
1 GPRS无线数据传输系统的总体设计
GPRS无线数据传输系统可应用到很多领域，下文我们以某河道的水位监测远程监控为例，对GPRS无线数据传输系统进行分析设计。
1.1 系统功能分析
河道水位监测的特点是单个监测点数据量小、监测点数目多、实时性要求低、监测点较为分散，若是采用基本的人工监测，会耗费大量的人力物力，但工作成果却是有限的。随着科技的发展，我们将网络通信技术引入，采用太阳能供电GPRS无线数据传输系统进行实时监测，将现场采集到的监控数据利用无线网络传输到监控中心，有效降低了监控成本，并为后期的数据分析工作打下了良好的基础。具体的系统功能要求包括：
太阳能供电功能，以太阳能电池为主，并配备蓄电池装置，防止连续阴天时太阳能电池无法供电；数据采集功能，该系统要在规定的时间进行数据采集，按事先定好的程序处理后存储在内存中，等待传输；无线数据传输功能，采用GPRS无线数据通信技术将采集好的数据传输到监控中心；数据存储功能，终端的数据存储器要将一周之内测得的数据按照时间保存好；参数设置显示功能，能够显示该系统的现时工作状态，并能根据实际状况调整参数；自动报警功能，当检测数据超出了警戒范围或供电电压不足时，该系统要能向监控中心报警；终端管理功能，监控中心可以对现场监控设备远程调整工作参数和数据采集时间。
1.2 系统总体架构
针对河道水位监测的系统设计按照功能划分可以分为：电源供应层，太阳能供电；采用现场传感器进行采集的数据采集层；利用GPRS无线设备进行数据传输的传输层；利用GPRS构建的网络通信层；上位机应用层，指的是监控中心。系统的网络架构是整个系统设计中最为重要的部分之一，我们要根据网络架构设计组建系统、设计通信协议和系统数据采集终端的软硬件。
1.3 GPRS网络结构分析
GPRS网络是在已有的GSM网络基础上构建的，引入了三个组件，GGSN、SGSN和PCU。这些组件可以帮助用户分组发送接收数据，以MS代表移动台、BSS代表基站子系统、Um代表无线空中接口、SGSN用于处理数据交互、GGSN用于连接GPRS网络和外部网，介绍GPRS网络是如何工作的。
首先，MS利用无线通信连接GPRS蜂窝电话，随后GPRS蜂窝电话连接GSM基站，将数据分组传送给SGSN，数据处理后，若是归于内部网，则传送回MS，若是需要传送给外网的，则将数据传送给GGSN。若是数据最开始就是外部网络传输过来的，则由GGSN传送给SGSN进行判断，是否输送给相应的MS。
2 太阳能供电模块设计
2.1 太阳能供电模块的基本组成
太阳能电池在设计时要考虑到太阳能的特性，非连续性供应能源且强弱程度没有规律，采用将收集到的不稳定电能转化为蓄电池储存电能，再由蓄电池进行供电。供电模块可以分为四个部分：电池板、充放电控制电路、蓄电池、电源调理电路。
太阳能电池板是GPRS无线数据传输系统的能量源，由多个单元串并联而得，能够将不稳定太阳能转化为不稳定电能；
充放电控制电路的功能是将不稳定的电能转化储蓄电能，其运行的状态控制着整个太阳能供电模块的状态；
蓄电池除了储存电能以外，还要在阴天没有太阳的时候承担起供电的任务，向负载提供电力，一般采用酸铅蓄电池；
电源调理电路的功能是调节输出电压，为负载提供稳定的输出电压。
2.2 太阳能电池的输出特性
太阳能电池是非线性的电子元件，通过实验研究可知，太阳能的输出会受到日照强度和温度的影响。随着日照强度的增强，输出短路电流和最大功率也会显著上升；随着温度的升高，开路电压成下降趋势；总体的输出功率随着日照强的增强而升高，随着温度的上升而减小。
2.3 铅酸蓄电池的充电控制
铅酸蓄电池的充电方式有：恒流法、恒压法、二阶段法、三阶段法。
恒流法控制简单但是利用率较低，且会析出过多的气体；恒压法充电时间短而且效率较高，但是充电初期的充电电流有可能会给电池造成损伤，而且选择充电电压时若是没选合适的电压会浪费很多时间；二阶段法能够克服以上两种方法的一定缺点，先采用恒流法直到电压满足规定的电压值，改为恒压法，这种方式能够有效保护电池，析出气体较少；三阶段法指的是在二阶段法之后继续进行微小电流充电，补充自放电引起的电量损失，又叫浮充。
3 结语
本文以河道水位监测为例，对太阳能供电的GPRS无线数据传输系统设计进行了介绍，说明该系统在实际应用中的可行性很高，适合大范围推广。
参考文献
[1]尤后兴，陈丹，汤彬.基于GPRS无线数据传输系统的设计与实现[J].重庆工学院学报，2005（05）.
[2]吴炎彪.太阳能无线数据采集系统设计与研究[D].杭州电子科技大学，2009.
[3]王修强，周新志.基于GPRS无线数据传输系统的设计与实现[J].中国新通信，2010（09）.
篇5
Research on Power Transmission Mode and Development Trend of Wireless Delivery
朱先清 ZHU Xian-qing；牛华庆 NIU Hua-qing
（山东电力集团公司临沂供电公司，临沂276003）
（Linyi Power Supply Company，Shandong Electric Power Corporation，Linyi 276003，China）
摘要：对常规电力输送和无线电力输送从传输原理上进行介绍，主要描述了常规电力输送架空线路传输的具体组成结构和无线输电因传输距离不同而使用的传输原理。并从传输的灵活性、安全性和经济性三个方面比较了两种电力传输各自的优缺点，突出了无线电力传输在输电过程中具有良好的发展前景。以无线输电的三种原理，分别阐述了今后主要的发展方向。
Abstract: The conventional power transmission and wireless power delivery in the transmission principle are introduced, this paper mainly describes the specific structure of conventional power transmission especially overhead line transmission and wireless transmission with different transmission distance by using transmission principle. And from the three aspects of transmission that are flexibility, safety and economy，through comparing the advantages and disadvantages with two kinds of power transmission, the wireless power transmission in the transmission process shows good prospects for development. The three principles of the wireless transmission respectivelydescribe the main development directions.
