CN106487101A - 一种基于负载控制的电流互感器取能装置及方法 - Google Patents

一种基于负载控制的电流互感器取能装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于负载控制的电流互感器取能装置及方法，该方法包括：获取电流互感器二次侧的负载电阻R；用于采用buck‑boost变换电路调节负载电阻R的阻值，所述电流互感器以最大功率获取交变电流。本发明的方法或装置可以提高了取能效率，减小了一次启动电流并限制了输出电压，保护了后级电路的正常运行。

Description

一种基于负载控制的电流互感器取能装置及方法
技术领域
本发明涉及高压感应取能技术，具体涉及一种基于负载控制的电流互感器取能装置及方法。
背景技术
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，电力行业也得到了飞速的发展。由于80％的发电量采用集中式火力发电的方式，而这种集中式发电方式却存在着大规模电力故障的风险，具有牵一发而动全身的特性。为了满足输电网与配电网侧的安全性、高效性、可靠性、智能化管理等要求，需要在电网中加装更多的智能监测设备。然而大部分监测设备通常伴随着输电线路安装于野外或郊区，很难从接地侧直接获取电能，因此，为在线监测设备提供可靠的供电电源，已成为推进智能化电网建设的关键性技术之一。
目前，智能监测设备的电力系统主要采用的供能方式有太阳能供电，电容分压取电和电流互感器(CT)取电。其中太阳能供电方式对于光照强度与环境温度的依赖程度较大，通常为了满足实时稳定的输出，需要在取电装置中加装大量蓄电池，这样大大增加了设备的投资与维护成本，不适合于安装于野外恶劣环境下。电容分压取电方式由于在负载与高压侧之间没有电气隔离，使得其对于保护与绝缘设计有着很高的要求，此外该种供电方式极易受到杂散电容、湿度等各种环境客观因素的影响，电源供电的可靠性与稳定性较低。相较于前两者而言，电流互感器(CT)取电通过电流互感器从高压母线获取交流电能，之后经过整流电路、滤波、稳压电路转化为稳定的电压源为设备供电。CT取电方式由于其安装成本低廉，易于维护，受外在环境因素与天气影响较小，并且具有良好的电气隔离特性，使得其在高压侧取能领域有着良好的应用前景。
但是，在CT取电的应用中，由于高压输电线路中电流有着其自身的不确定性，CT取电的电源工作效率低，容易引起CT铁芯磁饱和，影响后级电路正常工作并降低电源的稳定性；CT取电还存在控制单一、存在供能死区等不足。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于负载控制的电流互感器取能装置及方法，使电流互感器在最大功率状态下从高压电缆中提取交变电流，提高了电流互感器取能效率。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一方面，本发明提供一种基于负载控制的电流互感器取能装置，包括电流互感器单元、整流滤波电路单元、负载单元和功率控制电路单元；
所述功率控制单元的输入端和输出端分别与所述整流滤波电路单元的输出端和负载单元的输入端相连接；所述电流互感器单元的输出端与所述整流滤波电路单元的输入端相连接；
所述功率控制电路单元采用buck-boost变换电路调节所述负载单元的阻值使电流互感器单元以最大功率获取交变电流。
调节负载单元的阻值，使时，所述电流互感器以最大功率获取交变电流；
其中，其中，f为电流互感器一次侧电源频率，μ为电流互感器铁芯的导磁率，S为电流互感器铁芯的横截面积，N2为电流互感器二次侧线圈匝数，l为电流互感器铁芯的平均磁路长度。
所述装置还包括充放电管理电路单元和与其相连的储能电池；所述充放电管理电路将所述电流互感器获取的电能存储至储能电池中，并控制储能电池在取能电路故障时为负载供电。
所述装置还包括泄能降压电路单元和DC/DC稳压电路单元；
所述泄能降压电路单元的输入端与所述整流滤波电路单元的输出端相连接，输出端与所述功率控制电路单元的输入端相连接；所述DC/DC稳压电路单元的输入端与所述功率控制电路单元的输出端相连接，输出端与所述负载单元相连接；
