探討電力傳輸控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

成 志

（國網(wǎng)山東東營市東營區(qū)供電公司，山東 東營 257100）

時代不斷的發(fā)展，電子類的產(chǎn)品越來越多，例如電腦、手機、照相機等設(shè)備都給人們的生活帶來了很大的方便，但是這些產(chǎn)品都離不開電力，傳統(tǒng)的做法都是將電器連在插座之上對終端產(chǎn)品進(jìn)行充電。隨著科技的進(jìn)步，移動設(shè)備，無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及無線傳輸設(shè)備越來越多，人們希望能夠進(jìn)行無線充電，遠(yuǎn)離有線充電器的干擾。在此契機之下，無線電力傳輸技術(shù)成為21世紀(jì)最受關(guān)注的焦點，人們對無線電力傳輸也充滿了期待。很多經(jīng)濟發(fā)達(dá)的國家都在探究無線電力傳輸技術(shù)，很多科學(xué)家投入到無線傳輸?shù)难芯恐?，試圖將無線電力傳輸技術(shù)應(yīng)用到更為廣泛的領(lǐng)域，實現(xiàn)無線電力傳輸?shù)钠毡榛?/p>

1 電力傳輸領(lǐng)域的分類

無線電力傳輸，屬于非接觸性傳輸，因此也被稱為無線能量傳輸，這種傳輸技術(shù)主要運用電磁感應(yīng)的原理將能量傳輸出去。無線電力傳輸?shù)姆绞绞嵌喾N多樣的，最普遍的是通過電磁感應(yīng)現(xiàn)象實現(xiàn)能量傳遞，其他傳輸方式也有很多種，例如利用電磁頻率相同而形成的共振進(jìn)行傳輸，通過微波的波動進(jìn)行傳輸，還有利用激光進(jìn)行能量的傳輸?shù)?，這些辦法在不進(jìn)行接觸的情況下實現(xiàn)了能量的傳輸。無線電力傳輸因距離的不同，進(jìn)行傳輸?shù)男问揭彩嵌喾N多樣的，距離較短的稱之為短程傳輸，距離較長的稱之為遠(yuǎn)程傳輸，處在短程和遠(yuǎn)程之間的傳輸被稱為中程傳輸。短程傳輸電力的方法比較單一，靠的主要是電磁感應(yīng)形成的電力進(jìn)行供應(yīng)。電磁感應(yīng)電力傳輸顧名思義就知道是通過磁場相互作用形成的電力，初級線圈以及次級線圈在磁場中形成閉合回路，導(dǎo)體在其內(nèi)部做切割磁感線的運動，從而形成感性電流，磁場在非金屬物質(zhì)的條件下是可以自由進(jìn)行傳播的，因此只要避開金屬物質(zhì)，電能就可以從一處傳到另一處，這樣就可以實現(xiàn)無線電能傳輸。電磁感應(yīng)產(chǎn)生的功率很大，有時會達(dá)到成百上千千瓦。使用電磁感應(yīng)一般都是選擇較近的距離，這樣可以采用一個較小的設(shè)備進(jìn)行電力的供應(yīng)，此種方法進(jìn)行短程供電的距離最遠(yuǎn)為10 cm；中程傳輸因其距離較遠(yuǎn)一般是利用射頻來完成電力傳輸，利用共振的原理產(chǎn)生電流，形成電流的通路進(jìn)行傳輸，可以讓電能高效率的傳遞。共振要求頻率相同，這一要求比較難以實現(xiàn)，因此產(chǎn)生的電力是比較弱的，傳輸出去的功率也較小，基本能傳輸3 m左右；遠(yuǎn)程進(jìn)行電力的傳輸同樣是采用射頻的方式，這種方法需要將功率放大，并通過檢查波段，整理電流，最終形成直流電來給需電設(shè)備供電，射頻進(jìn)行電能傳輸?shù)木嚯x比較遠(yuǎn)，基本能達(dá)到10 m，但因其距離較遠(yuǎn)，傳輸?shù)墓β氏鄳?yīng)的就較小，僅有100 mW左右，并且具有相同頻率的諧振物體之間可以進(jìn)行能量的交換。

中程傳輸可以為一些小型的用電設(shè)備進(jìn)行電力傳輸，例如平時用的手機、MP3、汽車專用電視、電子體溫計、助聽器等。遠(yuǎn)程傳輸需要借助微波進(jìn)行傳遞，通過微波與微型設(shè)備進(jìn)行連接，選擇適當(dāng)?shù)牟ǘ?，整理電流，最終形成直流電來給需電設(shè)備供電。遠(yuǎn)程供電傳輸對航空領(lǐng)域的貢獻(xiàn)是十分巨大的，例如人造地球衛(wèi)星供電，航天設(shè)備之間進(jìn)行的能量傳輸，開發(fā)新能源如太空太陽能發(fā)電站“隔空”給地球無線供電等都是具有重要意義的。微波電能傳輸是指將一種能量通過另一種方式進(jìn)行傳遞，即電能轉(zhuǎn)化為波能，傳遞到太空中指定的位置，通過檢查波段，整理電流，最終形成直流電來給需電設(shè)備供電。微波技術(shù)快捷方便，因此在很多領(lǐng)域都開始使用微波進(jìn)行能量的傳遞，例如家里常用的微波爐，即將電能轉(zhuǎn)化為波能再轉(zhuǎn)化為電能，利用GPS設(shè)備進(jìn)行定位，還有就是大家常用的通訊設(shè)備，像手機等。微波傳輸距離不受其他因素的影響，因此可以長距離傳輸，大范圍傳輸，而且也不會受到周圍環(huán)境的影響，可用于空間太陽能電站、低軌道和同步軌道衛(wèi)星供電等。激光電能傳輸則是利用激光速度快，并且能夠攜帶很多的能量，以利用很少的功率來實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的電力傳輸。激光的發(fā)射都是直來直往，方向比較明確，而且最終的能量都集中到一個點，這對衛(wèi)星的正常工作不會產(chǎn)生任何的干擾，但是其存在的缺點是受障礙物的影響，一旦有障礙物出現(xiàn)，激光傳輸?shù)碾娔芫蜁p失掉，導(dǎo)致能量無法傳遞。

