本实用新型涉及远距离供电系统。
背景技术：
作为通讯等领域重要的基础设施，基站建设在相当长的时间内都会处于高速发展的阶段。通信基站常规的供电方式一般有从供电局的直供电和由周边企业送电的转供电方式。而通讯技术的快速发展，从4g发展到5g，基站布局密度大幅度扩大，系统功耗也增加了数倍，基站的供电存在找电、布线困难等问题，而进行电路改造，不仅投资大，前期的协调和沟通，后期维护管理都存在问题，无法满足基站建设快速发展的需要。
除此之外，基站供电也有由通信企业自行远程供电的方式，包括直流远程和交流远供两种，但需要架设交直流输电的专用电缆，供电电缆在室外长距离敷设，不仅存在着线路损耗，也存在人身安全、电气安全和防盗等问题。同时，随着通信网络建设不断向边远地区延伸，室外供电质量特别差，甚至没有市电的地方，基站供电问题更加突出，而高质量的供电是网络通信设备可靠工作的关键。
技术实现要素：
本实用新型提供一种远距离供电系统，在实现远距离供电的同时，可以减少线路耗损。
本实用新型的远距离供电系统，包括；局端设备、远端设备和引导线缆，其中，所述局端设备包括：电源、第一工作电路、第一线圈和第二线圈；所述第一工作电路联通在所述电源和第一线圈之间，所述第一线圈和所述第二线圈耦合，且所述第二线圈的匝数大于所述第一线圈的匝数；所述远端设备包括：负载、第二工作电路、第三线圈和第四线圈；所述第二工作电路联通在所述负载和所述第三线圈之间，所述第三线圈和所述第四线圈耦合，且所述第四线圈的匝数大于所述第三线圈的匝数；所述引导线缆联通在所述第二线圈和所述第四线圈之间。
优选的，所述第二线圈的半径小于等于所述第一线圈的半径；所述第四线圈的半径小于等于所述第三线圈的半径。
优选的，所述第二线圈、所述第四线圈和所述引导线缆形成谐振回路，所述谐振回路的谐振频率为f；所述第二线圈和所述第四线圈之间的距离小于等于c/2πf，其中c为光速。
优选的，还包括可变电抗组件；所述第二线圈和所述第四线圈中的至少一个，与所述可变电抗组件连接。
优选的，所述第一工作电路包括：局端直流变换器、局端逆变器和局端补偿电路；所述第二工作电路包括：远端滤波器、远端直流变换器和远端补偿电路。
优选的，所述局端设备还包括局端控制器；所述远端设备还包括远端控制器；所述局端控制器和远端控制器通过通信线缆联通。
优选的，所述局端设备还包括局端控制器、局端驱动器和局端传感器；所述局端驱动器联通所述局端控制器和所述局端逆变器；所述局端传感器联通所述局端控制器和局端补偿电路；所述局端控制器还分别和所述局端直流变换器、所述第二线圈信号联通；所述远端设备还包括远端控制器和远端传感器；所述远端传感器联通所述负载和所述远端控制器；所述远端控制器还分别和远端滤波器、远端直流变换器、第四线圈信号联通；所述局端控制器和远端控制器通过通信线缆联通。
优选的，所述可变电抗组件为可调电容或者可调电感。
优选的，所述引导线缆和所述通信线缆组成线缆总成；或者，所述引导线缆和所述通信线缆为同一条线缆。
本实用新型的远距离供电系统在实现远距离供电的基础上，减少了能量耗损。
附图说明
图1为本申请远距离供电系统一个实施例的示意图；
图2为本申请远距离供电系统另一个实施例的示意图；
图3为本申请远距离供电系统中谐振回路一个实施例的示意图；
图4为本申请远距离供电系统中谐振回路另一个实施例的示意图；
图5为本申请远距离供电系统中一种可变阻抗组件的示意图；
图6为本申请远距离供电系统中基站网络的示意图。
附图标记：
局端设备1、远端设备2、引导线缆3、电源11、第一工作电路12、第一线圈13、第二线圈14、负载21、第二工作电路22、第三线圈23、第四线圈24、远端控制器25、远端传感器26、局端直流变换器121、局端逆变器122、局端补偿电路123、远端滤波器221、远端直流变换器222、远端补偿电路223。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
