本发明属于微波频段电磁波传输及能量转换技术领域，尤其涉及一种应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电系统及方法。
背景技术：
目前随着我国电力工业的迅猛发展，电力系统的安全运行越来越重要，远距离超高压的输电方式是电力系统的大动脉，其运行安全直接决定了电力系统的安全和效益，为了使电网逐步走向自动化和智能化，需要依靠大量的监测设备和传感器，国内外传统的处理方式主要有以下三种：一是太阳能供电方式，太阳能作为一种可再生的清洁能源，此方法供电质量易受天气的影响，而且蓄电池的寿命与充放电循环次数有关，理论下寿命为2-3年，考虑到恶劣的气候条件下，寿命会更短；二是光纤激光供能方式，在低压端利用激光发生器发光，通过光纤将能量传输至高压端，再用光电转换器将光能转换为电能给监测设备供电，其优点是通过光纤传输能量，不受电磁扰动和电网波动的影响，但其价格昂贵、效率低和功率小，并不适合偏僻地方使用；三是利用电流和电压互感器线路供能，此种方式容易造成谐波或高压尖脉冲，从而可能对监控设备带来严重的干扰和损坏。虽然每个方法有各自独特的优势，但或多或少都有着较大的缺点和制约因素，所以研究新的供电方法成为当今社会的迫切需求。
无线输电技术为解决上述提供了新的思路，将高低电位间进行了空间上的隔离，目前应用最为广泛的无线输能技术为磁共振无线电能传输技术，但磁共振方式仍然属于近场能量传输，其技术原理决定了在较远距离下传输时的效率迅速降低，其有效传输距离基本在米级范围。而无线电能传输技术应用于高低电位间能量传输时，又需要满足高电压等级的最小安全距离要求，220kv以上高压输电领域，最小安全距离为3米，对应无线输电距离大于3米，磁共振耦合方式即难以应用于高电压等级输电领域的在线监测装置供电的应用场景，例如专利号为cn201210301956.6名称为一种基于无线输电技术的在线监测设备供电系统中，采用发射线圈与接收线圈，谐振耦合进行无线输电的方式，也是只能解决近距离的传输，对于远距离传输，线圈需要做的足够大，安装不方便，不适合大范围推广使用。例如在专利号为cn201710039958.5名称为一种高压在线监测设备无线供电方法及装置的专利中，则是采用在发射线圈、接收线圈之间，设置中继线圈的方式，实现远距离传输，传输距离较远时，需要设置的中继线圈较多，成本巨大，施工困难，同样不能满足需要。因此，需要采用高效率且具备远程传输的无线供电形式，因此一种应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电方法可以解决磁共振距离近的缺陷，对线路监测设备的长期稳定供电具有重要意义。
技术实现要素：
为了解决以上问题，本申请提供一种应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电方法及系统，可在有线方式受局限和高低电位传输时有效安全距离不足的高压电网监测设备等复杂场景下供电发挥重要作用。
本申请提供的一种应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电系统，包括高电位微波发射部分和/或低电位接收整流部分，其中高电位发射模块包括感应取电线路、发射端电能变换电路、微波源和发射天线，低电位接收模块包括接收天线、阻抗匹配网络和整流滤波电路，所述整流滤波电路的输出端连接电网线路监测设备的电源输入端；所述感应取电线路用于从高压线路中获取电能；所述发射端电能变换电路用于将获取的电能升压给微波源供电；所述微波源用于将输入的电能转换为微波；所述发射天线用于将微波进行定向辐射；所述接收天线用于接收定向辐射的微波，并将接收到的微波发送至阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络用于将接收天线收集的微波转换为直流电，并将直流电发送至整流滤波电路，所述整流滤波电路用于将接收到的直流电进行整流滤波，并将输出的稳定电流，给电网线路监测设备供电。
本申请提供的电网输电线路监测设备的微波无线供电系统，从高压电网中取电后，利用微波源将电能转换为微波，通过天线发射出去，接收天线接收到微波后，再将微波转换为电能，给电网线路监测设备供电，采用天线进行微波的发射和接收，只需要根据传输距离调整电路拓扑结构和天线增益相匹配即可，不收线圈直径大小的约束，与传统的谐振式进场无线输能在工作频段、传输介质、能量交换原理、传输效率等均不相同。所述微波收发端的天线为工作频率达到ghz级的高频天线，传输距离能达到10米以上；能普遍适用于多种场合，安装简单，结构灵活，系统紧凑，可实现小型化集成，可根据实际输电线路高低电位间设备供电工作条件，选择更加合适的远程无线供电结构，后期改进及维护成本也可以得到有效控制。
