CN102590576A - 无线感应供电的有源光电电流互感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线感应供电的有源光电电流互感器，包括一个电流光电测量系统，该电流光电测量系统由一个高压电流测量数据光电传输模块、光纤和电流数据二次处理模块构成，高压电流测量数据光电传输模块通过电磁感应对一次母线的高压电流进行测量，并把电流信息转换成光电信号，经光纤把电流信息传送到低电压侧的电流数据二次处理模块，其特征在于，所述有源光电电流互感器还包括一个高频感应传能绝缘子，该高频感应传能绝缘子通过无线高频电磁感应谐振把高频驱动电源产生的特定频率的高频交流电能从低电压侧感应传送到高电压侧，再由AC/DC电源变换器转换为直流电能向电流光电测量系统中的高压电流测量数据光电传输模块供电。

Description

无线感应供电的有源光电电流互感器
技术领域
本发明涉及一种有源光电电流电互感器。
背景技术
电流互感器在电力系统中起着十分重要的作用，是电力系统中的一个核心设备。随着电力系统的发展及智能电网建设，特别是超高压输电的发展，电力系统对电流互感器的要求越来越高，传统的电磁式电流互感器由于存在铁磁饱和、频率响应低、高压绝缘能力差、运行事故多等无法克服的缺点，已经无法满足电力系统的发展要求。开发线性性能好、频率范围宽、高压绝缘能力强的电流互感器已经是智能电网发展的迫切需要。光纤电流互感器OCT因抗电磁干扰性能好、测量精度高、动态范围大、频率响应范围宽、体积小重量轻、价格便宜、与数字设备的接口方便等，具有广泛的应用前景，已逐渐成为高压电流互感器的发展潮流。光纤电流互感器主要有纯光学电流互感器(无源光电互感器)和光电混合式电流互感器(有源光电互感器)两种形式，纯光学电流互感器由于受环境温度和震动等因素的影响，其性能的稳定性是困扰其实用化的主要困难；光电混合式电流互感器利用低功率电流互感器或(Rogowski)线圈的电磁测量原理测量电流，利用光纤通信传输测量信息，克服了无源光电互感器的稳定性差的难题，良好的稳定性使其得到了快速发展，目前已经进入了实用化阶段。但有源光电互感器高压侧的测量、数据处理和光电信息传输系统等需要供电电源，供电电源目前主要有“高压侧一次电流电磁感应供电”、“激光供能供电”、“超声波供能供电”和“气动供能供电”等供电方式。“高压侧一次电流电磁感应供电”在一次电流比较小时存在供电能不足，形成无法工作的供电死区，当一次电流很大和短路时又存在供电能量过大，难以泄放和损坏供电电路的难题；激光、超声波供能供电虽然性能稳定，能很好的满足供电的稳定性要求，但供电能量比较小，对测量和光电传输系统的节能和抗干扰要求很高，而且价格太贵，长期运行寿命不能满足要求；气动供能供电也存在气体容易泄露和长期运行寿命不能满足要求。光电混合式电流互感器的高压侧供能供电是困扰其实用化的核心技术难题。
发明内容
针对现有有源光电电流互感器高电压侧供能供电方式所存在的不足，本发明提供了一种无线感应供电的有源光电电流互感器，可通过高频电磁感应谐振传能实现对有源光电电流互感器或者其它高压在线检测监控设备的高压侧的用电模块供能供电。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种无线感应供电的有源光电电流互感器，包括一个电流光电测量系统，该电流光电测量系统由一个高压电流测量数据光电传输模块、光纤和电流数据二次处理模块构成，其中，高压电流测量数据光电传输模块置于高电压侧，利用低功率电流互感器或(Rogowski)线圈通过电磁感应对一次电流母线的高压电流进行测量，并把测量得到的电流信息转换成光电信号，经光纤把电流信息传送到低电压侧的电流数据二次处理模块进行数据二次处理；其特征在于，所述有源光电电流互感器还包括一个高频感应传能绝缘子、一个高频驱动电源和一个AC/DC电源变换器，该高频感应传能绝缘子通过无线高频电磁感应谐振把高频驱动电源产生的特定频率的高频交流电能从低电压侧感应传送到高电压侧，再由AC/DC电源变换器转换为直流电能向电流光电测量系统中的高压电流测量数据光电传输模块供电。