关键词 ：电力输送；架空线路；无线；磁耦合共振
Key words: power transmission；overhead line；wireless；magnetic coupling resonance
中图分类号：F407.61文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）20-0193-03
0引言
电能从被探索、研究，到全面应用，在人类历史上不到300年历史，却已极大地推动了人类社会的进步；现今，人们的日常生活以及社会的正常运转，工厂的生产作业都离不开电能，它与人类息息相关，是最重要的能源之一。而输电，即电能的传输在该过程中是极其重要的环节，是电力整体系统的关键组成部分，它与变电、配电和用电一起构成整个电力系统[1]。通常，人类所能支配的电能由发电厂产生，经由负荷中心调控，分配到下级用电单位；这个过程中，输电将相距几十至数千千米不等的发电厂与负荷中心联系起来，使电能的利用超越地域的限制，更加灵活、方便，相较于其他能源的输送具备效率更高、损耗更低、环境污染程度小等优点。
目前，大规模建设的电网电力传输，因铺设方式与结构形式的不同，可简单划分为架空输电线路输送和地下输送线路输送；架空输电由线路杆塔、导线、绝缘子等构成，架设在地面之上。地下线路主要是使用电缆，铺设在地下或水域下。架空线路以其架设及维修相对方便，成本也较低优势相对于地下线路造价高、铺设难度大、发现故障及检修维护等均不方便的缺点，使得采用架空线路输电是最主要的方式。而地下线路主要用于架空线路架设困难的地区，如城市或其他特殊地区输电。架空线路输电是有线电力传输主要作业方式，大部分电力传输都涉及该种形式，一般远距离输电，需要提高电力电压进行输送，如传输距离超过50km，输送电压要求达到110kV，为高压输电，配套的设备（如变压器等）设备要求高，相应的使用和维修成大，同时输电过程存在的较大危险隐患以及维修困难等缺点；容易受到气象和环境（如大风、雷击等）的影响而引起故障，电网的形成需要占用大量土地，超高压或特高压交流输电还会造成电磁干扰等，在如今科技高度发展，电网覆盖程度不断壮大的今天，以出现诸多不便与困扰。
无线电力传输是近十年来得到极大重视和不断研究、发展的电能传输手段，该项技术早在19世纪中后期就被特斯拉提出，认为可以借用地球本身与大气来进行远距离输电，后来虽然由于资金等原因未能实现[2]，但这一理论研究为无线输电提供了研究的基石。目前，无线电力传输还不是很成熟，在一些领域，尤其是手机、家用电器等用电设备的供电与充电已研发出相应的产品；但是，如常规的电力输送（以架空输电为例），实现远距离的基站与基站的电力传输还停留在实验阶段或因传输效率等问题未能实现大面积使用推广。在今后的不断研究中将突破技术障碍，实现无线输电电网的改革。目前，最远的无线传输是2015年3月12日，日本三菱重工也宣布，科研人员将10千瓦电力转换成微波后输送，其中的部分电能成功点亮了500m外接收装置上的LED灯，说明无线传输在取代和应用是可能的。
1常规电力传输
常规电力传输是现今电力传输的主要实现方式，基于电流在导体中传导，进而传送电能的基本原理来完成整个过程。其中最主要的架空线路传输一般由导线，传导电流的核心部分；避雷针，置于杆塔顶，减少雷击的可能，保证输电线的安全；杆塔，支撑线与避雷针，保证线与线、线与地面之间的距离；绝缘子，使线之间、线与地面之间绝缘；金具，支撑、固定和连续线与绝缘子；杆塔基础，确保杆塔不会因为外力或突发事件（如大风、地陷等）而上拔、下沉或倾倒；拉线，用来平衡导线横向载荷，减少导线之间张力，降低使用成本；接地装置，通过基杆塔的接地线或接地体与大地相连，防止雷击时线路损坏。针对特殊地域（跨河、跨海等）和城市电路输送，常采用地下输送线路输送，可基本消除雷击影响的可能，不占用可使用土地，但铺设和维护成本过高，不适用远距离输送，使用范围窄；除却与杆塔相关的构建，其余组成与架空线基本相同，增大了绝缘性能，防止电流泄露。
2无线电力传输
无线电力传输根据输电距离可分为三类，即短程无线供电、中短程无线输电和远程（超远程）无线电力传输[3-4]。不同的无线输电方式所采用的原理存在差异，但其基本构成基本由五部分组成，分别为电源（发电设备）、整流器、逆变器、线圈（可为变压器或发射电波线圈）、负载（用电设备）组成，具体结构如图1。短程无线供电是基于电磁感应原理运作的，最典型的电磁感应在输电中的应用是变压器使用。变压器由一个磁芯和二个线圈（初级线圈、次级线圈）组成；当初级线圈两端加上一个交变电压时，磁芯中就会产生一个交变磁场，从而在次级线圈上感应一个相同频率的交流电压，电能就从输入电路传输至输出电路，实现短距离或超短距离电能的传输[5]。电磁感应突出的特点是带点端与用电端可为非接触式连接，其电能发射端的线圈（连接电源）与接收端的线圈（用电产品），处于两个分离的装置中，电能通过感应线圈传送，这类似一个线圈间耦合不紧密的变压器。
这种变压器原理适用于供电的防水设计、不能直接接触的供电设计（如人造器官的电池充电）等新型技术的需求。
中短程无线电力传输是基于电磁共振耦合或电磁波射频的原理实现的，当供电与用电设备之间的距离大于感应线圈直径的8倍时，此时穿过电磁感应线圈的磁感应强度大幅削弱，使电能传输的效率降低而严重影响电能的传输。而电磁共振耦合可实现超过该距离的电能传输，具体而言，整个传输系统由两个主要的线圈构成[6]；一个线圈与电源相连向外发射电磁波，为非辐射型磁场，另一个线圈的固有频率设计为磁场频率相同，振荡电流最强，而“接收”电磁波，实现电—磁—电的转化，即一个无线的电能传输。借用电磁共振耦合的原理完成的无线输电距离已完全覆盖了常规工厂或家庭电器设施用电和手机等电子设备充电的需求，使充电和用电变得更加便捷是重要的应用方向。