所述泄能降压电路单元将所述整流滤波电路单元输出的电压限制在所述DC/DC稳压电路单元的输入电压范围内；
所述DC/DC稳压电路单元对输入的直流电进行稳压和DC/DC变换并输出电压。
泄能降压电路单元中，电阻R1分别与开关管VT1的栅极和源极相连接；开关管VT1的栅极与三极管TL431的阴极相连接，漏极与三极管TL431的阳极相连接；电阻R3分别与三极管TL431的阳极和参考极相连接；三极管TL431的参考极与电阻R2相连；
所述功率控制电路单元中，开关管VT2的漏极和栅极分别与开关管VT1的源极和方波发生电路的输出端相连接，开关管VT2的源极分别与二极管D5的阴极和电感L1的一端相连接，电感L1的另一端分别与开关管VT1的漏极和电容C2的一端相连接，电容C2的另一端分别与二极管D5的阳极和电阻R2的另一端相连接。
所述充放电管理电路单元包括：充电管理电路子单元和放电管理电路子单元；
当所述储能电池电压低于预设充电阀值电压时，充电管理电路子单元使储能电池进入恒流充电模式，直至储能电池的电压达到额定电压，此时，储能电池进入恒压充电模式；
当负载单元的供电电压低于负载单元的基准电压时，放电管理电路子单元使储能电池进入放电模式。
另一方面，本发明提供一种基于负载控制的电流互感器取能方法，所述方法包括：
获取电流互感器二次侧的负载电阻R；
采用buck-boost变换电路调节负载电阻R的阻值，使时，所述电流互感器以最大功率获取交变电流，
其中，其中，f为电流互感器一次侧电源频率，μ为电流互感器铁芯的导磁率，S为电流互感器铁芯的横截面积，N2为电流互感器二次侧线圈匝数，l为电流互感器铁芯的平均磁路长度。
所述方法还包括通过充放电管理电路将所述电流互感器获取的电能存储至储能电池中，并控制储能电池在取能电路故障时为负载供电。
由上述技术方案可知，本发明提供一种基于负载控制的电流互感器取能方法及装置，调节负载电阻的参数使电流互感器在最大功率下取能，大大提高了取能效率，减小了一次启动电流，保护了后级电路的正常运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一个实施例提供的基于负载控制的电流互感器取能装置的构示意图；
图2是本发明第四个实施例提供的基于负载控制的电流互感器取能装置的构示意图；
图3是本发明提供的基于负载控制的电流互感器取能装置中前端功率控制的电路原理图；
图4是本发明提供的基于负载控制的电流互感器取能方法的流程图；
图5是本发明提供的基于负载控制的电流互感器取能装置中方波发生器的电路原理图；
图6是本发明提供的基于负载控制的电流互感器取能装置中DC/DC稳压电路原理图；
图7是本发明提供的基于负载控制的电流互感器取能装置中储能电池充电管理电路原理图；
图8是本发明提供的基于负载控制的电流互感器取能装置中储能电池放电管理电路原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在线监测技术是智能电网的重要组成部分之一，是保证整个电力系统安全运行的关键。然而大部分输电线路尤其架空线路通常架设在野外等交通不便利的地区，在对其进行在线监测时，通常遇到无法为监测设备长期提供稳定电源的问题。CT取能由于其易于安装，维护方便，有着良好的电气隔离性能。但是，CT取能装置的取能效率低下、一次电流过大而引起过压等诸多问题。为了解决这些技术问题，本发明下述实施例提出了一种基于负载控制的电流互感器取能方法及装置。
图1示出了本发明第一个实施例提供的基于负载控制的电流互感器取能装置的构示意图；如图1所示，本发明实第一个施例提供的基于负载控制的电流互感器取能装置包括：电流互感器单元、整流滤波电路单元、负载单元和功率控制电路单元；
所述功率控制单元的输入端和输出端分别与所述整流滤波电路单元的输出端和负载单元的输入端相连接；所述电流互感器单元的输出端与所述整流滤波电路单元的输入端相连接；
所述功率控制电路单元采用buck-boost变换电路调节所述负载单元的阻值使电流互感器单元以最大功率获取交变电流。
调节负载单元的阻值，使时，所述电流互感器以最大功率获取交变电流；