优选的，所述感应取电线路包括电容式电压互感器，所述电容式电压互感器的原边并联一个电容。
在本实施例中，所述感应取电线路采用电容式电压互感器，利用电容降压的思路，将高压电容降压后给互感器使用，电容式电压互感器的原边并联一个电容，构成二级分压结构，通过调整分压电容的大小和绕组匝数的关系，将副边电压降到所需值。
在上述任意一项实施例中优选的，所述电容式电压互感器与阻尼器并联。在本实施例中，通过与阻尼器并联，防止电压互感器磁芯饱和产生磁铁谐振带来的损坏，通过并联阻尼器防止饱和来消除谐振能量。
在上述任意一项实施例中优选的，所述发射天线和接收天线采用相同的平面印刷天线。在本实施例中，发射天线和接收天线采用相同的平面印刷天线，具备高效率、易集成、小型化的特点，微波源在不稳定工作条件下易产生频偏，即设计天线在所需的频点上应具有一定的频率带宽，该带宽内回波损耗s11需要达到-20db以下，具有相同的极化方向和较高的微波接收效率，以达到良好的空间匹配，为进一步提升天线单元增益，增加能量的有效传输距离，可在贴片天线单元采用贴片加上寄生贴片和寄生介质形式。
在上述任意一项实施例中优选的，所述电网线路监测设备包括以下设备中的一种或几种：覆冰监测设备、风偏监测设备、雷电监测设备、绝缘子污秽监测设备和杆塔倾斜监测设备。
在上述任意一项实施例中优选的，输电线路监测设备主要包含覆冰监测、风偏监测、雷电监测、绝缘子污秽监测和杆塔倾斜监测，与中央控制系统相连，做到实时信息交互。
在上述任意一项实施例中优选的，还包括在线仿真模块，所述在线仿真模块用于对所述高电位微波发射部分和低电位接收整流部分中电路拓扑结构和电子元器件进行模拟仿真；包括模型构建单元、计算仿真单元、优化单元；
所述模型构建单元用于获取模型参数，并利用获取的模型参数构建电网在线监测供电模型；所述模型参数包括发射端的发射功率、发射天线增益、工作频率，接收端的接收天线增益、实时监测负载的功率以及传输距离；
所述计算仿真单元用于根据电磁波传输的弗里斯公式，计算电网在线监测供电模型中的供电参数，根据得出的供电参数，进行在线仿真；
所述优化单元用于根据仿真结果，优化微波无线供电系统的电路结构。
在本实施例中，利用在线仿真模块，只需所知线路实时监测设备的类型特点和有效功率，便可确定微波无线电能传输系统各个模块能量输出等级，根据无线电能传输系统的能量传输路径分析，确定无线链路的裕量大小并选择合适类型的微波源、天线阻抗匹配电路和整流电路，实现线路监测设备在供电的过程中具有更优的传输效率。在合理控制成本的前提下，可有效解决超高压与低电位间无法直接电缆供电的问题，并且能够留出足够的安全距离。
本发明提供一种应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电方法，应用于上述微波无线供电系统，包括以下步骤：
s1、从高压线路中获取电能，将获取的电能转换为微波；
s2、将微波通过发射天线定向辐射；利用接收天线，接收所述定向辐射的微波；
s3、将接收的微波电磁能转换为直流电能，并将直流电能供给负载使用，实现微波无线供电。
本申请提供的方法，从高压电网中取电后，利用微波源将电能转换为微波，通过天线发射出去，接收天线接收到微波后，再将微波转换为电能，给电网线路监测设备供电，结构灵活，系统紧凑，可实现小型化集成，可根据实际输电线路高低电位间设备供电工作条件，选择更加合适的远程无线供电结构，后期改进及维护成本也可以得到有效控制。
优选的，还包括在高压线路取电之前，利用下述在线仿真步骤对电路结构进行仿真优化：所述仿真步骤包括：
a1、获取发射端的发射功率、发射天线增益、工作频率，接收端的接收天线增益、实时监测负载的功率以及传输距离，构建电网在线监测供电模型；
a2、根据电磁波传输的弗里斯公式，计算电网在线监测供电模型中的供电参数，根据得出的供电参数，进行在线仿真；
a3、根据仿真结果，优化微波无线供电系统的电路结构。