远程或超远程无线电力传输使用的技术手段是微波和激光[7]。一般认为以无线电磁波的形式进行远距离的电力传输不太合适，因为理论认为，电波波长越长其定向性越差、弥散性越高。而微波波长在300MHz~300GHz是介于无线电波与红外线之间，兼具无线电波传递方向性好与红外线衍射（穿透性）的特点，可用于远距离能量的传输；激光具备定向性、高亮度性和高能量性，在忽略阻碍物的条件下，很适合电能的远距离无线输送，但穿透性差且由于激光的高能量性可能带来安全隐患。因而，目前两种方式以其各自的优点在远程无线电力输送中都作为研究的方向。
3优缺点比较
3.1 灵活性
灵活性即电力输送距离可灵活变化，对于某一需求电路可直接使用或变化输电距离时添减材料和设施可以达到。对于有线电力传输，是通过电流在导体内传递来传输电能的，在不考虑超高电压输送情形下，一定范围内改变输送距离，只需设置对应的架空线即可；即便改变距离超过对应电压可输送的距离，为了降低输送过程中电能的损耗，提高输送线路电压及其安全配到设施、升高线路距地高度就能满足输送要求。具体的各级电压电力线路合理的输送功率和输送距离如表1[8]。
无线电力传输根据传输距离的不同所选择的传输工作原理也有差异，短距离——电磁感应，中距离——电磁共振耦合，长距离——微波或激光[9]；对于不同距离的电力输送和供电需求设计的电力传输装置，其工作原理是预先设计并固定使用的，用途和适用范围（距离）不容易改变，针对性强，但使用灵活性较差。同时，由于无线电力传输原理多，使用面更广，对于有线输电不易或不可能完成的传输作业均可实现，如“免电池”无线鼠标、植入式医学器件充技术、“无尾”电视、外太空能量向地面的输送等均是无线输电广泛应用表现形式[10]。
3.2 安全性
常规电网或家庭、工厂布线都离不开电线与连接元件，防止电线直接裸露在空气中造成触电或线与线之间的短路，通常在电线周围裹上绝缘子等绝缘体。但是用电与输电时刻发生在人们的周围，大量的电线与插座等在绝缘子老化后，很可能造成触电或短路的危险，严重影响使用安全。而无线电力传输的主要三种均是以电——磁（电磁波或磁场）——电的形式传递，让“电流”通过空气或其他介质传播，不会使使用者或处于介质的人员有触电的感觉，且无线电力传输技术不产生辐射，部分已无线电力传输研发的产品其安全性已经通过FCC、IEEE和CCC等标准认证，不会产生危险，避免了带电插拔、电源线短路等等可能的安全隐患。如2008年8月英特尔信息峰会上演示了采用电磁共振耦合的原理隔空1m为60W等泡供电，虽然效率只有75%，但基本满足日常灯泡供电的距离需求，不会因为布置电线而存在任何隐藏的危险。在确保安全性的前提下，中短程无线供电方式将可以彻底解决家庭、工厂布线凌乱、电器位置固定、插座破坏建筑布置美观等等问题，具备可靠地安全保障[11]。
3.3 经济性
短程电磁感应中的磁场，中程或远程的电磁波（微波和激光可视为电磁波）传播过程中不需要介质，甚至在真空中的速度接近光速。电力传输只需铺设发射端和接收端，两端主要部件均由调理电路和线圈组成，检查两端是否能正常工作即可维护整个输电线路，成本较低。而常规的有线电力传输过程需要借助介质，一般为金属介质，虽然在传播速度同样接近光速，但传播距离和传播效率受介质影响。电网中使用较多的为架空线路，其使用的介质导线材质常使用的有三种材料——铜、钢和铝。以传递过程中的电压、传输距离及最大负载作为使用材质选择条件，使用最多的铜芯铝绞线，电压越高，导线截面越大。传输线路的铺设成本随距离的增加而增加，随电压的增加而增加。以铜芯铝绞线为例，由于传输距离的改变，承载功率由10kW增长到35kW，线截面积对应的由1mm2增加到6mm2。不仅如此，对于架空线路而言，配套的配电、杆塔和其他安全设施也极大提高了成本。电压提高时，相应的设备，尤其是与安全与传递效率相关的设备，成本呈几何线增涨。架空线大部分铺设在野外，而且高压输电杆塔较高，对于维护和修理的难度很大、成本较高。
4无线输电的发展前景与方向
无线输电作为一种新型的技术还不太成熟，在传输效率与功率上还需进一步的高[12]。以磁感应原理的无线电力传输由于距离的限制，目前只应用于供电、用电部分距离很近的情形，如变压器和芯片信息识别等。中程的“磁耦合共振”是最可能替代目前架空线路的无线传输技术，其传输的距离和效率与两端线圈大小直接相关，实现两端线圈完美共振，并研发能提高传输距离与传输功率的线圈结构，将会对无线电力传输有着极大地推广作用；其次，工厂用电机械、家用电器、手机等用电设备的充电与电源之间的距离在“磁耦合共振”输电的距离之内，借用“磁耦合共振”代替传输导线、简化传输结构、提高使用安全为当前及今后无线输电的主要研究路线。随着科技的发展，对能源的需求与日俱增，地球能源有限，从太空获取额外的能源并输送到地面是将来发展的必然趋势，而远程的无线输电成了必要的基础，对微波与激光输电效率以及输电环境适应性成为今后的研究方向。
参考文献：
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[10]魏红兵，王进华，刘锐，等.电力系统中无线电能传输的技术分析[J].西南大学学报（自然科学版），2009，31（9）：163-167.
