一種電流互感器取電控制方法及系統的製作方法
2023-12-03 19:25:56 1
一種電流互感器取電控制方法及系統的製作方法
【專利摘要】一種電流互感器取電控制方法，包括：對電流互感器繞組中產生的交變電動勢進行整流和儲能；檢測整流後的儲能電容電壓，並與基準電壓進行比較，根據比較輸出控制信號；根據所述控制信號對電流互感器進行控制器輸入耗能調節；根據所述控制信號對控制器輸出電壓進行輸出調節控制。本發明還提出一種電流互感器取電控制系統，包括：整流單元、儲能單元、控制單元、輸入調節單元、以及輸出調節單元，整流單元、儲能單元、以及輸出調節單元依次連接，輸入調節單元與整流單元連接，控制單元分別與儲能單元、輸入調節單元、以及輸出調節單元連接。本發明的電流互感器取電控制方法及系統，既可以提高電流互感器取電的效率和穩定性，又可以保護磁芯。
【專利說明】一種電流互感器取電控制方法及系統【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及應用電力電子和磁芯耦合取電技術的輸電線路高壓感應取電技術，特別是，一種電流互感器取電控制方法及系統。
【背景技術】
[0002]高壓電纜送電，已經普及到大中小城市了。為了高壓電纜的安全，往往需要在電纜旁邊安裝監控設備。為了供電方便通常使用磁芯電流互感器取電在高壓電纜上直接取電。傳統的電流互感器取電，將電流互感器取電電源整流降壓後直接供給用電設備。這樣就會導致很多不穩定情況。I當負載與電流互感器取電電源不匹配時，電流互感器取電效率低下。2當負載突然接入電流互感器取電電源時，導致電流互感器取電崩潰，而不能啟動。3當高壓電纜電流減小時，電流互感器取電電源的效率下降。而導致電流互感器取電崩潰，不能再次啟動設備。4當高壓電纜電流增大時，導致電流互感器取電輸出電壓提高，而使得電流互感器取電磁芯飽和，電流互感器取電磁芯易損壞。
[0003]申請號為CN201120306310.8的中國專利，提供了一種高壓感應取電裝置，由取電線圈和感應取能電源模塊組成。取電線圈等電位固定安裝在高壓輸電線纜上，通過高飽和磁導率鐵基非晶合金軟磁材料磁芯匯聚交變磁通，產生交變電動勢；感應取能電源模塊將取電線圈產生的交變電動勢經取能功率調節部分、整理濾波穩壓支路、DC-DC直流-直流變換器為蓄電池和負載提供電能。本裝置採用可變直徑的取電線圈，通過組合拼裝各種不同直徑的 電磁感應線圈，方便用戶使用。本技術方案利用輸電線路本身的能量解決了現有高壓側設備傳統供電方式的不足，體積小，安裝方式簡單，可廣泛用於中高壓配電電網運行、監測等領域。
[0004]CN201120306310.8的中國專利中提到的取電控制器採用傳統的控制方法。附圖1為該專利的取電電路原理圖，從圖中可以看出，取電電路包括整流器和DCDC降壓器，再輔助一些濾波電路。該電路存在下述問題:
第一:當負載較輕，取電電流較大時。電容602電壓直線升高，直到電流互感器取電效率下降。輸入功率與輸出功率匹配時，電路正常工作。輸入電壓過高時，磁芯處於飽和狀態，磁芯壽命減少，穩定性降低。
[0005]第二:當負載較大，電纜電流較小時，DCDC輸入電壓下降。為了維持同樣電壓輸出，需要加大DCDC輸入電流，而輸入電壓惡性降低，越低效率越低，導致電路死掉，無功率輸出。
[0006]第三；負載電路有電容的情況，上電時，取電電路對負載電容進行充電，由於負載電容充電電流瞬間很大，將電流互感器取電輸出電壓拉低到效率最低的零電壓點，導致負載啟動效率低，需要非常高的電纜電流。對於帶有電容的負載，啟動時，需要啟動電纜電流為正常工作電流的二到三倍。