其中，其中，f为电流互感器一次侧电源频率，μ为电流互感器铁芯的导磁率，S为电流互感器铁芯的横截面积，N2为电流互感器二次侧线圈匝数，l为电流互感器铁芯的平均磁路长度。
如图2所示，本发明实第二个施例提供的基于负载控制的电流互感器取能装置包括：电流互感器、整流滤波电路、负载、泄能降压电路、功率控制电路、DC/DC稳压电路、充放电管理电路和储能电池；
所述泄能降压电路的输入端与所述整流滤波电路的输出端相连接，输出端与所述功率控制电路的输入端相连接；所述功率控制电路的输出端与所述DC/DC稳压电路的输入端相连接；所述DC/DC稳压电路的输出端分别与所述充放电管理电路和所述负载相连接；所述充放电管理电路与所述储能电池相连接。
电流互感器，利用电磁耦合从高压电缆中取电。电流互感器取能线圈主要由一个高磁导率的铁心和一个取能线圈组成。选用高磁导率的铁心可以有效的减少取能装置最小启动电流，有利于提高启动状态下的装置的功率输出。电流互感器主要参数(截面积、磁路长度、材料、绕组匝数)依据物理计算公式以及实际线路要求选定。
整流滤波电路，将电流互感二次侧交流电压整合成直流。整流电路主要由四个正向压降较低且反向耐压值较高的肖特基二极管组成，滤波电路采用电容滤波。
泄能降压电路，通过电压反馈控制方式调节开关管的分流大小，泄放掉多余能量，将功率模块输出电压限制在DC/DC稳压电路输入电压要求范围内。
如图3所示，所述泄能降压电路单元中，电阻R1分别与开关管VT1的栅极和源极相连接；开关管VT1的栅极与三极管TL431的阴极相连接，漏极与三极管TL431的阳极相连接；电阻R3分别与三极管TL431的阳极和参考极相连接；三极管TL431的参考极与电阻R2相连。
所述的泄能降压电路采集整流滤波电路的输出电压U0，并与基准电压Uref比较；
当输出电压U0小于基准电压Uref时，驱动电路输出关断信号，使得开关管VT1处于截止状态，此时电路不提供泄能作用，输出功率完全提供给负载，取能装置处于正常工作状态。
当输出电压U0大于基准电压Uref时，驱动电路输出导通信号，使得开关管VT1导通，根据开关管VT1的输出特性，通过反馈电压调节开关管VT1的栅源电压大小，从而达到控制泄能电流大小的目的，实现连续泄能控制。
其中基准电压Uref是保证后级电路可以正常工作电压上限值。
功率控制电路，利用buck-boost变换电路作为二次侧负载调节器，通过电路参数设置，将取电电源维持在最优负载点工作。
如图3所示，所述功率控制电路单元中，开关管VT2的漏极和栅极分别与开关管VT1的源极和方波发生电路的输出端相连接，开关管VT2的源极分别与二极管D5的阴极和电感L1的一端相连接，电感L1的另一端分别与开关管VT1的漏极和电容C2的一端相连接，电容C2的另一端分别与二极管D5的阳极和电阻R2的另一端相连接。
取电线圈二次侧输出电压为U2，取电线圈二次侧等效输入阻抗为R2，稳压电容上的电压值为Up，稳压电容后端等效输入阻抗为Rp。稳压电容位于整流电路的输出侧，由取电线圈向稳压电容进行不可逆地充电，故Up电压值等于二次侧输出电压的最大值，即有
根据整流电路输入与输出端能量守恒可得：
将代入上式，得Rp＝2R2。由此可知，当二次侧等效负载R2＝2πfμSN2 2/l时，输出功率达到最大，故此时只要保证Rp＝4πfμSN2 2/l，即可实现最大功率取电。
DC/DC稳压电路，对输出的电能进行稳压以及DC-DC变换，得到适于负载的稳定电压输出。所述的输出调整电路采用开关电源实现，其主要包括DC/DC控制芯片、二极管和一些电阻电容电感器件。
充放电管理电路，充放电管理电路主要包括充电管理电路与放电管理电路两个部分，充电管理电路主要作用是确定储能电池是否达到需要充电的条件并对储能电池充电状态进行管理，当储能电池电压低于预充电阀值电压时，储能电池进入恒流充电模式，当电池电压升至接近最高电压时，充电电流减小，储能电池进入恒压充电模式。该充电管理电路部分主要采用储能电池充电管理专用芯片与部分外围电路实现。放电管理电路主要作用是判断储能电池是否达到放电条件以及对储能电池的放电电压进行输出调节，将经过稳压后的负载供电电压与基准电压UL作比较，若供电电压小于基准电压UL时，储能电池进入放电状态。此外，根据储能电池放电特性，随着放电进行，储能电池电压在不断降低，因此实际中为得到一个稳定的电压，需要通过DC/DC变换电路对输出电压进行调整，该放电管理电路主要采用升压式DC/DC变换芯片实现。