篇6
【关键词】 谐振耦合 无线充电 RFID 智能家居
一、引言
所谓无线充电技术通常指的是电能的无线传输技术，通俗的说，就是不借助实物连线实现电能的无线传达。这样做的好处是方便、快捷，减少在苛刻条件下使用电缆带来的危险性等。关于无线充电技术的研究开始较早，早在1900年，尼古拉・特拉斯就开始无线电能传输的实验，经过一百多年的发展，关于无线传电的方法多种多样，但是基本原理大概可以分为以下三种：电磁感应式、无线电波式、谐振耦合式，通过非辐射磁场内两线圈的共振效应实现中距离的无线供电。
从表1对比可知， 谐振耦合式无线充电技术的非辐射性、高效率等优点是其它无线充电技术无法相比的。所谓谐振耦合式就是利用接收线圈的电感和并联的电容形成共振回路，在接收端也组成同样共振频率的接收回路，利用谐振形成的强磁耦合来实现高效率的无线电能传输。该技术的出现引起了国内外学术界与工业界的巨大兴趣，被公认为目前最具发展前景的一种无线能量传输技术方案。
但是目前基于谐振耦合式的无线充电技术的研究偏向理论化，缺乏对实际应用有定量指导意义的研究成果，同时此技术传输功率较小远远不能完成大功率能量传输，也存在着能量损失较高等缺陷。但毋庸置疑，谐振耦合式无线充电技术对充电设备位置的灵活性以及充电设备的高效匹配性具有重要的实用价值。
二、国内外研究现状
无线能量传输的构想最早可以追溯到19世纪80年代，由著名电气工程师（物理学家）尼古拉・特斯拉（Nikola Tesla）提出。为证实这一构想，特斯拉建造了巨大的线圈用于实验使用。由于实验耗资巨大，最终因财力不足没有得到实现，随后也一直被技术发展水平所限制。
国外对无线充电技术的研究开展的比较早。1968 年，美国著名电气工程师P. E. Glaser在W. C. Brown提出的微波无线能量传输（WPT）概念的基础上提出了卫星太阳能电站（SSPS）的概念。随后美国，日本和欧洲等国都试图把这项技术作为获取新能源的手段，但由于该方案在技术上要求很高，故在实际使用上存在一定的局限性。随后，一家名为 Powercast 的公司推出了一款利用无线电波充电的充电装置，实现了距离为1米左右的低功率无线充电。
另一方面，在20世纪70年代，美国出现了电磁感应能量传输原理的无线电动牙刷。这项应用的传输功率和传输距离都不是很理想，但其无线的特征却恰好满足了其特殊条件下的应用要求。近年来，美国、日本、新西兰、德国等国家相继在这项技术上继续深入研究，目前已经研发了很多实用的产品：美国通用汽车公司研制出的 EV1 型电车；日本大阪幅库公司研制出的单轨型车和无电瓶自动货车；2013年10月，瑞典汽车制造商沃尔沃声称成功地研制出电磁感应式无线充电汽车。
国内对无线充电技术的研究相对较晚。目前在无线电波和电磁感应无线能量传输方面取得的主要成果有：2005年8月，香港城市大学电子工程学系教授许树源教授宣布成功研制出“无线电池充电平台”；中科院严陆光院士带领的研究小组从高速轨道交通的角度对运动型应用进行了性能分析；2007年2月，重庆大学自动化学院非接触电能传输技术研发课题组突破技术难点，设计的无线电能传输装置实现了600至1000W的电能输出，传输效率达到 70%。
谐振耦合式方案是2006年由美国麻省理工学院物理系助理教授 Marin Soljacic 所带领的研究团队提出来的。并于 2007 年 7 月 6 日在科学杂志《Science》上发表成果文献。团队利用该方案，成功的点亮了距离为2米外的一个60 瓦的灯泡，传输效率为40%左右。此项称为“Witricity”技术，该技术树立了无线充电技术发展史的里程碑。一年后，Marin Soljacic团队声称已将传输效率提高至90%。
由于该技术极具前景和市场，世界各国的相关机构和公司也不约而同的进行深入研究。2010 年 1 月，海尔在美国拉斯维加斯举行的国际消费电子展（CES）上展出了最新概念产品无尾电视。一方面，产品运用无线通信技术传输视频信号；另一方面，又使用谐振耦合式充电技术供电，真正实现了无线化。
三、发展疑难点及解决方案
3.1 如何克服干扰源的影响
无线能量传输系统工作在包含各种用电设备的电磁环境中，易受到外界电磁源的干扰。一方面，磁耦合谐振无线能量传输系统以磁场为能量传输介质，任何能感应到磁场的元件都可能成为负载，这种情况为无源干扰源，称为负载类干扰，干扰源称为负载类干扰体；另一方面，外磁场也会影响能量传输系统的磁场，这种情况为有源干扰，其干扰源为干扰场源。这些干扰都会降低系统的传输效率。根据无线输电原理，本文提出以下两个解决方案：（1）选择隔磁的充电空间。为了避免干扰源对能量传输系统的影响，可以把能力传输系统与干扰源隔离，故可以利用电磁屏蔽技术，使系统不受外界干扰源影响。电磁屏蔽的工作原理是利用反射和衰减来隔离电磁场的耦合，所以可以制作屏蔽体，来保护系统免受外界电磁波干扰。如屏蔽导电漆就是能用于喷涂的一种油漆，干燥形成漆膜后能起到导电的作用，从而屏蔽电磁波干扰。（2）控制能量传输系统的谐振频率。由磁耦合谐振式无线能量传输机理的研究知，能量传输系统对干扰源的频率十分敏感。在实际应用中，0.5～25MHz 尚属于空白应用频率段，因此可以在设计能量传输系统的时候，使系统的谐振频率满足电磁耦合的同时尽量处于0.5～25MHz之间，这样有可能降低实际应用中的电子设备对无线能量传输系统的影响。
3.2 如何提高传输距离