在本实施例中，采用该方法仿真，只需所知线路实时监测设备的类型特点和有效功率，便可确定微波无线电能传输系统各个模块能量输出等级，根据无线电能传输系统的能量传输路径分析，确定无线链路的裕量大小并选择合适类型的微波源、天线阻抗匹配电路和整流电路，实现线路监测设备在供电的过程中具有更优的传输效率。在合理控制成本的前提下，可有效解决超高压与低电位间无法直接电缆供电的问题，并且能够留出足够的安全距离。同时，本方案结构灵活，可根据实际微波无线电能传输系统工作条件，选择更加合适的结构配置，后期改进及维护成本也可以得到有效控制。
优选的，所述供电参数包括以下参数中任意一种或多种：接收端功率、系统空间无线传输效率、整流电路效率。
进一步，在计算电网在线监测供电模型中的供电参数时，包括利用如下公式计算整流电路效率：
其中，vdc为微波整流电路负载端直流输出电压，pdc为微波整流电路负载端直流功率，pr为微波整流电路的输入功率，rl为负载等效电阻。
在本实施例中，通过计算电网在线监测供电模型中的供电参数，利用整流电路效率、传输效率等参数，能直观衡量电路拓扑结构的优劣，方便进行电路结构的优化，优化后的微波供电系统目前在几米量级的传输距离下，微波无线输能传输效率可达30％以上，发射功率可达kw量级，可为高压输电线路上的在线监测装置的可靠供电提供有效解决方案。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本申请提供的应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电系统的典型高压侧监测设备示意图；
图2为应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电系统中高压输电线路监测设备微波无线供电设计原理；
图3为本申请应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电系统中多管倍压整流电路原理图；
图4为本申请应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电方法中在线仿真的流程图；
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
如图1和图2所示，本申请提供的一种应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电系统，包括高电位微波发射部分和/或低电位接收整流部分，其中高电位发射模块包括感应取电线路、发射端电能变换电路、微波源和发射天线，低电位接收模块包括接收天线、阻抗匹配网络和整流滤波电路；所述整流滤波电路的输出端连接电网线路监测设备的电源输入端；所述感应取电线路用于从高压线路中获取电能；所述发射端电能变换电路用于将获取的电能升压给微波源供电；所述微波源用于将输入的电能转换为微波；所述发射天线用于将微波进行定向辐射；所述接收天线用于接收定向辐射的微波，并将接收到的微波发送至阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络用于将接收天线收集的微波转换为直流电，并将直流电发送至整流滤波电路，所述整流滤波电路用于将接收到的直流电进行整流滤波，并将输出的稳定电流，给电网线路监测设备供电。
本申请提供的电网输电线路监测设备的微波无线供电系统，从高压电网中取电后，利用微波源将电能转换为微波，通过天线发射出去，接收天线接收到微波后，再将微波转换为电能，给电网线路监测设备供电，结构灵活，系统紧凑，可实现小型化集成，可根据实际输电线路高低电位间设备供电工作条件，选择更加合适的远程无线供电结构，后期改进及维护成本也可以得到有效控制。
需要说明的是，本系统在设计时，首先采用在线仿真进行线上模拟，具体为采用在线仿真模块，所述在线仿真模块用于对所述高电位微波发射部分和低电位接收整流部分中电路拓扑结构和电子元器件进行模拟仿真；包括模型构建单元、计算仿真单元、优化单元；
所述模型构建单元用于获取模型参数，并利用获取的模型参数构建电网在线监测供电模型；所述模型参数包括发射端的发射功率、发射天线增益、工作频率，接收端的接收天线增益、实时监测负载的功率以及传输距离；
所述计算仿真单元用于根据电磁波传输的弗里斯公式，计算电网在线监测供电模型中的供电参数，根据得出的供电参数，进行在线仿真；
所述优化单元用于根据仿真结果，优化微波无线供电系统的电路结构。