[0007]因此，傳統的取電電路，只能工作在磁芯飽和區。並要求較大的啟動電纜電流。
[0008]申請號為CN201210201919.8的中國專利，提供了基於電流互感器取電的電源系統，包括:供電式電流互感器、電流互感器測試模塊、濾波模塊、整流模塊、開關電源模塊、儲能模塊、控制模塊、電源輸出模塊。供電式電流互感器與電流互感器測試模塊連接，測試電流互感器的非線性工作特性，獲取電流互感器電流及功率傳輸特性，得到其傳輸特性曲線；濾波模塊、整流模塊與開關電源模塊連接，處理電流互感器的輸入信號；儲能模塊、控制模塊與電源輸出模塊連接，控制模塊通過高性能微處理器控制儲能模塊的充電電路和放電電路，通過電源輸出模塊輸出平滑穩定電源。該發明也是基於傳統電流互感器取電的控制系統上做了些改進，沒有提出根本性解決電流互感器取電系統效率低下，穩定性不好的問題的方案。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在於創新電流互感器取電控制方式，優化電流互感器取電效率，提高電流互感器取電工作穩定性。高壓電流互感器取電已經使用了多年，但是傳統的電流互感器取電控制系統簡單，效率底下，穩定性不好，常常伴隨有，發熱嚴重。接入負載時，取電控制器反覆啟動，不能正常工作，最後導致壞掉。因此對電流互感器取電控制系統而言，既能提高其取電效率，又能提高其取電穩定性的方法，就顯得尤為迫切。
[0010]為了解決上述種種問題，本發明提供一種電流互感器取電控制方法及系統，既可以提高電流互感器取電的效率和穩定性，又可以保護磁芯。
[0011]本發明的具體技術方案如下。
[0012]本發明的第一方面涉及一種電流互感器取電控制方法，包括以下步驟，
對電流互感器取電繞組中產生的交變電流互感器取電電動勢進行整流和儲能；
檢測整流後的儲能電壓，並與基準電壓進行比較，根據比較輸出控制信號；
根據所述控制信號對電流互感器進行輸入耗能調節；
根據所述控制信號對輸出電壓進行輸出調節控制。
[0013]優選的是，當整流後的所述電流互感器取電儲能電壓大於基準電壓時，控制單元輸出耗能調節的控制信號。
[0014]優選的是，當整流後的所述儲能電壓小於基準電壓時，控制單元輸出電壓調節的控制信號。
[0015]優選的是，所述基準電壓的取值範圍以最優取電工作電壓值V。為中心，上下有IOV的浮動空間。
[0016]本發明的第二方面還提出一種電流互感器取電控制系統，包括，用於對電流互感器取電繞組中產生的交變電流互感器取電電動勢進行整流的整流單元、用於儲存經整流單元整流的電流互感器取電繞組中的電能的儲能單元、用於比較儲能單元的儲能電壓與基準電壓並根據比較輸出控制信號的控制單元、用於根據控制單元的控制信號對所述電流互感器取電電動勢進行輸入耗能調節的輸入調節單元、用於根據控制單元的控制信號對儲能電能進行輸出調節的輸出調節單元，整流單元、儲能單元、以及輸出調節單元依次連接，輸入調節單元與整流單元連接，控制單元分別與儲能單元、輸入調節單元、以及輸出調節單元連接。
[0017]優選的是，所述整流單元採用四個二極體實現。
[0018]優選的是，所述整流單元與所述輸入調節單元合併，採用兩個二極體和兩個功率管實現。
[0019]優選的是,所述整流單元的所述二極體採用MOSFET(Metal-Oxide_SemiconductorField-Effect Transistor)管的寄生二極體。
[0020]優選的是，所述儲能單元採用儲能電容實現。
[0021]優選的是，所述基準電壓的取值範圍以最優取電工作電壓值Vtl為中心，上下有IOV的浮動空間。
[0022]優選的是，控制單元採用比較器實現。
[0023]優選的是，控制單元採用單片機實現。