在整個通訊領(lǐng)域之中，便攜通信發(fā)展最為迅速的還是WPT應(yīng)用技術(shù)。在手機周圍或者一些相關(guān)的充電設(shè)施上安裝能夠接收電力的設(shè)備和發(fā)射線圈，這樣就可以保證手機實現(xiàn)無線充電。此時，手機及其相關(guān)聯(lián)的充電插座之上已經(jīng)形成了磁耦合作用，并利用相關(guān)的設(shè)備及技術(shù)將感應(yīng)電流進(jìn)行直接傳輸。對此電壓進(jìn)行整理、變換之后，即可以直接對用電設(shè)備進(jìn)行供電。而在電流傳輸?shù)膶嶋H應(yīng)用領(lǐng)域，采用的一般都是ICPI技術(shù)，這項技術(shù)使用最多的是在電動汽車以及相應(yīng)的軌道機車等充電裝置中。

2 我國電力傳輸控制技術(shù)的發(fā)展

目前，我國的無線傳輸技術(shù)還不是很成熟，相關(guān)的理論研究處在初級階段。例如雙飛燕公司經(jīng)過研究，制造出我國的第一個不用電池也可以使用的鼠標(biāo)，需要將鼠標(biāo)與電腦連接上之后就可以進(jìn)行正常的工作。中國香港城市大學(xué)根據(jù)ICPT手機和MP3等比較方便攜帶的通訊設(shè)備的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了多個電子產(chǎn)品在同一個充電平臺上利用低頻的磁場進(jìn)行充電的愿望。在2009年，中國將全球無線充電聯(lián)盟制定的Qi無線充電的國際標(biāo)準(zhǔn)引入。我國無線電力傳輸發(fā)展比較出色的要數(shù)青島，其也已經(jīng)將無線電力傳輸列入到自己省內(nèi)發(fā)展的重點項目。2011年4月，青島市重要單位共同繪制了 “無線電力傳輸產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖”。這個圖從五個層次來描述青島市未來發(fā)展無線電力的科學(xué)路徑，包括技術(shù)壁壘、研發(fā)需求、資源基礎(chǔ)、行業(yè)需求、產(chǎn)業(yè)目標(biāo)，并針對無線電力傳輸發(fā)展存在的問題提出了相應(yīng)的對策和建議。在未來10年之內(nèi)，無線電力傳輸將發(fā)展成為一種新興行業(yè)，且關(guān)系到很多其他行業(yè)的發(fā)展。估計到2020年無線電力傳輸將實現(xiàn)在惡劣環(huán)境之下的傳輸，真正的實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的無線電力傳輸，產(chǎn)業(yè)的規(guī)模也會增大。

3 電力傳輸可能面對的問題和相關(guān)對策

目前而言，無線電力傳輸最主要的問題還是無線電路傳輸距離的限制以及在傳輸過程中效率的問題，無線電路在傳輸過程中電波會彌散或者被其他物體吸收導(dǎo)致傳輸?shù)碾娏p弱。電磁波方向具有不固定性，因此在空間中傳輸能量的過程中就會出現(xiàn)能量朝向四面擴散，不容易形成集中傳遞，尤其是在空氣中進(jìn)行傳輸，空氣中具有導(dǎo)電的物質(zhì)，導(dǎo)致磁場減弱，電力損耗嚴(yán)重，尤其是微波，在空氣中損失的更快。因此無線電力傳輸整體的效率比較低下，而且傳輸?shù)墓β时容^低，不能輸送大量的電力，導(dǎo)致其無法進(jìn)行大量的遠(yuǎn)距離的電力傳輸。無線充電是將充電設(shè)備與充電器在磁場范圍內(nèi)進(jìn)行連接，但是各種各樣的干擾會導(dǎo)致電量的損耗，傳輸效率的低下，這都制約了無線電力傳輸?shù)陌l(fā)展。無線電力傳輸要解決生產(chǎn)和傳輸兩個問題，同時充電設(shè)備也要獲得相關(guān)機構(gòu)的認(rèn)證，要確保用電的安全問題，同時需要找到一種相對成熟的商業(yè)模式來打開市場缺口。

4 小 結(jié)

本文通過對電力的分類進(jìn)行介紹，引出電力傳輸?shù)木唧w方式，并對其實際應(yīng)用進(jìn)行簡單的分析，同時描述電力傳輸相關(guān)技術(shù)的發(fā)展過程，分析相關(guān)技術(shù)的具體應(yīng)用，希望能夠為電力無線運輸提供更多的經(jīng)驗和幫助。

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