美国麻省理工学院物理系助理教授 Marin Soljacic 所带领的研究团队成功地点亮了距离为 2 米外的一个 60 瓦的灯泡。但目前这种技术的最远充电距离只能达到2.7m，传输距离较近严重限制了它的应用。由于传输距离的远近与能量传输系统的电路结构密切相关，现提出如下解决思路：改变电路参数角度来提高传输距离。研究表明，传输距离受到频率、线圈参数等的影响。线圈的谐振频率越高，传输的距离越远；线圈的线径越大，传输的距离越远；线圈的直径越大，传输的距离越远；线圈的匝数越多，近距离传输效果强于远距离传输效果。因而可以综合频率、线圈参数等因素，选定合适的电路器件，使系统传输距离较远。
3.3 是否存在有害电磁辐射
磁耦合谐振式无线充电技术的原理告诉我们，由于电感线圈的存在，必然会产生磁力线辐射，那么这样的磁场会不会造成电磁辐射危害人们的身心健康呢？在电流的辐射方面，目前无线充电器基本上将交流电整流后转换为直流电，且功率极小，业内人士也一直在强调理论上对人的健康不构成威胁。但是辐射的问题，现在也只是停留在理论分析上，到底会不会，依旧是需要更进一步的理论分析和实验研究，只能让时间来证明。
四、发展前景及创新
4.1 RFID与无线充电技术的融合
射频识别技术是利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）传播来实现无接触式信息传递并通过所传递信息达到自动识别自标的一种技术，将RFID技术与无线充电技术相结合，对每个无线充电设备嵌入RFID电子标签，读写器通过射频信号同电子标签进行通信，保证被充电设备与充电系统的完全分离，实现能量的高效率无线传输。
4.2 智能家居与无线充电技术融合
智能家居是物联化的一个体现，最终发展方向之一是终端无线化。应用无线充电技术，可以使各家电系统自动获取电能，进一步实现智能家居的自动控制化。但在无线输电过程中产生的磁场是否会影响到各级系统装置的正常工作有待进一步考证。如果相互影响问题得到有效的解决，无线充电设备与常规家电设备能有效共存，则是智能家居与无线充电两大领域的完美结合，势必进一步改变人类生活。
4.3 电动汽车与无线充电技术融合
无线充电技术对手机等小型电子产品而言，是个锦上添花的新功能，对电动车产业而言，则可能是启动整个市场的关键。对电动汽车进行无线充电，没有外露的连接器，可以彻底避免漏电、跑电等安全隐患。同时采用电磁共振式无线充电技术，可以将电源和变压器等设备隐蔽在地下，让汽车在停车处或街边特殊的充电点充电。若能将无线充电技术应用于电动车产业，将是电动车行业的一大改革。
五、结束语
谐振耦合式无线充电技术是目前最被看好的无线充电技术之一，从长远来看具有广泛发展空间及应用前景。但是每一种无线输电方式都有一系列的关键问题需要解决，如何实现电磁共振式无线充电技术应用的大型化、高效化与距离化，是各国科学家探索研究的重点。随着技术水平的提升，无线充电技术发展迅速，应用逐渐成熟，技术普及逐步实现，在未来的各种场合，无线充电技术无疑将扮演重要角色，服务全人类。
参 考 文 献
[1] 曲立楠，磁耦合谐振式无线能量传输机理的研究，哈尔滨工业大学硕士论文，2010
[2] 范明，谐振耦合式电能无线传输系统研究，太原理工大学硕士论文，2012
篇7
【关键词】微网；电动汽车；无线充电系统
电动汽车是新时期的一种低碳出行模式，符合现阶段环境污染严重的特点。电动汽车无法及时充电是导致这一技术停滞不前的重要原因。这使得电动汽车的出现成为一种必然。
1 电动汽车充电模式简介
目前，多数充电汽车可实现的充电方式就是利用充电桩或充电站与电网的连接，但是充电过程中易产生火花。甚至是磨损，很难维护，并且不能做到及时充电。而本文所提出的无线充电技术是一种以电感应和磁感应为主的一种感应方式。具有效率高、无辐射性，因此应用广泛。规模巨大的电动汽车接入电网后会产生一定的安全问题，并且我国能源的应用而言，电动车充电过程中的碳排放量并不低于传统的燃油排放，以此对于该系统的污染控制也是十分必要的。目前技术上，尚不能对电动汽车的污染进行全面控制。微网改变了大电网的运营模式，采用独立的系统和分布式电源，因此可以实现对某个区域的单独供电，减少了浪费，提高了供电效率。微网与传统的网口可以实现连接，从而吸收更多的电能。采用这种供电方式，降低了大规模供电造成的威胁，提高能源利用率、污染物排放量将明显减少，甚至可以做到零排放。对于现代环境的特点而言，采用无线充电技术是一种必然。目前常用的无线充电技术如“多端口充电”直流微网技术，该技术可用于混合动轿车。但是，单独使用微网，具有一定的冲击，因此常将微网与无线充电技术结合使用。文章通过具体的仿真实验过程对这一系统进行了详细的分析，以便于提高其在电动汽车使用中的作用。
2 采用微网的电动汽车无线充电系统
电动汽车无线充电系统以微网为核心技术，系统主要是由微网系统、无线传输线系统和充电系统组成。三个部分缺一不可，其具体的应用流程和应用效果如下。
2.1 微网系统
微网系统以干净清洁、使用方便的的光伏和蓄电池组合，温度变化对其无影响。光伏系统直接连接于直流母线，蓄电池则以双向DC-DC的方式并联在直流母线上，通过光伏的最大功率跟踪监督充放电过程。在本次设计中，白天充电，参考电压为光伏最大功率跟踪电压，并且在光伏和蓄电池协同工作基础上完成。夜间充电则相对简单，只需要蓄电池就可以完成。
2.2 无线电能传输系统
在本次设计中，还采用了电动汽车无线传输等效电路，即SS型电路拓扑结构。该结构的频率较为稳定，影响因素少。收发线圈则是整个无线充电系统的核心，其设计效果决定无线电能传输是否成功。在设计过程中，应以固有的谐振频率为标准，且保证较高的Q值。同时，必须正确设计线圈尺寸，选择合理的材质，在参数的选择上，具有一定的顺序性，优化过程要贯穿始终。目前常使用的是多股细铜线，可降低能源损耗。
2.3 电动汽车电池充电系统