[0024]優選的是，當整流後的電流互感器取電儲能電壓大於基準電壓時，所述控制單元將耗能調節的控制信號發送給控制所述輸入調節單元。
[0025]優選的是，當整流後的電流互感器取電儲能電壓小於基準電壓時，所述控制單元將電壓調節的控制信號發送給所述輸出調節單元。
[0026]優選的是，所述輸入調節單元採用功率管實現。
[0027]優選的是，所述輸出調節單元採用功率管實現。
[0028]優選的是，所述輸出調節單元採用開關電源實現。
[0029]優選的是，所述開關電源包括PWM (Pulse Width Modulation)控制晶片、變壓器、功率管，所述比較器的反相輸入端與PWM控制晶片的時鐘引腳連接，比較器的輸出端與PWM控制晶片的COMP引腳連接，PWM控制晶片的輸出引腳與功率管的柵極連接，變壓器的輸入端與功率管連接，以達到實現了逐周期電流控制的目的。
[0030]優選的是，所述控制單元採用BUCK電路實現。
[0031]優選的是，所述控制單元)對所述輸出調節單元的控制是通過BUCK電路使能腳實現。
[0032]本發明通過控制電流互感器取電電源的輸出電壓，提高電流互感器取電效率和穩定性。當高壓電纜取電電流較大時，採用輸入耗能的方法短路電流互感器取電輸出繞組，使電流互感器取電進入「休眠」狀態即低功耗狀態，保護了磁芯。對於帶有電容的負載，本發明通過輸出調壓的方法，啟動時，緩慢對負載電容充電，即使負載電容再大，負載也能夠正常啟動，克服了傳統取電電路反覆重啟的弊端。本專利的PWM逐周期調壓控制方法，使輸出功率穩定，輸出電流波動小，並減少了負載的電磁幹擾。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1為傳統的取電系統示意圖。
[0034]圖2為電流互感器取電原理示意圖。
[0035]圖3為電流互感器取電功率測試電路示意圖。
[0036]圖4為本發明電流互感器取電控制系統的一系統示意圖。
[0037]圖5為本發明電流互感器取電控制系統的第一實施方式的示意圖。
[0038]圖6為本發明電流互感器取電控制系統的第二實施方式的示意圖。
[0039]圖7為本發明電流互感器取電控制系統的第三實施方式的示意圖。
[0040]圖8為本發明電流互感器取電控制系統的第四實施方式的示意圖。
[0041]圖9為圖5中輸入調節部分的一實施方式電路圖。[0042]圖10為圖6中輸入調節部分的一實施方式電路圖。
[0043]圖11為本發明電流互感器取電控制系統的輸出調節部分的第一實施方式的電路圖。
[0044]圖12為本發明電流互感器取電控制系統的輸出調節部分的第二實施方式的電路圖。
[0045]圖13為本發明電流互感器取電控制系統的輸出調節部分的第三實施方式的電路圖。
[0046]圖14為圖13中的脈寬調製(PWM)波形圖。
[0047]圖15為本發明電流互感器取電控制系統的輸出調節部分的第四實施方式的電路圖。
[0048]圖16為本發明電流互感器取電控制系統的一實施方式的電路圖。
[0049]圖17為傳統取電控制系統中儲能電容電壓、負載電壓、以及輸出電流的波形圖。
[0050]圖18為本發明的取電控制系統中儲能電容電壓、負載電壓、以及輸出電流的波形圖。
【具體實施方式】
[0051 ] 為了能夠更加清楚地理解本發明，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[0052]首先，需要對電流互感器取電原理，進行深入了解。圖2為一個電流互感器取電示意圖，如圖所示，電流互感器取電由閉合磁環102和纏繞在磁芯上面的銅線繞組103組成。高壓電纜101從閉合的磁環102裡面穿過。銅線繞組103輸出與高壓電纜成比例的電流。因此，電流互感器取電可以看作一個恆流源。