具体包括，根据弗里斯传输公式，确定发射端的发射功率和发射天线增益。由于电磁波路径损耗和传播距离和电波频率有关系，在实际传播环境中，还要考虑环境因子，由于在自由空间中传播，此处对于环境因子进行了简化。假设发射天线的功率为pt，发射天线增益为gt，接收天线增益为gr，接收功率为pr，工作波长为λ，两天线相距为r。
根据弗里斯传输公式则有：
其中pr＝无线接收能量(dbms)；pt＝无线能量发射功率(dbms)；gr＝接收天线增益(dbi)；gt＝发射天线增益(dbi)；λ＝发射无线信号波长(m)；r＝天线相隔距离(m)，根据弗里斯传输公式，在满足实施条件的情况下，我们能够快速的计算相关的接收功率及接收天线增益参数。
由已知的发射功率、发射天线增益、工作频率、接收天线增益以及传输距离，通过弗里斯传输公式即可计算得到接收端功率、系统空间无线传输效率。
考虑空间损耗：
传输效率是衡量微波无线电能传输系统性能的主要指标，是系统设计的主要依据，因此微波无线电能传输系统需要根据各组件性能和效率进行设计。
微波在大气中的空间传输效率基本上为100％，微波无线电能传输系统的能量传输效率可以忽略空间传输效率，所以微波无线电能传输系统组成和传输效率包括：发射组件效率ηss(包括微波发射源效率ηs、发射天线波束效率ηtr)和接收组件效率(包括微波接收天线效率ηr、微波整流电路效率ηres、直流合成效率ηdc)。
系统传输效率为：
η＝ηss×ηrr＝ηs×ηtr×ηr×ηres×ηdc(公式3)
满足负荷目标的传输效率后，还要进一步计算最终供决定供电的整流电路的效率。
如图3所示，所述整流电路，核心功能器件采用肖特基二极管，利用金属与n型半导体接触形成势垒的二极管，与一般的二极管相比具有较低的开启电压和结电容，是一种多数载流子导电器件，不存在少数载流子在pn结附近积累和消散的过程，具有工作速度快、损耗小和低功耗的特点，非常适合与在高频微波下的整流应用。不同的整流电路拓扑结构会直接影响到整体系统的rf-dc整流转换效率ηres及整流功率容量，所述整流电路可采用多管倍压整流，拓扑结构如图3所示，其具有功率容量大的特点，功率容量会随着管子的增加而增加，可以驱动不同功耗的传感器和监测设备。整流效率为：
其中，vdc为微波整流电路负载端直流输出电压，pdc为微波整流电路负载端直流功率，pr为微波整流电路的输入功率，rl为负载等效电阻。
在满足系统传输效率基础上，满足达到整流效率的要求，即可实现对电路结构的优化。
在本实施例中，利用在线仿真模块，只需所知线路实时监测设备的类型特点和有效功率，便可确定微波无线电能传输系统各个模块能量输出等级，根据无线电能传输系统的能量传输路径分析，确定无线链路的裕量大小并选择合适类型的微波源、天线阻抗匹配电路和整流电路，实现线路监测设备在供电的过程中具有更优的传输效率。在合理控制成本的前提下，可有效解决超高压与低电位间无法直接电缆供电的问题，并且能够留出足够的安全距离。
优选的，在电路结构中，感应取电线路包括电容式电压互感器，所述电容式电压互感器的原边并联一个电容。在本实施例中，所述感应取电线路采用电容式电压互感器，利用电容降压的思路，将高压电容降压后给互感器使用，电容式电压互感器的原边并联一个电容，构成二级分压结构，通过调整分压电容的大小和绕组匝数的关系，将副边电压降到所需值。
所述电容式电压互感器与阻尼器并联。在本实施例中，通过与阻尼器并联，防止电压互感器磁芯饱和产生磁铁谐振带来的损坏，通过并联阻尼器防止饱和来消除谐振能量。
所述发射端电能变换电路可将感应取电线路输出电压升压适用于微波源的直流电压，电压在一定范围内应连续可调，为满足电源稳定度及电压宽范围调节的要求，主电路采用两级稳压调节方案，第一级为预稳压，第二级为精稳隔离输出级，并配有隔离驱动电路、控制电路、保护逻辑、电压取样和电流取样等单元电路，以保证直流电压的稳定输出。
微波源可以是电真空器件，在电能转换电路产生的直流电压激励下，内部会有相互垂直的恒定磁场和恒定电场，与高频电磁场发生相互作用，产生微波能量，使用中应安装二次短路保护器，其性能和效率，会根据电源的类型和输出而变化，因此需要根据系统选择合适的微波源。
所述阻抗匹配网络是由输入滤波器和阻抗匹配电路组成，具有两方面的作用，第一：是将接收天线和整流电路进行匹配，接收天线收集的微波能量尽可能多地传送至整流电路，减小反射带来的能量损失；第二：阻抗匹配具有滤波能力，能有效抑制整流电路非线性特性产生的高次谐波，提升能量转换效率。