储能电池，优选为锂电池，作为CT取能供能不足时的后备电源。锂电池相较于其他种类蓄电池，其使用寿命长，充放电速度快，比能量高，环境适应性强，适合于作为野外在线设备的备用电源。
本发明第二个实施例提供了一种基于负载控制的电流互感器取能方法，如图4所示，该方法包括：
S101：获取电流互感器二次侧的负载电阻R；
S102：调节负载电阻R的阻值，使电流互感器始终在最大功率状态下从高压电缆中获取交变电流。
该方法还包括通过充放电管理电路将所述电流互感器获取的电能存储至储能电池中，并控制储能电池在取能电路故障时为负载供电。
该方法根据电流互感器工作特性，并忽略线圈漏感与铁损影响，可得CT一二次侧电流关系式：
其中I1为一次侧电流，I2为二次侧电流，Im为CT铁芯的励磁电流。
CT取电二次侧输出电压有效值可表示为：
其中N2为CT二次侧线圈匝数，f为一次侧电流频率，Φm为铁芯主磁通最大值。
CT铁芯中磁通表达式为：
φm＝μHmS (3)
其中μ为铁芯的磁导率，Hm为铁芯中磁场强度的最大值，S为铁芯截面积。
由安培环路定律可知：
其中l为铁芯的平均磁路长度，联立式2-4，化简可得E2的最终表达式为：
将式1代入式5中，并结合欧姆定律，可得CT二次侧输出功率的表达式为：
其中R为CT二次侧负载电阻，由式6可求知，
当时，CT可取得最大输出功率为：
由此可知，在CT取电过程中，存在某一负载电阻可以使得取电输出功率达到，该负载电阻的大小只与CT线圈自身参数有关，而与一次侧输入电流无关。因此，可以通过对CT二次侧等效负载控制，使CT处于该最优负载点取电工作，实现CT线圈在各电流范围内的最大功率取电。采用buck-boost变换电路作为电流互感器二次侧的负载调节器，调节负载电阻的阻值。
采用buck-boost变换电路调节负载电阻R的阻值，使时，所述电流互感器以最大功率获取交变电流，
其中，其中，f为电流互感器一次侧电源频率，μ为电流互感器铁芯的导磁率，S为电流互感器铁芯的横截面积，N2为电流互感器二次侧线圈匝数，l为电流互感器铁芯的平均磁路长度。
取电线圈二次侧输出电压为U2，取电线圈二次侧等效输入阻抗为R2，稳压电容上的电压值为Up，稳压电容后端等效输入阻抗为Rp。稳压电容位于整流电路的输出侧，由取电线圈向稳压电容进行不可逆地充电，故Up电压值等于二次侧输出电压的最大值，即有
根据整流电路输入与输出端能量守恒可得：
将代入上式，得Rp＝2R2。由此可知，当二次侧等效负载R2＝2πfμSN2 2/l时，输出功率达到最大，故此时只要保证Rp＝4πfμSN2 2/l，即可实现最大功率取电。
稳压电容后端等效输入电阻Rp的调节则通过buck-boost电路实现。最大功率控制模块主要针对在取电过程中原边电流较小时而设计的，此时取电输出功率较低，buck-boost电路处于在电感电流断续工作模式下。设开关管VT2导通占空比为D，控制信号周期为T，则buck-boost变换器输入电流Iin可表示为：
由上式可得一个周期内的平均电流Iavg为：
则可得buck-boost电路的等效输入电阻为：
由上式可知，buck-boost电路的输入等效电阻只与控制信号周期T、导通占空比D、储能电感L有关，而与输入电压、电流无关，因此可以通过配置合适的元件参数值使得取能线圈维持在固定最优负载点工作，实现最大功率取能。
由上述技术方案可知，本发明提供一种基于负载控制的电流互感器取能方法及装置，调节负载电阻的参数使电流互感器在最大功率下取能，大大提高了取能效率，减小了一次启动电流，保护了后级电路的正常运行。
实施例：本实施示例中所采用的取能互感器绕组为LDZK型开启式电流互感器，该电流互感器磁芯材料为冷轧硅钢片，磁芯磁导率约为7.5*10-3H/m，磁芯截面积为5.6cm2，磁芯平均长度为30cm，互感器二次线圈匝数为300匝，由公式7可知该电流互感器最优负载电阻值为800Ω左右