本实用新型公开一种远距离供电系统，参见图1和图2，该系统包括局端设备1、远端设备2和引导线缆3。局端设备1可以理解为电力的提供端，远端设备2可以理解为电力的接收端。图中点划线是为了方便区分局端设备1和远端设备2。
例如在应用于基站时，一个基站可以同时具有局端设备1和远端设备2，远端设备2用来接收电能，供给基站使用，同时，还能够通过同一个基站上的局端设备1将电能输送到下一个基站。在一些实施例中，远端设备2的可以继续向下一级的远端设备2传送，相当于无线电力传输的多线圈级联。
还可以采用一个局端设备1，同时向多个远端设备2供电的方式，这种方式也被称为星形连接。其优势在于只要一个地方有电源，其它地方都可以获得电能，解决“找电难”的问题。
可见，本申请的远距离供电系统中，局端设备1、远端设备2和引导线缆3只是组成一个最小供电通路的单元，实际应用中，局端设备1、远端设备2和引导线缆3都可以是多个，以形成大面积的远距离供电网络，实现大范围的供电，而非只能针对两点间的供电使用。
参见图1到图2，局端设备包括：第一工作电路12、第一线圈13和第二线圈14。第一工作电路12联通第一线圈13，第一线圈13和第二线圈14耦合，且第二线圈14的匝数大于第一线圈13的匝数，优选的实施例中第二线圈14的半径小于等于第一线圈13的半径。
工作时，需要一个电源11作为电能的输入，第一工作电路12具有电源接入端口，电源11联通到第一工作电路12上。电源11作为电力的来源，可以是电网供电等提供的。在多个基站组成的网络中，有些基站接收电力之后，可能还会为其他基站供电，因此得电后的基站可以作为其他需要供电的基站的电源11使用。
基站上还可以设置电池，主要是为防止供电系统出现问题后的备用电源，实际应用中基站一般也会配置备用电池。远端设备包括：负载21、第二工作电路22、第三线圈23和第四线圈24；第二工作电路22联通在负载21和第三线圈23之间，第三线圈23和第四线圈24耦合，第四线圈24的匝数大于第三线圈23的匝数，优选的实施例中第四线圈24的半径小于等于第三线圈23的半径。
引导线缆3联通在第二线圈14和第四线圈24之间。
局端设备1中的第二线圈14、远端设备2中的第四线圈24，以及引导线缆3，这三部分组成了谐振回路，以该谐振回路的谐振频率为f，第二线圈14和第四线圈24之间的距离小于等于c/2πf。例如当谐振频率为50khz时。局端设备和远端设备之间的最大距离在954米左右(因为涉及π和光速的计算，此处仅取整作为示例)。
在一些实施例中，还包括可变阻抗组件4，第二线圈14和第四线圈24中的至少一个，与可变电抗组件4连接。一般的，第二线圈14和第四线圈24都分别连接一个可变电抗组件4。可变电抗组件4为可调电容41或者可调电感42。
下面说明第一工作电路12和第二工作电路22。
第一工作电路12包括：局端直流变换器121、局端逆变器122和局端补偿电路123；第二工作电路22包括：远端滤波器221、远端直流变换器222和远端补偿电路223。
局端设备1还包括局端控制器15；远端设备2还包括远端控制器25；局端控制器15和远端控制器25通过通信线缆5联通。
局端设备1还包括局端控制器15、局端驱动器17和局端传感器16；局端驱动器17联通局端控制器15和局端逆变器122；局端传感器16联通局端控制器15和局端补偿电路123；局端控制器15还分别和局端直流变换器121、第二线圈14信号联通；远端设备2还包括远端控制器25和远端传感器26；远端传感器26联通负载21和远端控制器25；远端控制器25还分别和远端滤波器221、远端直流变换器222、第四线圈24信号联通；局端控制器15和远端控制器25通过通信线缆5联通。