在上述任意一项实施例中优选的，所述发射天线和接收天线采用相同的平面印刷天线。在本实施例中，发射天线和接收天线采用相同的平面印刷天线，具备高效率、易集成、小型化的特点，微波源在不稳定工作条件下易产生频偏，即设计天线在所需的频点上应具有一定的频率带宽，该带宽内回波损耗s11需要达到-20db以下，具有相同的极化方向和较高的微波接收效率，以达到良好的空间匹配，为进一步提升天线单元增益，增加能量的有效传输距离，可在贴片天线单元采用贴片加上寄生贴片和寄生介质形式。
所述电网线路监测设备包括以下设备中的一种或几种：覆冰监测设备、风偏监测设备、雷电监测设备、绝缘子污秽监测设备和杆塔倾斜监测设备。利用输电线路监测设备(覆冰监测、风偏监测、雷电监测、绝缘子污秽监测和杆塔倾斜监测)，与中央控制系统相连，做到实时信息交互。
本发明提供一种应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电方法，应用于上述微波无线供电系统，包括以下步骤：
s1、从高压线路中获取电能，将获取的电能转换为微波；
s2、将微波通过发射天线定向辐射；利用接收天线，接收所述定向辐射的微波；
s3、将接收的微波电磁能转换为直流电能，并将直流电能供给负载使用,实现微波无线供电。
本申请提供的方法，从高压电网中取电后，利用微波源将电能转换为微波，通过天线发射出去，接收天线接收到微波后，再将微波转换为电能，给电网线路监测设备供电，结构灵活，系统紧凑，可实现小型化集成，可根据实际输电线路高低电位间设备供电工作条件，选择更加合适的远程无线供电结构，后期改进及维护成本也可以得到有效控制。
如图4所示，优选的，还包括在高压线路取电之前，利用下述在线仿真步骤对电路结构进行优化：所述仿真步骤包括：
a1、获取发射端的发射功率、发射天线增益、工作频率，接收端的接收天线增益、实时监测负载的功率以及传输距离，构建电网在线监测供电模型；
a2、根据电磁波传输的弗里斯公式，计算电网在线监测供电模型中的供电参数，根据得出的供电参数，进行在线仿真；
a3、根据仿真结果，优化微波无线供电系统的电路结构。
在本实施例中，采用该方法仿真，只需所知线路实时监测设备的类型特点和有效功率，便可确定微波无线电能传输系统各个模块能量输出等级，根据无线电能传输系统的能量传输路径分析，确定无线链路的裕量大小并选择合适类型的微波源、天线阻抗匹配电路和整流电路，实现线路监测设备在供电的过程中具有更优的传输效率。在合理控制成本的前提下，可有效解决超高压与低电位间无法直接电缆供电的问题，并且能够留出足够的安全距离。同时，本方案结构灵活，可根据实际微波无线电能传输系统工作条件，选择更加合适的结构配置，后期改进及维护成本也可以得到有效控制。
优选的，所述供电参数包括接收端功率、系统空间无线传输效率。
具体包括，根据弗里斯传输公式，确定发射端的发射功率和发射天线增益。由于电磁波路径损耗和传播距离和电波频率有关系，在实际传播环境中，还要考虑环境因子，由于在自由空间中传播，此处对于环境因子进行了简化。假设发射天线的功率为pt，发射天线增益为gt，接收天线增益为gr，接收功率为pr，工作波长为λ，两天线相距为r。
根据弗里斯传输公式则有：
其中pr＝无线接收能量(dbms)；pt＝无线能量发射功率(dbms)；gr＝接收天线增益(dbi)；gt＝发射天线增益(dbi)；λ＝发射无线信号波长(m)；r＝天线相隔距离(m)，根据弗里斯传输公式，在满足实施条件的情况下，我们能够快速的计算相关的接收功率及接收天线增益参数。
由已知的发射功率、发射天线增益、工作频率、接收天线增益以及传输距离，通过弗里斯传输公式即可计算得到接收端功率、系统空间无线传输效率。
考虑空间损耗：
传输效率是衡量微波无线电能传输系统性能的主要指标，是系统设计的主要依据，因此微波无线电能传输系统需要根据各组件性能和效率进行设计。
微波在大气中的空间传输效率基本上为100％，微波无线电能传输系统的能量传输效率可以忽略空间传输效率，所以微波无线电能传输系统组成和传输效率包括：发射组件效率ηss(包括微波发射源效率ηs、发射天线波束效率ηtr)和接收组件效率ηrr(包括微波接收天线效率ηr、微波整流电路效率ηres、直流合成效率ηdc)。
系统传输效率为：
η＝ηss×ηrr＝ηs×ηtr×ηr×ηres×ηdc(公式3)
满足负荷目标的传输效率后，还要进一步计算最终供决定供电的整流电路的效率。
进一步，在计算电网在线监测供电模型中的供电参数时，包括利用如下公式计算整流电路效率：
其中，vdc为微波整流电路负载端直流输出电压，pdc为微波整流电路负载端直流功率，pr为微波整流电路的输入功率，rl为负载等效电阻。