如图3所示，所述电流互感器取电系统前端功率控制部分主要包括：电流互感器T1，整流桥(D1～D4)，泄能降压电路部件(PMOS开关管VT1，三极管TL431，电阻R1、电阻R2、电阻R3),电容C1、电容C2，buck-boost变换电路基本部件(NMOS开关管VT2、固定占空比的方波发生电路、储能电容L1、二极管D5)。其中，电流互感器T1直接与整流桥(D1～D4)连接，整流桥电路由D1～D4四个肖特基二极管组成，其负责将互感器输出的交流电能变为直流；整流桥输出端并接在开关管VT1两端，后并接滤波电容C1，电容C1为容量为100μF电解电容，主要用于降低电压的纹波，滤波电容C1后端与buck-boost变换电路相连，利用buck-boost电路工作在电流断续模式下的输入阻抗特性，通过对电路储能电感L1值、导通占空比D、工作周期T的参数设置，将二次侧阻抗维持在最优负载点，本发明实例中元件参数值为L1＝200μH，D＝5％，T＝10-4S，其中开关管VT2的驱动信号由占空比信号发生电路提供，所述固定占空比信号发生电路主要由NE555芯片实现，固定占空比信号发生电路的具体电路原理图如图5所示。
所述的占空比信号发生电路主要包括：NE555时基芯片，二极管D6，二极管D7，电阻R4，电阻R5，电容C3和电容C4，其中，当TR引脚为低电平时，输出端Vo引脚呈高电平输出。电阻R4、二极管D6与电容C3串联形成RC充电电路，当电容C3(TR引脚)电压达到2/3Vcc时，NE555芯片复位，Vo引脚呈低电平输出，该过程的充电时间即为输出方波周期内的高电平时段。电容C3与二极管D7、电阻R5以及DIS引脚串联形成放电电路，该过程的放电时间即为输出方波周期内的低电平时段。Vc引脚经电容C4接地，维持参考电压的稳定。
如图3所示，所述泄能降压电路单元中，电阻R1分别与开关管VT1的栅极和源极相连接；开关管VT1的栅极与三极管TL431的阴极相连接，漏极与三极管TL431的阳极相连接；电阻R3分别与三极管TL431的阳极和参考极相连接；三极管TL431的参考极与电阻R2相连。
当输出反馈电压小于芯片内部参考电压时，开关管VT1的栅极和源极之间内部开路，通过电阻R1上拉作用，将栅极电压拉高至源极电压，栅源电压降为零，使得开关管VT1处于截止状态，此时电路不提供泄能。当输出反馈电压大于参考电压时，开关管VT1的栅极和源极内部连通，栅极电压被拉低，通过电阻R3的偏置作用，使得栅源电压大于开关管VT1阀值电压，开关管VT1导通，由开关管VT1的输出特性，通过反馈调节栅源电压大小可以调控开关管VT1的分流电流的大小，以此来达到连续控制泄能的目的。
如图6所示，所述稳压输出模块主要包括：DC/DC控制芯片，电阻R4～7，电容C5～11，储能电感L2。其中，Vin引脚、PVIN引脚和RUN引脚短接后经电容C6接地；PRDG引脚经电阻R4与电容C7并联接地；MODE引脚、GND引脚、和PGND引脚直接接地；BST1引脚经电容C5与SW1引脚相连；SW1引脚经电感L2与SW2引脚相连；SW2引脚经电容C8与BST2引脚相连；Vout引脚经电容C11接地，为后级负载提供稳定的5V输出；LDO引脚和PLDO引脚短接后经电容C9接地；FB引脚接于电阻R6与R7之间，并经R6与Vout引脚相连，经R7接地；VC引脚经电阻R5与C10串联接地。
如图7所示，所述的充电管理模块主要包括：CN3052充电管理芯片，电阻R8、R9，电容C12、C13，指示灯LED1。其中，VIN引脚经电容C12接地，并与稳压模块输出端相连；CE引脚与VIN引脚直接相连，当输入电压达到充电标准时，使能芯片工作；CHRG引脚经LED1和R10串联与VIN引脚相连，当LED1点亮时，电池处于充电状态；FAULT引脚悬空，TEMP引脚与GND引脚直接接地，电池温度监测功能被禁止；ISET引脚经电阻R9接地，对充电电流进行编程设置；BAT引脚经电容13与锂电池接地，对锂电池进行充电。当输入电压大于电压检测阀值4.0V时，芯片开始对电池充电，当电池电压低于3V时，芯片用小电流对电池进行预充电。当电池电压超过3V时，芯片采用恒流模式对电池充电，充电电流大小可通过电阻R9进行设置，当电池电压达到BAT端调制电压4.2V时，芯片进入恒压充电模式，充电电流逐渐减小，直至充电周期结束。当电池电压降到再冲电阀值4.0V，芯片重新进入新的充电周期。