在一些实施例中，局端控制器15和远端控制器25可以采用无线通信方式，在这种方式中，可以不使用通信线缆5。
下面以基站作为例子，详细说明本申请中远距离充电系统的工作方式。
假设一个区域内有n个基站，根据不同的规划方案，这n个基站中的每一个基站，都可以同时设置局端设备1和远端设备2。供电时，例如使用市政电网供电，将电网联通其中一个或几个基站的局端设备1，在通过该局端设备1向其他基站的远端设备2供电。通过远端设备2得电之后给负载使用，也可以是给基站的电池充电。并且，因为基站同时设置局端设备1和远端设备2，远端设备2得电后，还能通过安装在同一基站上的局端设备1向之后的基站供电。这种情形中，第一个基站从电网获得电能，电网就作为电源11工作。同时，第一个基站向第二个基站输送的电能，就作为第二个基站的电源11使用。即电源11是能够提供电能的统称，既可以是电网，也可以是输送电能的设备。可以参见图6，组成了一个基站网络。图中标记的电源11是电网提供的，后续的基站中，电源11可以是通过远程供电系统提供的。或者可以简单理解为，一个基站上的远端设备2得电，得到的电能一方面驱动基站工作，另一方面输送到本基站的局端设备1，作为电源11使用，以使电能继续向后传输。
当然，在一些实施例中，n个基站中，有一个或几个基站从电网获得电力，可以不设置远端设备2，一个或几个基站只通过其他基站或电网得到电力，而不需要向其他基站供电，那么可以不设置局端设备1。
供电过程中，电力在引导线缆3的引导下传输到远端设备2，其中局端设备1是电力的发送端，局端设备包括局端直流变换器121、局端逆变器122、局端补偿电路123、局端控制器15、局端驱动器17、局端传感器16、第一线圈13和第二线圈14。远端设备2是电力的接收端，远端设备包括局端直流变换器121、远端滤波器221、远端补偿网络223、远端控制器5、远端传感器26、第三线圈23、第四线圈24和负载21。
局端设备1从电源11输入的工频交流电经过局端直流变换器121转为直流电，局端直流变换器121包括滤波、整流和因数调整等流程，最终输出直流电。直流电经过局端逆变器122转换成高频交流电，输入到局端补偿电路123和第一线圈产生交变的磁场，第二线圈与第一线圈是紧耦合关系。二者的空间关系可以是第二线圈插入到第一线圈内，也可以是二者通过并绕形成，并绕时第一线圈13的半径和第二线圈14半径可以相同。
第二线圈与第一线圈之间，相当于一个升压变压器的结构。第一线圈13是低压耦合线圈，第二线圈14是高压耦合线圈。第一线圈13的磁场磁通量径直穿过第二线圈14，在第二线圈14中产生感生电压，并使得在第二线圈14中产生流动电流。第二线圈14的回路(匝数)多于第一线圈13的回路(匝数)，即两者有高电压变比，两个线圈之间遵循变压器效应，因此在第二线圈14内产生电压的升高。
在远端设备中，第三线圈23和第四线圈24之间的原理与上述相似，第三线圈23相当于低压耦合线圈，第四线圈24相当于高压耦合线圈。
局端设备1和远端设备2的高压耦合线圈(第二线圈14和第四线圈24)通过引导线缆3连接，第二线圈14构成一个回路b，第四线圈24构成一个回路c，这个电路是一个rlc并联谐振回路，如图3和图4所示，其中ra、la、ca是局端设备1中第二线圈14的等效电阻、等效电感和等效电容；rb、lb、cb分别是远端设备2的第四线圈24的等效电阻、等效电感和等效电容。其等效电容ca或cb包括螺旋线圈的匝间电容和线圈与引导线缆3之间的电容。
局端设备1和远端设备2的高压耦合线圈下端由引导线缆3中的导引线缆相连，使两个谐振回路之间保持等电位。
