探討電力傳輸控制技術的發展趨勢

成 志

（國網山東東營市東營區供電公司，山東 東營 257100）

時代不斷的發展，電子類的產品越來越多，例如電腦、手機、照相機等設備都給人們的生活帶來了很大的方便，但是這些產品都離不開電力，傳統的做法都是將電器連在插座之上對終端產品進行充電。隨著科技的進步，移動設備，無線網絡設備以及無線傳輸設備越來越多，人們希望能夠進行無線充電，遠離有線充電器的干擾。在此契機之下，無線電力傳輸技術成為21世紀最受關注的焦點，人們對無線電力傳輸也充滿了期待。很多經濟發達的國家都在探究無線電力傳輸技術，很多科學家投入到無線傳輸的研究之中，試圖將無線電力傳輸技術應用到更為廣泛的領域，實現無線電力傳輸的普遍化。

1 電力傳輸領域的分類

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，這種傳輸技術主要運用電磁感應的原理將能量傳輸出去。無線電力傳輸的方式是多種多樣的，最普遍的是通過電磁感應現象實現能量傳遞，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行傳輸，通過微波的波動進行傳輸，還有利用激光進行能量的傳輸等，這些辦法在不進行接觸的情況下實現了能量的傳輸。無線電力傳輸因距離的不同，進行傳輸的形式也是多種多樣的，距離較短的稱之為短程傳輸，距離較長的稱之為遠程傳輸，處在短程和遠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形成的電力進行供應。電磁感應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，導體在其內部做切割磁感線的運動，從而形成感性電流，磁場在非金屬物質的條件下是可以自由進行傳播的，因此只要避開金屬物質，電能就可以從一處傳到另一處，這樣就可以實現無線電能傳輸。電磁感應產生的功率很大，有時會達到成百上千千瓦。使用電磁感應一般都是選擇較近的距離，這樣可以采用一個較小的設備進行電力的供應，此種方法進行短程供電的距離最遠為10 cm；中程傳輸因其距離較遠一般是利用射頻來完成電力傳輸，利用共振的原理產生電流，形成電流的通路進行傳輸，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，因此產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；遠程進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備供電，射頻進行電能傳輸的距離比較遠，基本能達到10 m，但因其距離較遠，傳輸的功率相應的就較小，僅有100 mW左右，并且具有相同頻率的諧振物體之間可以進行能量的交換。

中程傳輸可以為一些小型的用電設備進行電力傳輸，例如平時用的手機、MP3、汽車專用電視、電子體溫計、助聽器等。遠程傳輸需要借助微波進行傳遞，通過微波與微型設備進行連接，選擇適當的波段，整理電流，最終形成直流電來給需電設備供電。遠程供電傳輸對航空領域的貢獻是十分巨大的，例如人造地球衛星供電，航天設備之間進行的能量傳輸，開發新能源如太空太陽能發電站“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行傳遞，即電能轉化為波能，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備供電。微波技術快捷方便，因此在很多領域都開始使用微波進行能量的傳遞，例如家里常用的微波爐，即將電能轉化為波能再轉化為電能，利用GPS設備進行定位，還有就是大家常用的通訊設備，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境的影響，可用于空間太陽能電站、低軌道和同步軌道衛星供電等。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遠距離的電力傳輸。激光的發射都是直來直往，方向比較明確，而且最終的能量都集中到一個點，這對衛星的正常工作不會產生任何的干擾，但是其存在的缺點是受障礙物的影響，一旦有障礙物出現，激光傳輸的電能就會損失掉，導致能量無法傳遞。

在整個通訊領域之中，便攜通信發展最為迅速的還是WPT應用技術。在手機周圍或者一些相關的充電設施上安裝能夠接收電力的設備和發射線圈，這樣就可以保證手機實現無線充電。此時，手機及其相關聯的充電插座之上已經形成了磁耦合作用，并利用相關的設備及技術將感應電流進行直接傳輸。對此電壓進行整理、變換之后，即可以直接對用電設備進行供電。而在電流傳輸的實際應用領域，采用的一般都是ICPI技術，這項技術使用最多的是在電動汽車以及相應的軌道機車等充電裝置中。

2 我國電力傳輸控制技術的發展

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

3 電力傳輸可能面對的問題和相關對策

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致傳輸的電力減弱。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，尤其是在空氣中進行傳輸，空氣中具有導電的物質，導致磁場減弱，電力損耗嚴重，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，而且傳輸的功率比較低，不能輸送大量的電力，導致其無法進行大量的遠距離的電力傳輸。無線充電是將充電設備與充電器在磁場范圍內進行連接，但是各種各樣的干擾會導致電量的損耗，傳輸效率的低下，這都制約了無線電力傳輸的發展。無線電力傳輸要解決生產和傳輸兩個問題，同時充電設備也要獲得相關機構的認證，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模式來打開市場缺口。

4 小 結

本文通過對電力的分類進行介紹，引出電力傳輸的具體方式，并對其實際應用進行簡單的分析，同時描述電力傳輸相關技術的發展過程，分析相關技術的具體應用，希望能夠為電力無線運輸提供更多的經驗和幫助。

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