如图8所示，所述的放电管理模块主要包括：LTC3426放电管理芯片，电阻R10-14，储能电容C14，二极管D8，稳压管D9，储能电感L3。其中，VIN引脚直接与锂电池相连；SW引脚经电感L3与锂电池相连，经二极管D8与Vout引脚相连；FB引脚连接于电阻R10与R11之间，以采集输出电压，为芯片提供反馈电压；放大器U1同相输入端连接于电阻R14与稳压管D9的串联线路上，以设置基准电压，放大器反相输入端连接于电阻R12与R13之间，以提供输出反馈电压，放大器输出端与SHDN引脚相连。当输出反馈电压低于D9的稳压值时，放大器输出高电平控制信号作用于SHDN使能引脚，锂电池为负载供电。当输出电压过大时，放大器输出低电平信号，关闭锂电池供电。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于负载控制的电流互感器取能装置，包括电流互感器单元、整流滤波电路单元和负载单元，其特征在于，还包括功率控制电路单元；
所述功率控制单元的输入端和输出端分别与所述整流滤波电路单元的输出端和负载单元的输入端相连接；所述电流互感器单元的输出端与所述整流滤波电路单元的输入端相连接；
所述功率控制电路单元采用buck-boost变换电路调节所述负载单元的阻值使电流互感器单元以最大功率获取交变电流。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，调节负载单元的阻值，使时，所述电流互感器以最大功率获取交变电流；
其中，其中，f为电流互感器一次侧电源频率，μ为电流互感器铁芯的导磁率，S为电流互感器铁芯的横截面积，N2为电流互感器二次侧线圈匝数，l为电流互感器铁芯的平均磁路长度。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括充放电管理电路单元和与其相连的储能电池；所述充放电管理电路将所述电流互感器获取的电能存储至储能电池中，并控制储能电池在取能电路故障时为负载供电。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括泄能降压电路单元和DC/DC稳压电路单元；
所述泄能降压电路单元的输入端与所述整流滤波电路单元的输出端相连接，输出端与所述功率控制电路单元的输入端相连接；所述DC/DC稳压电路单元的输入端与所述功率控制电路单元的输出端相连接，输出端与所述负载单元相连接；
所述泄能降压电路单元将所述整流滤波电路单元输出的电压限制在所述DC/DC稳压电路单元的输入电压范围内；
所述DC/DC稳压电路单元对输入的直流电进行稳压和DC/DC变换并输出电压。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，泄能降压电路单元中，电阻R1分别与开关管VT1的栅极和源极相连接；开关管VT1的栅极与三极管TL431的阴极相连接，漏极与三极管TL431的阳极相连接；电阻R3分别与三极管TL431的阳极和参考极相连接；三极管TL431的参考极与电阻R2相连；
所述功率控制电路单元中，开关管VT2的漏极和栅极分别与开关管VT1的源极和方波发生电路的输出端相连接，开关管VT2的源极分别与二极管D5的阴极和电感L1的一端相连接，电感L1的另一端分别与开关管VT1的漏极和电容C2的一端相连接，电容C2的另一端分别与二极管D5的阳极和电阻R2的另一端相连接。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述充放电管理电路单元包括：充电管理电路子单元和放电管理电路子单元；
当所述储能电池电压低于预设充电阀值电压时，充电管理电路子单元使储能电池进入恒流充电模式，直至储能电池的电压达到额定电压，此时，储能电池进入恒压充电模式；
当负载单元的供电电压低于负载单元的基准电压时，放电管理电路子单元使储能电池进入放电模式。
7.一种基于负载控制的电流互感器取能方法，其特征在于，所述方法包括：
获取电流互感器二次侧的负载电阻R；
采用buck-boost变换电路调节负载电阻R的阻值，使时，所述电流互感器以最大功率获取交变电流，