上述方案中，所述的高频感应传能绝缘子由复合空心绝缘子制成，在复合空心绝缘子的周边或伞群中等距离的绕制有电磁感应线圈L，其中，复合空心绝缘子中最下方的电磁感应线圈两端连接低电压侧的高频驱动电源；复合空心绝缘子中最上方的电磁感应线圈两端连接高电压侧的AC/DC电源变换器；复合空心绝缘子中的其它电磁感应线圈两端均连接有相同的电容器C。
所述的高频驱动电源包括一个AC-DC变换电路，该AC-DC变换电路输出与一个高频信号发生器、一个锁相环频率跟踪器和一个功率放大器连接，高频信号发生器产生高频信号输出连接功率放大器，经过功率放大产生高频功率电压；功率放大器的输出连接复合空心绝缘子中最下方低电压侧的电磁感应线圈L两端；锁相环频率跟踪器采集功率放大器的输出电压和电流，动态的判断和跟踪电磁感应线圈L和电容器C的电磁感应谐振频率，并调控高频信号发生器的输出频率，实现频率动态跟踪和匹配。
所述的AC/DC电源变换器包括一个与复合空心绝缘子中最上方的电磁感应线圈L两端连接的高频整流滤波电路，该高频整流滤波电路把高频交流电能转换成直流电能，通过一个DC-DC变换器输出稳定的直流供电电源，向高电压侧的电流光电测量系统中的高压电流测量数据光电传输模块供电。
本发明的无线感应供电的有源光电电流互感器，能实现从低电压侧依绝缘的方式向有源光电电流互感器中的电流光电测量系统高压侧的用电模块供电。利用无线电磁感应谐振把特定频率的高频电能通过高频感应传能绝缘子从低压侧传送到高压侧，在高压侧把高频电能又转换成直流电能。这样一来供电系统的高电压和低电压两侧之间是完全工频电气隔离的，这种供电系统的交直流高压绝缘能力强，传输的供电能量大，性能稳定，不受环境因素影响和限制，使用寿命长，而且对高压侧的测量和数据处理系统等产生的电磁干扰影响小。利用电磁感应原理测量高压电流，并把电流信息转换成光电信号，通过光纤通信把电流信息传送给低电压侧，进行数据处理实现对高压电流的测量。电流测量精度高，性能稳定可靠。能满足电力系统对有源光电电流互感器长期连续工作的可靠性、稳定性要求。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1)无线感应供电的有源光电电流互感器的高压供电系统不受一次电流大小的限制，无“供电死区”，也不怕短路大电流的冲击，供电能量十分稳定。
2)无线感应供电的有源光电电流互感器的高压供电系统能提供比较大的供电能量，对电流光电测量系统和光电传输系统的节能要求低，能提高有源光电电流互感器的抗干扰能力。
3)环境适应能力强，无线感应供电的有源光电电流互感器的性能十分稳定，使用寿命长，价格低廉，能满足电力系统对安全和使用寿命的要求。
附图说明
图1为本发明无线感应供电的有源光电电流互感器结构示意图。图中：7、一次电流母线；8、光纤；
图2为图1中低压侧的高频驱动电源3的功能结构框图。
图3为图1中高压侧的AC/DC电源变换器4的功能结构框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
参考图1，一种无线感应供电的有源光电电流互感器，包括一个高频感应传能绝缘子、一个高频驱动电源3、一个AC/DC电源变换器4和一个电流光电测量系统。高频感应传能绝缘子包括复合空心绝缘子1、等距离绕制在复合空心绝缘子1周边或伞群中的电磁感应线圈L及电容C。其中，复合空心绝缘子中最下方的电磁感应线圈两端连接低压侧的高频驱动电源3的输出；复合空心绝缘子中最上方的电磁感应线圈两端连接高电压侧的AC/DC电源变换器4的输入；复合空心绝缘子中其它的电磁感应线圈两端均连接相同的电容器C。高频驱动电源3产生的高频电能通过高频感应传能绝缘子1从低电压侧传输到高压侧，再由AC/DC电源变换器4转换为直流电能向电流光电测量系统中的高压电流测量数据光电传输模块5供电。
电磁感应线圈L和连接在其两端的电容器C对高频驱动电源3的频率产生电磁感应谐振，电磁感应线圈的感抗、电容器的容抗和高频驱动电源3的输出阻抗等要达到阻抗匹配，该高频感应传能绝缘子通过无线高频电磁感应谐振能把特定频率(1MHZ-10MHZ)的高频交流电能从低电压侧感应传送到高电压侧，而且具有很好的交直流高压绝缘能力。