本申请中局端设备1和远端设备2之间的距离要小于等于c/2πf，此时高第二天线14和第四线圈24可看作天线(即可看作分离的电容器的一个极板)，第二天线14和第四线圈24之间的距离在上述公式范围内，天线之间仍处于无线能量传递的近场，天线不向近场外辐射电磁波能量，电磁场能量在天线周围的近场空间及天线之间周期性地来回流动。因此，局端设备1和远端设备2的第二天线14和第四线圈24之间可视作存在等效电容cab，这两个圈组成的电容之间存在着位移电流，并由导引线缆3提供电流的通路。工作中，对电容上加载的正弦交流电，电压与电流相位差是90度，电流的相位超前电压90度。而功率等于电压乘电流，则一个周期中电流与电压的乘积始终是零，电容内传输位移电流的过程不消耗功率，因此通过这种方式传输能量理论上具有非常高的传输效率，同时对传输通路内位移电流流过的材料也没有欧姆损耗。
参见图2，为了方便说明，我们将远距离供电系统分为abcd四个回路部分，回路a也可以称为电源回路，第一工作电路12、第一线圈13，在其他优选实施例中还可以包括局端控制器15、局端驱动器17和局端传感器16。回路b是第二线圈14构成的回路，回路c是第四线圈24构成的回路，回路d可以称为负载回路，包括负载21、第二工作电路22和第三线圈23，在其他实施例中还包括远端控制器25、远端传感器26。
在本专利的一种实施方式中，如果远端设备2处于复杂的变化或者网络中，例如负载21发生变化或是有多个远端设备组成复杂的网络，系统的工作频率会偏离谐振回路的谐振频率，乃至超出谐振状态的临界点，使谐振回路之间不再处于谐振状态，这种情况会使传输效率发生变化，甚至无法传输能量。
为了解决这个问题，可以在电源回路(回路a)和负载回路(回路d)设置补偿电路(局端补偿电路123；远端补偿电路223)或调整电源回路的局端驱动器17可以调节或补偿这种频率偏移。还可以调节谐振回路的自电容或自电感，即la、lb或ca、cb。
除此以外，对于解决上述问题，还有更高效的实施例是在谐振回路中增加可变电抗性组件4，如可变电感或电容。设置独立分离的可变电抗性组件4以串联或并联的方式加入到谐振回路中，也可以上述方式结合，形成复合的调谐回路。通过电感器的抽头之间或多个串/并联的电容器之间的切换可以在这样的实施方式中提供步进式的可变电抗，图3和图4是并联独立分离的可调电容的方式和可调电感方式的原理图。
参见图5，是可变电感作为可变电抗性组件4的示意图，该可变电感包括多个抽头，图中分别为t1、t2、t3和t4，该可变电感的两个连接端头用来并联入第二线圈14中(也可以是并联到第四线圈24中)，其中一个端头上连接有切换开关41，用来有选择的和一个抽头连接。连接不同的抽头，就会使该可变电感提供不同的电抗值。图5仅作为示意，抽头的数量可以更多，以提供更精细的阻抗调节，图中切换开关41起到示意作用，并非限制结构。
局端设备1的第二线圈14的电流在引导线缆3的引导下被传输到远端设备2的第四线圈24，同局端设备1过程类似，第四线圈24和第三线圈23组成相当于一个降压变压器的结构，高压交变磁场使第三线圈23耦合产生低压交变磁场，进而产生低压感应交流电，交流电传输到远端直流变换器222和远端滤波器221后转换为直流电，再传送给负载21。负载21可是多种用电设备的统称。
虽然是以基站为例进行说明，但是在远端设备2得电后，还可以为其他设备供电，例如射频模块、光纤直放站、小宏基站、微蜂窝基站、干放、wlan、ptn设备、室外综合接入机柜等通信设备负载供电。
本系统在局端设备1和远端设备2设置分别设控制器——局端控制器15和远端控制器25。以及实现控制所需要采集数据的局端传感器16，局端传感器16为通过根据远端设备2的负载变化和用电需求调节供电电源的功率输出，同时对局端设备1和远端设备2的谐振回路调谐使之处于谐振状态。