其中，其中，f为电流互感器一次侧电源频率，μ为电流互感器铁芯的导磁率，S为电流互感器铁芯的横截面积，N2为电流互感器二次侧线圈匝数，l为电流互感器铁芯的平均磁路长度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过充放电管理电路将所述电流互感器获取的电能存储至储能电池中，并控制储能电池在取能电路故障时为负载供电。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107196510A (zh) * 2017-07-28 2017-09-22 明见（厦门）技术有限公司 一种用于电池开关控制电路的升压电路
CN107733101A (zh) * 2017-12-01 2018-02-23 华北电力大学（保定） 宽域智能互感取电控制系统
CN109491299A (zh) * 2018-12-22 2019-03-19 蚌埠学院 一种基于mcu的超低功耗数据采集终端
CN109842183A (zh) * 2019-02-25 2019-06-04 国网山西省电力公司吕梁供电公司 一种输电线路感应取电装置及其获取最大功率的方法
CN110048471A (zh) * 2019-05-23 2019-07-23 哈尔滨工业大学 一种改进的磁场能量收集自寻优方法及系统
CN110266281A (zh) * 2019-06-12 2019-09-20 成都华微电子科技有限公司 应用于boost电流型电流运算的带隙跨导放大器
CN111786468A (zh) * 2020-06-03 2020-10-16 山东信通电子股份有限公司 一种输电线路智能监拍机器人的充电方法及设备
CN112332550A (zh) * 2020-10-21 2021-02-05 华北电力大学 一种变压器中性线宽范围输入与输出的无源取能装置
CN112865333A (zh) * 2021-02-22 2021-05-28 广东电网有限责任公司广州供电局 基于可变绕组比的高压取电装置及方法
CN113824217A (zh) * 2021-01-12 2021-12-21 青岛鼎信通讯股份有限公司 一种基于最大功率点追踪的ct取电系统
CN115995875A (zh) * 2023-03-23 2023-04-21 国网湖北省电力有限公司经济技术研究院 一种应用于电流互感器取电的储能系统及其控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1848589A (zh) * 2006-04-26 2006-10-18 中南大学 能高效俘能和储能的压电俘能器
CN102035170A (zh) * 2011-01-18 2011-04-27 福建捷联电子有限公司 一种pfc输出电压过高保护电路
CN103545803A (zh) * 2013-10-31 2014-01-29 广东威创视讯科技股份有限公司 设备电源接口电路保护装置
US20150280450A1 (en) * 2014-03-27 2015-10-01 Lg Innotek Co., Ltd. Wireless power transmission system having wireless power transmitter
CN105226732A (zh) * 2015-11-16 2016-01-06 重庆大学 电缆温度监测装置的取能电源电路
CN105553119A (zh) * 2016-02-03 2016-05-04 中国农业大学 电流感应取电装置及方法
CN105914868A (zh) * 2016-05-18 2016-08-31 西安科技大学 基于电流互感器的超级电容储能不间断电源及其供电方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1848589A (zh) * 2006-04-26 2006-10-18 中南大学 能高效俘能和储能的压电俘能器
CN102035170A (zh) * 2011-01-18 2011-04-27 福建捷联电子有限公司 一种pfc输出电压过高保护电路