电流光电测量系统由一个高压电流测量及数据光电传输模块5，光纤8和低电压侧的电流数据二次处理模块6组成，高压电流测量数据光电传输模块5利用低功率电流互感器或(Rogowski)线圈通过电磁感应对一次电流母线7中的高压电流进行测量，并把测量得到的电流信息转换成光电信号，经光纤8把电流信息传送到低电压侧的电流数据二次处理模块6进行数据二次处理，获得电流测量的数据，实现对高压电流的测量。
如图2所示，高频驱动电源3包括一个AC-DC变换电路、一个高频信号发生器、一个锁相环频率跟踪器、一个功率放大器。AC-DC变换电路把50HZ交流电能转换成直流电能，AC-DC变换电路输出连接高频信号发生器、锁相环频率跟踪器和功率放大器的直流偏置电路，为它们提供直流偏置电压；高频信号发生器产生高频信号输出连接功率放大器，进行功率放大产生高频功率电压；功率放大器的输出连接在高频感应传能绝缘子中最下方的电磁感应线圈L两端，驱动高频感应传能绝缘子产生高频电磁感应谐振；锁相环频率跟踪器采集功率放大器的输出电压和电流，根据电压和电流的相位判断，动态的跟踪高频感应传能绝缘子中的电磁感应线圈L和电容器C的电磁谐振频率变化，并调控高频信号发生器的输出频率，实现频率动态跟踪和匹配。
如图3所示，所述的AC/DC电源变换器4包括一个与高频感应传能绝缘子中最上方的电磁线圈两端连接的高频整流滤波电路和一个DC-DC变换器；高频整流滤波电路把从高频感应传能绝缘子中的高电压侧的电磁线圈两端获得的高频电能转换成直流电能，高频整流滤波电路的输出连接一个DC-DC变换器，再通过DC-DC变换器进行稳压变换输出稳定的直流供电电源，向光电互感器高压侧的电流光电测量系统中的高压电流测量数据光电传输模块提供直流供电。

Claims (4)

1.一种无线感应供电的有源光电电流互感器，包括一个电流光电测量系统，该电流光电测量系统由一个高压电流测量数据光电传输模块、光纤和电流数据二次处理模块构成，其中，高压电流测量数据光电传输模块置于高电压侧，通过电磁感应对一次电流母线的高压电流进行测量，并把电流信息转换成光电信号，经光纤把电流信息传送到低电压侧的电流数据二次处理模块进行数据二次处理；其特征在于，所述有源光电电流互感器还包括一个高频感应传能绝缘子、一个高频驱动电源和一个AC/DC电源变换器，该高频感应传能绝缘子通过无线高频电磁感应谐振把高频驱动电源产生的特定频率的高频交流电能从低电压侧感应传送到高电压侧，再由AC/DC电源变换器转换为直流电能向电流光电测量系统中的高压电流测量数据光电传输模块供电。
2.如权利要求1所述的无线感应供电的有源光电电流互感器，其特征在于，所述的高频感应传能绝缘子由复合空心绝缘子制成，在复合空心绝缘子的周边或大小伞群中等距离的绕制有电磁感应线圈L，其中，复合空心绝缘子中最下方的电磁感应线圈两端连接低电压侧的高频驱动电源；复合空心绝缘子中最上方的电磁感应线圈两端连接高电压侧的AC/DC电源变换器；复合空心绝缘子中的其它电磁感应线圈两端均连接有电容器C。
3.如权利要求2所述的无线感应供电的有源光电电流互感器，其特征在于，所述的高频驱动电源包括一个AC-DC变换电路，该AC-DC变换电路输出与一个高频信号发生器、一个锁相环频率跟踪器和一个功率放大器连接，高频信号发生器产生高频信号输出连接功率放大器，经过功率放大产生高频功率电压；功率放大器的输出连接复合空心绝缘子中最下方的电磁感应线圈L两端；锁相环频率跟踪器采集功率放大器的输出电压和电流，动态的判断和跟踪电磁感应线圈L和电容器C的电磁感应谐振频率，并调控高频信号发生器的输出频率，实现频率动态跟踪和匹配。
4.如权利要求2所述的无线感应供电的有源光电电流互感器，其特征在于，所述的AC/DC电源变换器包括一个与复合空心绝缘子中最上方的电磁感应线圈L两端连接的高频整流滤波电路，该高频整流滤波电路把高频交流电能转换成直流电能，通过一个DC-DC变换器输出稳定的直流供电电源，向高电压侧的电流光电测量系统中的高压电流测量数据光电传输模块供电。
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