在本实施例中，通过计算电网在线监测供电模型中的供电参数时，计算整流电路效率，目前在几米量级的传输距离下，微波无线输能传输效率可达30％以上，发射功率可达kw量级，可为高压输电线路上的在线监测装置的可靠供电提供有效解决方案。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
1.一种应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电系统，其特征在于，包括高电位微波发射部分和/或低电位接收整流部分，其中，高电位发射模块包括感应取电线路、发射端电能变换电路、微波源和发射天线，低电位接收模块包括接收天线、阻抗匹配网络和整流滤波电路,所述整流滤波电路的输出端连接电网线路监测设备的电源输入端；
所述感应取电线路用于从高压线路中获取电能；所述发射端电能变换电路用于将获取的电能升压给微波源供电；所述微波源用于将输入的电能转换为微波；所述发射天线用于将微波进行定向辐射；
所述接收天线用于接收定向辐射的微波，并将接收到的微波发送至阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络用于将接收天线收集的微波转换为直流电，并将直流电发送至整流滤波电路，所述整流滤波电路用于将接收到的直流电进行整流滤波，进行稳定的电流输出，给电网线路监测设备供电。
2.根据权利要求1所述的微波无线供电系统，其特征在于，所述感应取电线路包括电容式电压互感器，所述电容式电压互感器的原边并联一个电容。
3.根据权利要求2所述的微波无线供电系统，其特征在于，所述电容式电压互感器与阻尼器并联。
4.根据权利要求1所述的微波无线供电系统，其特征在于，所述发射天线和接收天线采用相同的平面印刷天线。
5.根据权利要求1所述的微波无线供电系统，其特征在于，还包括在线仿真模块，所述在线仿真模块用于对所述高电位微波发射部分和低电位接收整流部分中电路拓扑结构和电子元器件进行模拟仿真；包括模型构建单元、计算仿真单元、优化单元；
所述模型构建单元用于获取模型参数，并利用获取的模型参数构建电网在线监测供电模型；所述模型参数包括发射端的发射功率、发射天线增益、工作频率，接收端的接收天线增益、实时监测负载的功率以及传输距离；
所述计算仿真单元用于根据电磁波传输的弗里斯公式，计算电网在线监测供电模型中的供电参数，根据得出的供电参数，进行在线仿真；
所述优化单元用于根据仿真结果，优化微波无线供电系统的电路结构。
6.根据权利要求1所述的微波无线供电系统，其特征在于，所述电网线路监测设备包括以下设备中的一种或几种：覆冰监测设备、风偏监测设备、雷电监测设备、绝缘子污秽监测设备和杆塔倾斜监测设备。
7.一种应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-6中任意一项所述的微波无线供电系统，包括以下步骤：
s1、从高压线路中获取电能，将获取的电能转换为微波；
s2、将微波通过发射天线定向辐射；利用接收天线，接收所述定向辐射的微波；
s3、将接收的微波电磁能转换为直流电能，并将直流电能供给负载使用，实现微波无线供电。
8.根据权利要求7所述的应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电方法，其特征在于，还包括在高压线路取电之前，利用下述在线仿真步骤对电路结构进行仿真优化：
所述仿真步骤包括：
a1、获取发射端的发射功率、发射天线增益、工作频率，接收端的接收天线增益、实时监测负载的功率以及传输距离，构建电网在线监测供电模型；
a2、根据电磁波传输的弗里斯公式，计算电网在线监测供电模型中的供电参数，根据得出的供电参数，进行在线仿真；
a3、根据仿真结果，优化微波无线供电系统的电路结构。
9.根据权利要求8所述的应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电方法，其特征在于，所述供电参数包括以下参数中任意一种或多种：接收端功率、系统空间无线传输效率、整流电路效率。
10.根据权利要求9所述的应用于电网输电线路监测设备的微波无线供电方法，其特征在于，利用如下公式计算整流电路效率：
其中，vdc为微波整流电路负载端直流输出电压，pdc为微波整流电路负载端直流功率，pr为微波整流电路的输入功率，rl为负载等效电阻。
技术总结