CN103545803A (zh) * 2013-10-31 2014-01-29 广东威创视讯科技股份有限公司 设备电源接口电路保护装置
US20150280450A1 (en) * 2014-03-27 2015-10-01 Lg Innotek Co., Ltd. Wireless power transmission system having wireless power transmitter
CN105226732A (zh) * 2015-11-16 2016-01-06 重庆大学 电缆温度监测装置的取能电源电路
CN105553119A (zh) * 2016-02-03 2016-05-04 中国农业大学 电流感应取电装置及方法
CN105914868A (zh) * 2016-05-18 2016-08-31 西安科技大学 基于电流互感器的超级电容储能不间断电源及其供电方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
徐质彬 等: "电流互感器取电的最大功率点跟踪控制算法的研究", 《电气技术》 *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107196510B (zh) * 2017-07-28 2023-05-26 明见（厦门）技术有限公司 一种用于电池开关控制电路的升压电路
CN107196510A (zh) * 2017-07-28 2017-09-22 明见（厦门）技术有限公司 一种用于电池开关控制电路的升压电路
CN107733101A (zh) * 2017-12-01 2018-02-23 华北电力大学（保定） 宽域智能互感取电控制系统
CN107733101B (zh) * 2017-12-01 2024-03-26 华北电力大学（保定） 宽域智能互感取电控制系统
CN109491299A (zh) * 2018-12-22 2019-03-19 蚌埠学院 一种基于mcu的超低功耗数据采集终端
CN109491299B (zh) * 2018-12-22 2023-10-03 蚌埠学院 一种基于mcu的超低功耗数据采集终端
CN109842183B (zh) * 2019-02-25 2022-06-17 国网山西省电力公司吕梁供电公司 一种输电线路感应取电装置及其获取最大功率的方法
CN109842183A (zh) * 2019-02-25 2019-06-04 国网山西省电力公司吕梁供电公司 一种输电线路感应取电装置及其获取最大功率的方法
CN110048471A (zh) * 2019-05-23 2019-07-23 哈尔滨工业大学 一种改进的磁场能量收集自寻优方法及系统
CN110266281B (zh) * 2019-06-12 2023-05-16 成都华微电子科技股份有限公司 应用于boost电流型电流运算的带隙跨导放大器
CN110266281A (zh) * 2019-06-12 2019-09-20 成都华微电子科技有限公司 应用于boost电流型电流运算的带隙跨导放大器
CN111786468A (zh) * 2020-06-03 2020-10-16 山东信通电子股份有限公司 一种输电线路智能监拍机器人的充电方法及设备
CN112332550A (zh) * 2020-10-21 2021-02-05 华北电力大学 一种变压器中性线宽范围输入与输出的无源取能装置
CN113824217A (zh) * 2021-01-12 2021-12-21 青岛鼎信通讯股份有限公司 一种基于最大功率点追踪的ct取电系统
CN112865333A (zh) * 2021-02-22 2021-05-28 广东电网有限责任公司广州供电局 基于可变绕组比的高压取电装置及方法
CN115995875A (zh) * 2023-03-23 2023-04-21 国网湖北省电力有限公司经济技术研究院 一种应用于电流互感器取电的储能系统及其控制方法

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