[0053]理論上恆流源的輸出電壓越高，輸出功率越大。而輸出電壓越高，磁芯耦合係數越小，磁芯越容易飽和。對於具有指定磁芯和線圈匝數的電流互感器取電而言，其最優取電工作電壓值可採用做實驗的方式來確定。這裡提供一組實測的實驗數據。圖3為電流互感器取電功率測試電路圖，電流互感器取電輸出端連接整流橋，整流橋的輸出端並聯電容，電容的正負極端並聯功率計。實驗分別在電纜電流是50A和100A的兩種狀態下測試電容電壓和功率。
[0054]實驗條件如下。
[0055]電流互感器取電磁芯材料:矽鋼片；
電流互感器取電磁芯直徑:14cm ；
電流互感器取電磁芯截面積:11cm2 ；
電流互感器取電線圈匝數:160匝。
【權利要求】
1.一種電流互感器取電控制方法，包括:對電流互感器取電繞組中產生的交變電流互感器取電電動勢進行整流和儲能的步驟；其特徵在於，還包括以下步驟， 檢測整流後的儲能電壓，並與基準電壓進行比較，根據比較輸出控制信號； 根據所述控制信號對電流互感器進行輸入耗能調節； 根據所述控制信號對輸出電壓進行輸出調節控制。
2.根據權利要求1所述的電流互感器取電控制方法，其特徵在於，當所述電流互感器取電儲能電壓大於基準電壓時，控制單元輸出耗能調節的控制信號。
3.根據權利要求1所述的電流互感器取電控制方法，其特徵在於，當所述儲能電壓小於基準電壓時，控制單元輸出電壓調節的控制信號。
4.根據權利要求1所述的電流互感器取電控制方法，其特徵在於，所述基準電壓的取值範圍以最優取電工作電壓值Vtl為中心，上下有IOV的浮動空間。
5.一種電流互感器取電控制系統，包括，用於對電流互感器取電繞組中產生的交變電流互感器取電電動勢進行整流的整流單元(10)，其特徵在於，還包括，用於儲存經整流單元(10)整流的電流互感器取電繞組中的電能的儲能單元(20)、用於比較儲能單元(20)的儲能電壓與基準電壓並根據比較輸出控制信號的控制單元(30)、用於根據控制單元(30)的控制信號對所述電流互感器取電電動勢進行輸入耗能調節的輸入調節單元(40 )、用於根據控制單元(30)的控制信號對儲能電能進行輸出調節的輸出調節單元(50)，整流單元(10)、儲能單元(20)、以及輸出調節單元依次連接，輸入調節單元(40)與整流單元(10)連接，控制單元(30)分別與儲能單元(20)、輸入調節單元(40)、以及輸出調節單元(50)連接。
6.根據權利要求5所述的電流互感器取電控制系統，其特徵在於，整流單元(10)採用四個二極體實現。
7.根據權利要求5所述的電流互感器取電控制系統，其特徵在於，整流單元(10)與輸入調節單元(40)合併，採用兩個二極體和兩個功率管實現。
8.根據權利要求7所述的電流互感器取電控制系統，其特徵在於，整流單元(10)的所述二極體米用 MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)管的寄生二極體。
9.根據權利要求5所述的電流互感器取電控制系統，其特徵在於，儲能單元(20)採用儲能電容實現。
10.根據權利要求5所述的電流互感器取電控制系統，其特徵在於，所述基準電壓的取值範圍以最優取電工作電壓值Vtl為中心，上下有IOV的浮動空間。
【文檔編號】H02M7/217GK103856086SQ201410121363
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2014年2月28日
【發明者】賈曉剛, 張世元, 黃強, 吳成才 申請人:浙江圖維電力科技有限公司