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基于双行程持续发电装置的输电线舞动能量回收研究

基于双行程持续发电装置的输电线舞动能量回收研究

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作者：范力午东北电力大学

学位级别：硕士

输电线路是确保电能稳定调节与合理分配的关键工程结构,然而却经常受到舞动危害的影响。为了保障电力系统的连续供电和电网安全,使用微型电子设备监测架空输电线状态和减缓输电线舞动效果的工作就显得尤为重要。针对微型电子设备的供电... 详细信息

输电线路是确保电能稳定调节与合理分配的关键工程结构,然而却经常受到舞动危害的影响。为了保障电力系统的连续供电和电网安全,使用微型电子设备监测架空输电线状态和减缓输电线舞动效果的工作就显得尤为重要。针对微型电子设备的供电需求,传统电池作为供能装置存在更换频繁、寿命短、污染等问题,从输电线周围获取能量的回收装置则更具有环保、稳定的优势,前景更加广阔。本文以风致架空振动为背景,针对架空输电线小频率、大幅值的舞动所产生的机械能,提出了一种基于双行程持续发电的能量回收装置。该能量回收装置具有双向回收能量、缓冲连接件压力、抑制输电线舞动等特点。首先,介绍了防止架空输电线舞动的常见措施,分析了提高系统稳定性的三种手段,研究了本能量回收装置防止舞动所采用的方法和原理,并建立了架空输电线舞动的运动方程。接着对能量回收装置进行研制,依据技术指标要求,对装置的整体结构进行设计,对其中的能量回收与增速机构、双向转换单向机构、发电与存储模块和支撑结构进行设计,使其满足质量轻,安装简便、结构紧凑等技术要求。然后制造零件,对装置的试验样机进行装配和安装测试。其次,分析了能量回收装置回收能量过程中的核心指标的发电性能。首先对其运动传递路线进行分析,在此基础上建立其运动学分析模型,分析装置的输入频率、幅值、速度与输出开路电压的关系;然后建立装置的动力学模型,对整个装置的线性阻尼系数进行研究,建立其运动方程。分析能量回收装置的发电功率,探究外部负载与其功率的关系;分析装置的能量转换效率,探究能量转换效率与外部输入力的关系。最后,为了验证本文所设计的能量回收装置的实用性和能量回收效果,在实验室环境下分别搭建了对应的测试实验平台。在实验平台基础上完成发电性能受输入频率、输入幅值影响特性实验,验证了外部参数对于发电性能的影响。此外,缓冲特性实验展示了装置所能起到的缓冲效果、抑振特性实验分析了装置所能起到的抑制振动效果,装置的负载特性实验研究了装置的带负载能力。实验结果表明,在2.0 Hz的舞动频率下,能量回收装置的开路电压均值可以达到19.3 V,输出功率为134.15 m W,在此基础上,其所回收的能量可以被存储在电容器中,并可持续稳定地为三角架警示灯和温湿度传感器供电。实验分析结果表明,本文所提出的能量回收装置能对架空输电线舞动能量进行有效收集,且具有一定的应用前景。

关键词：能量回收双行程持续发电架空输电线舞动舞动抑制

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