将电池和无线接收线圈同时置于电动汽车上，通过AC-DC来接收产生的高频电压和电流，直流电为主，利用DC-DC控制器依据车载电池的需要来保证恒压或者电流恒定的充电过程。其具体的充电策略为：随着车载电池电能的逐渐增多，充电状态会不断的发生变化，当端口电池电压上升时，车载电池已经接近与饱和状态，车载电池电压达到其最大电压且充电电流小于其最小电流时，蓄电池充电已满，立即停止充电。
3 仿真与实验结果分析
要验证该系统设计是否合理，我们对其进行仿真实验，并将结果分析如下。在本次实验中，光伏输出选择直流电输出，这一过程可以有效的降低电量损失，并且降低了以往电器使用中易产生的谐波。与传统的大电网技术相比，该系统的成本更低，预计未来高频逆变器DC-AC可以采用100kHz的高频电压斫行电能输出。在本次设计中，还设计了经高频逆变之后的电压、电流。无线供电部分是为能量传输的核心部分，因此对整个系统的运行具有不可忽视的作用，在整个的系统中起到至关重要的作用。另外，谐振式无线电能则能够高正传输效率的提高，尤其是可以对传输数据进行优化。电动汽车的车载电池通常以日系leaf为模型，在电动汽车无法接收信号时，必须通过100kHZ的高频电压经模块进行整合。再利用DC-DC器来保证其充电过程。仿真结果可以说明该系统实施的可行性，但是要通过实验进行验证。笔者根据多年经验，提出可这一实验过程，通过部分实验得出结论。当发射端与接收端间距为30cm左右时，无线电能进行传输，为通过通道间具有隔离措施的TPS2014示波器测量到的发射端与接收端的电压曲线。测量结果显示出后者落后前者π/2个电角度，在整个过程中，理论与结果均保持一致，使电动汽车能够成为未来的主要交通工具。
4 总结
电动汽车的出现和使用将成为一种必然，但是在这一过程中，充电问题是其始终难以解决的问题，在以往多年的研究中，提倡使用大电网充电，但是这种充电容易造成浪费，并存在一定的安全隐患。而随着技术的发展，以及微网的无线充电系统开始出现在电动汽车中，本文第这一技术进行了具体的分析，将其核心技术进行了阐述。电动汽车无线充电系的方针将推进这一实验的进行，将成为未来使用的重点。从我国的现状和技术发展来看，将汽车的无线充电系统广泛使用将成为一种必然，具有广阔的应用前景。
【参考文献】
[1]杨庆新，陈海燕，徐桂芝，等.无接触电能传输技术的研究进展[J].电工技术学报，2010，25（7）.
篇8
关键词：电力系统 电能计量信息采集 通讯技术
中图分类号：TM746 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）012-087-02
通讯技术在先进的现代化技术与理论等方面的支持下，已取得较快的发展与进步，通讯技术的优势在发展中越来越鲜明，被广泛应用于各行各业的生产中，在电力系统的运行中也得到将大规模的应用，尤其是在电能信息采集方面发挥了重要作用，有效提高了电能计量信息采集的准确性与信息数据的精度，为电力系统的高效运行提供很多便利，对于实现电能计量系统的高效节能有着至关重要的意义，并在保障电力系统运行质量方面发挥着也将长期发挥重要作用。
1电能计量信息采集通讯技术
电力系统电能计量信息采集的通信组网分为两部分，即本地通信与远程通信。
1.1本地通信
客户电能计量装置与系统采集终端间的数据通信即为本地通信，本地通信因电能计量信息采集应用的不同而存在较大差异，例如：可通过RS-485总线通信方式，简单而方便地进行对公用或专用变压器的电能计量信息采集，而通过本地通信采集居民电能信息却较复杂，需要多种通信方式集合起来进行采集。本地通信的通信方式有多种，主要包括RS-485总线通信方式、低压电力线载波通信方式以及微功率无线通信方式等，其中RS-485总线通信方式的通信质量主要取决于RS-485芯片质量，RS-485芯片必须保证接收器输入端输入电阻为12千欧或以上、输入端电容低于50 pF且输入灵敏度可达到200mV，同时驱动器可输出共模电压为正负7V，若配置120欧终端电阻时有32节点数，则驱动器还可输出不低于1.5V的电压。低压电力线载波通信方式还可分为两类，及窄宽和宽带。而微功率无线通信方式也被称之为小无线通信，是发射功率不大于20兆瓦且使用频率433/470兆赫的无线射频通信，蓝牙技术因其设备简单且较强的抗干扰能力等优点而在微功率无线通信方式中应用最多，在电厂与供电站的电能信息数据采集方面发挥很大作用。
1.2远程通信
系统主站与系统采集终端间的数据通信即为远程通信，主要包括公网通信与专网通信，其中公网通信是通过专用线与光缆等通信资源并基于有线电话网、移动GPRS、城市宽带网以及联通CDMA网等有线与无线数据传输网络而组成的通信网，需要在保证安全可靠运行并满足实时性要求的基础上合理选择通信资源并建立通信链路，这也是远程通信对数据传输的基本要求。而230MHZ无线专网是由国家无线电委员会规定并在早期电力负荷管理系统中发挥重要作用，230MHz无线电通信的通信环节少且效率高，直接由终端与主站电台通信，且230MHz无线电通信的为双工频点，并可通过异频半双工方式实现两个频点的收发，而存在于两个频点之间的保护频段对于发射机与接收机间的干扰防御有很大作用。根据国家无线电委员规定，230MHZ无线电通信采用的频点为220-240MHZ频段范围，信号在这一频段内的传输过程中会受到诸如地物及地形等多方面的影响，而对于计算分析的信号传输特性与实际结果存在差异的状况，则必须通过建立可靠的230HMZ无线电通信网来进行信号场强测试以及电波传播特性的实地研究。
2光纤通信网络技术
根据电力通信规划且以光纤为信道而建立的电力系统的内部通信网络技术即为光纤通信网络技术。
2.1光纤通信网络技术特点
