探讨电力传输控制技术的发展趋势

2015-02-11成志

通信电源技术 2015年5期

成志

（国网山东东营市东营区供电公司，山东东营 257100）

时代不断的发展，电子类的产品越来越多，例如电脑、手机、照相机等设备都给人们的生活带来了很大的方便，但是这些产品都离不开电力，传统的做法都是将电器连在插座之上对终端产品进行充电。随着科技的进步，移动设备，无线网络设备以及无线传输设备越来越多，人们希望能够进行无线充电，远离有线充电器的干扰。在此契机之下，无线电力传输技术成为21世纪最受关注的焦点，人们对无线电力传输也充满了期待。很多经济发达的国家都在探究无线电力传输技术，很多科学家投入到无线传输的研究之中，试图将无线电力传输技术应用到更为广泛的领域，实现无线电力传输的普遍化。

1 电力传输领域的分类

无线电力传输，属于非接触性传输，因此也被称为无线能量传输，这种传输技术主要运用电磁感应的原理将能量传输出去。无线电力传输的方式是多种多样的，最普遍的是通过电磁感应现象实现能量传递，其他传输方式也有很多种，例如利用电磁频率相同而形成的共振进行传输，通过微波的波动进行传输，还有利用激光进行能量的传输等，这些办法在不进行接触的情况下实现了能量的传输。无线电力传输因距离的不同，进行传输的形式也是多种多样的，距离较短的称之为短程传输，距离较长的称之为远程传输，处在短程和远程之间的传输被称为中程传输。短程传输电力的方法比较单一，靠的主要是电磁感应形成的电力进行供应。电磁感应电力传输顾名思义就知道是通过磁场相互作用形成的电力，初级线圈以及次级线圈在磁场中形成闭合回路，导体在其内部做切割磁感线的运动，从而形成感性电流，磁场在非金属物质的条件下是可以自由进行传播的，因此只要避开金属物质，电能就可以从一处传到另一处，这样就可以实现无线电能传输。电磁感应产生的功率很大，有时会达到成百上千千瓦。使用电磁感应一般都是选择较近的距离，这样可以采用一个较小的设备进行电力的供应，此种方法进行短程供电的距离最远为10 cm；中程传输因其距离较远一般是利用射频来完成电力传输，利用共振的原理产生电流，形成电流的通路进行传输，可以让电能高效率的传递。共振要求频率相同，这一要求比较难以实现，因此产生的电力是比较弱的，传输出去的功率也较小，基本能传输3 m左右；远程进行电力的传输同样是采用射频的方式，这种方法需要将功率放大，并通过检查波段，整理电流，最终形成直流电来给需电设备供电，射频进行电能传输的距离比较远，基本能达到10 m，但因其距离较远，传输的功率相应的就较小，仅有100 mW左右，并且具有相同频率的谐振物体之间可以进行能量的交换。

中程传输可以为一些小型的用电设备进行电力传输，例如平时用的手机、MP3、汽车专用电视、电子体温计、助听器等。远程传输需要借助微波进行传递，通过微波与微型设备进行连接，选择适当的波段，整理电流，最终形成直流电来给需电设备供电。远程供电传输对航空领域的贡献是十分巨大的，例如人造地球卫星供电，航天设备之间进行的能量传输，开发新能源如太空太阳能发电站“隔空”给地球无线供电等都是具有重要意义的。微波电能传输是指将一种能量通过另一种方式进行传递，即电能转化为波能，传递到太空中指定的位置，通过检查波段，整理电流，最终形成直流电来给需电设备供电。微波技术快捷方便，因此在很多领域都开始使用微波进行能量的传递，例如家里常用的微波炉，即将电能转化为波能再转化为电能，利用GPS设备进行定位，还有就是大家常用的通讯设备，像手机等。微波传输距离不受其他因素的影响，因此可以长距离传输，大范围传输，而且也不会受到周围环境的影响，可用于空间太阳能电站、低轨道和同步轨道卫星供电等。激光电能传输则是利用激光速度快，并且能够携带很多的能量，以利用很少的功率来实现远距离的电力传输。激光的发射都是直来直往，方向比较明确，而且最终的能量都集中到一个点，这对卫星的正常工作不会产生任何的干扰，但是其存在的缺点是受障碍物的影响，一旦有障碍物出现，激光传输的电能就会损失掉，导致能量无法传递。

在整个通讯领域之中，便携通信发展最为迅速的还是WPT应用技术。在手机周围或者一些相关的充电设施上安装能够接收电力的设备和发射线圈，这样就可以保证手机实现无线充电。此时，手机及其相关联的充电插座之上已经形成了磁耦合作用，并利用相关的设备及技术将感应电流进行直接传输。对此电压进行整理、变换之后，即可以直接对用电设备进行供电。而在电流传输的实际应用领域，采用的一般都是ICPI技术，这项技术使用最多的是在电动汽车以及相应的轨道机车等充电装置中。

2 我国电力传输控制技术的发展

目前，我国的无线传输技术还不是很成熟，相关的理论研究处在初级阶段。例如双飞燕公司经过研究，制造出我国的第一个不用电池也可以使用的鼠标，需要将鼠标与电脑连接上之后就可以进行正常的工作。中国香港城市大学根据ICPT手机和MP3等比较方便携带的通讯设备的基础上，实现了多个电子产品在同一个充电平台上利用低频的磁场进行充电的愿望。在2009年，中国将全球无线充电联盟制定的Qi无线充电的国际标准引入。我国无线电力传输发展比较出色的要数青岛，其也已经将无线电力传输列入到自己省内发展的重点项目。2011年4月，青岛市重要单位共同绘制了 “无线电力传输产业技术路线图”。这个图从五个层次来描述青岛市未来发展无线电力的科学路径，包括技术壁垒、研发需求、资源基础、行业需求、产业目标，并针对无线电力传输发展存在的问题提出了相应的对策和建议。在未来10年之内，无线电力传输将发展成为一种新兴行业，且关系到很多其他行业的发展。估计到2020年无线电力传输将实现在恶劣环境之下的传输，真正的实现全球范围内的无线电力传输，产业的规模也会增大。

3 电力传输可能面对的问题和相关对策

目前而言，无线电力传输最主要的问题还是无线电路传输距离的限制以及在传输过程中效率的问题，无线电路在传输过程中电波会弥散或者被其他物体吸收导致传输的电力减弱。电磁波方向具有不固定性，因此在空间中传输能量的过程中就会出现能量朝向四面扩散，不容易形成集中传递，尤其是在空气中进行传输，空气中具有导电的物质，导致磁场减弱，电力损耗严重，尤其是微波，在空气中损失的更快。因此无线电力传输整体的效率比较低下，而且传输的功率比较低，不能输送大量的电力，导致其无法进行大量的远距离的电力传输。无线充电是将充电设备与充电器在磁场范围内进行连接，但是各种各样的干扰会导致电量的损耗，传输效率的低下，这都制约了无线电力传输的发展。无线电力传输要解决生产和传输两个问题，同时充电设备也要获得相关机构的认证，要确保用电的安全问题，同时需要找到一种相对成熟的商业模式来打开市场缺口。