引导线缆3和通信线缆5可以组成线缆总成，实现在局端设备1和远端设备2之间的连接。基站之间的数据传输通过通信线缆传送，局端控制器15和远端控制器25的数据交换也可以通过通信线缆传送。一般的通信线缆可以采用光缆。在一些实施例中，引导线缆3和通信线缆5可以是一条线缆，既承担通信功能,又作为位移电流的引导载体。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。
1.一种远距离供电系统，其特征在于，包括：
局端设备(1)、远端设备(2)和引导线缆(3)，其中，
所述局端设备包括：第一工作电路(12)、第一线圈(13)和第二线圈(14)；
所述第一工作电路(12)联通所述第一线圈(13)，所述第一线圈(13)和所述第二线圈(14)耦合，且所述第二线圈(14)的匝数大于所述第一线圈(13)的匝数；
所述远端设备包括：负载(21)、第二工作电路(22)、第三线圈(23)和第四线圈(24)；
所述第二工作电路(22)联通在所述负载(21)和所述第三线圈(23)之间，所述第三线圈(23)和所述第四线圈(24)耦合，且所述第四线圈(24)的匝数大于所述第三线圈(23)的匝数；
所述引导线缆(3)联通在所述第二线圈(14)和所述第四线圈(24)之间。
2.根据权利要求1所述的远距离供电系统，其特征在于，
所述第二线圈(14)的半径小于等于所述第一线圈(13)的半径；
所述第四线圈(24)的半径小于等于所述第三线圈(23)的半径。
3.根据权利要求1所述的远距离供电系统，其特征在于，
所述第二线圈(14)、所述第四线圈(24)和所述引导线缆(3)形成谐振回路，所述谐振回路的谐振频率为f；
所述第二线圈(14)和所述第四线圈(24)之间的距离小于等于c/2πf，其中c为光速。
4.根据权利要求1所述的远距离供电系统，其特征在于，
还包括可变电抗组件(4)；
所述第二线圈(14)和所述第四线圈(24)中的至少一个，与所述可变电抗组件(4)连接。
5.根据权利要求1所述的远距离供电系统，其特征在于，
所述第一工作电路(12)包括：
局端直流变换器(121)、局端逆变器(122)和局端补偿电路(123)；
所述第二工作电路(22)包括：
远端滤波器(221)、远端直流变换器(222)和远端补偿电路(223)。
6.根据权利要求1所述的远距离供电系统，其特征在于，
所述局端设备(1)还包括局端控制器(15)；
所述远端设备(2)还包括远端控制器(25)；
所述局端控制器(15)和远端控制器(25)通过通信线缆(5)联通。
7.根据权利要求5所述的远距离供电系统，其特征在于，
所述局端设备(1)还包括局端控制器(15)、局端驱动器(17)和局端传感器(16)；
所述局端驱动器(17)联通所述局端控制器(15)和所述局端逆变器(122)；
所述局端传感器(16)联通所述局端控制器(15)和局端补偿电路(123)；
所述局端控制器(15)还分别和所述局端直流变换器(121)、所述第二线圈(14)信号联通；
所述远端设备(2)还包括远端控制器(25)和远端传感器(26)；
所述远端传感器(26)联通所述负载(21)和所述远端控制器(25)；
所述远端控制器(25)还分别和远端滤波器(221)、远端直流变换器(222)、第四线圈(24)信号联通；
所述局端控制器(15)和远端控制器(25)通过通信线缆(5)联通。
8.根据权利要求4所述的远距离供电系统，其特征在于，
所述可变电抗组件(4)为可调电容(41)或者可调电感(42)。
9.根据权利要求6或7所述的远距离供电系统，其特征在于，
所述引导线缆(3)和所述通信线缆(5)组成线缆总成；或者，
所述引导线缆(3)和所述通信线缆(5)为同一条线缆。
技术总结