光纤通信网络具有较大的容量，而且其体积较小且质量较轻，这不仅有效降低了运输难度，也使得施工简单便利，同时光纤通信网络衰减极小，还有较良好的防干扰性能，并且因光纤不会受到电气化铁道、强电以及雷电等的干扰，使得光纤通信网络也具有极好的抗电磁脉冲能力及保密性，光纤通信网络还有成本较低的优势，有效降低了有色金属用量。
2.2微功率无线通信技术
通信收发双方只要在限制范围内的发送功率并通过无线电波进行信息的传输，就可以称之为微功率无线通信，也就是说，微功率无线通信技术有相当广泛的定义范围。通常情况下，微功率无线通信技术是先通过发送端进行编码与调制待发送的数据，然后进行数模转换与信号调理以及发射，再通过接收端接收信号并进行滤波及增益调节，最后实现模数转换解调以及解码输出并完成整个通信过程。所谓微功率，其实就是与发射功率较大的无线通信设备发射功率相较而言的，主要包括PHS、CDMA、GSM以及电视信号塔等，较之于10W以上发射功率的GSM基站，常见手机的发射功率最大为2W，而发射功率更大的就属电视信号塔了，而微功率的无线通信设备，其发射功率主要都低于l00mV，并且还严格限制着其他相关参数，包括功率谱密度以及散射功率等。
2.3主流微功率无线通信技术
主流微功率无线通信技术主要包括ZigBee技术以及蓝牙技术：（1）ZigBee技术（IEEE 802.15.4）。ZigBee是在IEEE 802.15.4标准基础上发展起来的扩展集，而ZigBee技术是新兴的无线通信技术，具有自组织、距离短、数据速率与复杂度低、且功耗与成本低等特点，ZigBee技术是在24GHZ的ISM频段内进行工作，其无线传输速率为10M-250kbit/s，且距离在10米到75米范围之间，该技术近似于蓝牙技术。ZigBee技术主要适用于不需要连续更新以及实时传输的条件下，很多时候是不需用ZigBee技术的。不过ZigBee技术有一个叫鲜明的特点，即通信能力相当强大，主要可以从其通信速度方面得到论证和体现，ZigBee技术的通信速度可高达每秒250千比特，其通信效率在75字节以下的数据帧长度时甚至比蓝牙技术还要高。所以说，ZigBee技术对于大规模网络化集抄而言是由相当重要的意义的，通过ZigBee技术来集中庞大网络中的数据，只需要较短的时间就可以实现，这项能力也是优于其他形式的集抄手段的重要优势。（2）蓝牙技术。蓝牙技术也是使用2.4GHZ的ISM频道的一种支持短距离设备通信的无线通信技术，具有距离短、数据传输速率高且成本低等特点，利用蓝牙技术可以主要实现语言与数据的近距离传输，通过蓝牙设备进行有效通信的距离范围为10-100m。蓝牙设备选用可全球自由使用的2.4GHZ的ISM频段为其工作频段，使用时不需要专门申请，为客户使用提供很大便利。由于其频道采用每秒1600跳的跳频速率以及频道间隔23个或79个IMHZ的时分双工方式，大大提高了蓝牙系统的抗干扰能力，让蓝牙系统在设备简单的基础上还具有优越的性能。
3结束语
总而言之，在社会经济技术的支持下不断发展与完善的通讯技术的适用范围不断扩大，在与人们生活及生产息息相关的电力产业中也得到大规模的应用，特别是电能计量信息采集通讯技术，更是为电厂以及供电站信息数据的采集提供了许多便利，对提高信息数据精度有重要意义，同时也为保障电力系统运行质量创造了良好的条件和环境。
参考文献：
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【关键词】无线输电 谐振 磁耦合
近年来，电子技术快速发展，无线充电技术逐渐成为研究热点。无线充电无需充电接口机械接触，提高了充电的便捷性，也提高了充电设备的使用寿命。目前无线充电技术普遍存在的问题是充电距离近，传输功率低等不足。本课题设计了一种无线输电装置， 以音箱为负载，研究了发射和接收线圈在不同距离情况下的输电效率。
1 无线输电系统的设计
1.1 系统总体结构
系统总体结构如图1。电网中的工频电经整流滤波得到直流电，将其进行高频逆变得到高频交流信号。高频交变电流送入发射线圈，在线圈中产生高频交变的电磁场，通过电磁感应在接收端的接收线圈中产生同频率的交变电流，从而实现无线传输电能的目的。该交变电流在接收端中产生相同频率的交变电磁场，通过调整线圈，使的两者振荡频率相同，故两者产生共振作用，使能量的传递作用得到加强。最终电能从发送端通过电磁耦合方式传送到无线供电接收端。
系统分为电能发射部分，无线互感部分，电能接收部分三大模块。无线互感部分通过两个结构和形状相同的线圈实现，为保证能量的最大传输，必须调整两个线圈使得线圈尽量对准。
1.2 发射电路设计
发射电路主要包括降压电路、逆变电路、主控电路、发射线圈等。系统先通过降压电路将220V市电转变为低压交流电，经整流后输出5V直流电。
主控芯片采用XKT-408及T5336集成芯片。XKT-408对整流后的直流电进行高频逆变产生高频交流信号，送到发射线圈。图2中XKT-408外接电阻和电容用来调节电磁波发射频率。
T5336集成芯片与XTK-408配合，实现发射控制及管理。在振荡过程中由于线圈的内阻及能量传输过程中的损耗，会导致电路中振荡电流衰减，通过控制T5336输出口电压以补偿电路中的损耗电压。
主控芯片通过调整控制发送端发送功率的大小，实现对发射端电信号的监测及控制。
1.3 接收电路设计
电磁信号经接收线圈电磁耦合进入接收端，接收系统传输过来的无线电能。接收端的另一个功能是进行电路的实时监控。接收模块由以下几部分组成，分别为接收主控模块、整流滤波模块、接收端电压产生电路以及负载。接收模块如图3所示。
接收端采用T3168无线接收芯片，接收传递来的高频能量信号。外接RC并联电路，在电压输出端并联一个反馈电阻，构成负反馈电路，以改变接收电路负载大小，耦合传递到发射端，与T5536共同实现智能调节管理。
2 负载模块
本系统选用蓝牙音箱作为负载来进行输电效率测试，负载大小为2*4Ω/1ω。该负载进行输电效率测试较为方便。在调试时，可根据播放音效变化直观感受无线输电效率的变化，便于调整线圈距离和角度。该模块主控芯片采用的是CRS公司生产的57F86蓝牙模块， 配合CSR BLUECORE5 芯片提升模块的音质和兼容性。
有源音箱放大芯片采用的是ST公司生产的TDA2822M集成电路。
3 系统测试
测试时，调整耦合线圈角度和距离，使负载音箱播放音乐效果达到最佳，然后调整音箱音量，进行功率传输测试。逐渐增大线圈距离，在负载音箱输出无失真的情况下，测量系统的发射及接收功率。
4 结论
测试结果表明，在输出端负载为2*4Ω/1ω的情况下，输电距离可以达到28cm。发射端电源功率为21.56w时，接收端功率可以达到4.8ω，传输效率η=22.2%。
无线输电系统的能量传输效率随传输距离的增加而减小，只有在发送功率和接收功率达到平衡时，无线能量传输达到最优的状态。实验表明，负载电路对系统也会起到一定影响。在今后的设计中，可通过增大发射端输入电压和增加两线圈的尺寸，来提高无线输电系统的工作效率，从而增加无线输电的传输距离。
参考文献
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篇10
【关键词】无线供电；磁耦合共振；实验
随着科学技术的发展，人们日常生活中有了许许多多的电子电器设备，它们都附带有电源线、充电器，而且各种充电器规格不一不能通用，这些电源线和充电器充斥了我们的生活，成了我们生活中无法抛弃的羁绊，我们有没有可能彻底甩掉这些小尾巴？答案是肯定的，我们可以应用无线供电技术。海尔已经推出了“无尾电视”概念机，不需要电源线、信号线和网线。
无线电力传输是一种区别于有线传输的特殊供电方式。无线供电技术其实在很多年前就有概念，特拉斯在发明了交流电并构建交流供电体系后开始构想无线输电方案，同时进行了实践。
目前，无线供电技术有以下三种方法：
第一，电磁耦合。最早应用的无线供电技术是1885年研制成功至今仍在广泛应用的变压器，它是典型的电磁耦合无线供电例子，其基本原理是法拉第的电磁感应理论，两组导线绕在铁制框架上，两者没有直接连接，完全靠电磁感应传递能量。在现代社会生活中，这种电磁感应式的无线供电系统已得到了较为广泛地应用，其中一个例子是电动牙刷。电动牙刷经常接触水，无法采用直接充电方式，研究者采用电磁耦合无线充电技术，在充电座和牙刷中各有一个线圈，当牙刷放在充电座上时就有磁耦合作用，类似一个变压器，感应电压整流后就可对镍镉电池充电；另一个应用更加广泛的例子是我们使用的各种智能卡片，如公交卡，第二代身份证和很多可以记录信息的卡片，他们都采用了无线供电技术，这些卡片的内部结构相似，由一小块芯片和一个线圈组成。在卡片中的电路中没有供电模块，当卡片在读卡机边晃动时，读卡机周围形成一个快速变化的磁场，卡片中的线圈产生感应电流，感应电流给内部的芯片供电，芯片对外发射信号，将自身的信息发送给读卡器，接下来读卡器就可以判断出目前卡中有多少余额，并完成扣款操作。这就是非接触IC卡的原理，实质已应用了无线供电技术。虽然电磁感应无线供电技术比较成熟，但这种供电技术会受到很多限制，其中最大的问题就是低频磁场会随着距离的增加而快速衰减，如果实际应用要增加供电距离，只能根据需要加大磁场强度，但磁场强度加大不仅增加电能的消耗，还会造成近距离的磁信号记录设备失效，例如银行卡上的磁条在强磁场下会去磁损坏。另外，电磁感应无线供电技术是直接以电磁波形式进行1cm以下的较近距离的发射和接收，电磁波向四面辐射，能量大量浪费，效率较低，通常它只适合相互“贴着”的小功率电子产品。
第二，光电耦合。光电耦合无线供电技术就是把电能转化为光能，比如激光，通过光将能量传递到目的地再转化为电能。光电耦合无线供电技术比较直观，而且光电转换技术也较成熟且应用广泛。但我们知道光的传递路径中不能有障碍物。所以光电耦合无线供电技术有很大的应用障碍。
第三，电磁共振。电磁共振其原理类似声波共振的原理，两种介质具有相同的共振频率，就可以用来传递能量，称之为非辐射性电磁共振。美国麻省理工学院的科学家正在开发一种使用非辐射性的无线能量传输方式来驱动电器，无论是手机，笔记本电脑还是数码相机，如果这项研究获得成功，它们的充电器都可以退休了。特定频率的电磁波能引起物体的振动，如果两个物体固有频率相同，就可以传递这种振动，也就是传递能，研究人员让一个天线发射电磁波，让接收器来接收，转化为能量，这是电磁共振无线供电技术的基本原理。按照这一原理所有使用电池的电器都可以换用电磁共振无线供电技术供电。将来电磁共振无线供电技术将会有很大的应用空间，比如在地下铺设线路后，我们随时可以为手机，甚至开行中的汽车充电。
根据以上分析，我们认为磁耦合共振无线供电技术是最有可能广泛应用的技术。无线供电技术（无线充电）可以让电能隔着空气、塑料外壳实现传输，大大方便了应用。
无线电能传输方案如图1。
图1 无线电能传输方案原理框图
采用磁耦合共振所消耗的电能只有传统电磁感应供电技术的百万分之一，当发射端通电时，它并不向外界发射电磁波，而只是在周围形成一个非辐射磁场，这个磁场用了和接收端联络，激发接收端共振，从而已很小的消耗代价来传输能量。这项技术中，磁场的强度和地球的强度相似，人们不用担心对自己身体和其它设备产生不良影响。
采用芯可泰XKT801芯片，我们进行了以下无线供电实验。
无线供电模块有振荡电路、整形电路、检测电路、频率干扰抑制电路、电流自动控制、无线功率发射电路等组成。
图2 无线供电模块电路组成
