CN109900960A - 一种同步相量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步相量测量装置，包括：启动设备，用于利用储能电源为同步相量测量设备提供启动电流，并根据同步相量测量设备检测的电流幅值信息，切换取能设备的工作磁芯；取能设备，用于利用工作磁芯从输电线路中取能，输出对应的电流为储能电源和/或同步相量测量设备供电；同步相量测量设备，用于对输电线路进行同步相量测量；本发明通过启动设备根据电流幅值信息切换取能设备的工作磁芯，使取能设备中的工作磁芯可以利用电流互感原则进行取能供电，提高了取能设备的可靠性和安全性；并且无需布置额外的测量设备，在保障装置测量功能可靠地实现的前提下，降低了同步相量测量装置的体积和成本。

Description

一种同步相量测量装置

技术领域

本发明涉及电气工程领域，特别涉及一种同步相量测量装置。

背景技术

同步相量测量装置(PMU)作为广域测量系统的核心部件与电网相量提取的主要装置，是构建智能化信息化的指挥调度控制，实现未来智能化电网调度的关键，打破了电力系统中传统监测手段记录数据只是局部有效，不同地点的监测系统间缺乏准确的共同时间标记的局限性，解决了难以对全系统动态行为分析的难题。

同步相量测量装置对配电网相量进行监测时，装置的电源供给是关键问题之一，电源问题已严重制约了配电网相量在线监测领域的发展，现有的同步相量测量装置的供电电源存在损耗大、体积大、不利于维修和安装等缺点，存在可观的优化空间。

因此，如何能够解决同步相量测量装置的电源供给问题，在保障装置测量功能可靠地实现的前提下，降低同步相量测量装置的体积和成本，使同步相量测量装置可以朝着高效节能、低成本与轻型化的方向发展，是现今急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种同步相量测量装置，以在保障装置测量功能可靠地实现的前提下，降低同步相量测量装置的体积和成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种同步相量测量装置，包括：

启动设备，用于利用储能电源为同步相量测量设备提供启动电流，并根据所述同步相量测量设备检测的电流幅值信息，切换取能设备的工作磁芯；其中，所述取能设备中设置有多个磁芯，所述工作磁芯为任一所述磁芯；

所述取能设备，用于利用所述工作磁芯从输电线路中取能，输出对应的电流为所述储能电源和/或所述同步相量测量设备供电；

所述同步相量测量设备，用于对所述输电线路进行同步相量测量。

可选的，该装置还包括：前端冲击保护电路，用于吸收所述取能设备输出的冲击电压，箝制异常高压；

其中，所述取能设备的输出端通过所述前端冲击保护电路与所述同步相量测量设备连接。

可选的，该装置还包括：整流滤波电路，用于将所述取能设备输出的交变电压转换为直流电压，并对所述直流电压进行滤波；

其中，所述取能设备的输出端通过所述整流滤波电路与所述同步相量测量设备连接。

可选的，该装置还包括：去噪设备，用于对纹波噪声进行衰减；

其中，所述取能设备的输出端通过所述去噪设备与所述同步相量测量设备连接。

可选的，该装置还包括：电压转换设备，用于对所述取能设备输出的电压进行转换；

其中，所述取能设备的输出端通过所述电压转换设备与所述同步相量测量设备连接。

可选的，所述取能设备中的每个所述磁芯上均设置有采用卡装式结构的取能线圈。

可选的，所述启动设备，包括：所述储能电源、充放电管理设备和取能切换控制设备；

所述取能切换控制设备，用于将所述取能设备的所述工作磁芯切换为所述电流幅值信息所处的预设电流范围对应的磁芯；

所述充放电管理设备，用于利用所述储能电源为所述同步相量测量设备供电，以及利用所述取能设备输出的电流为所述储能电源充电。

可选的，所述取能设备中设置有小电流取能磁芯和大电流取能磁芯时，所述取能切换控制设备具体用于在所述电流幅值信息小于阈值时，将所述工作磁芯切换为所述小电流取能磁芯；在所述电流幅值信息大于或等于所述阈值时，将所述工作磁芯切换为所述大电流取能磁芯。

可选的，所述小电流取能磁芯的材质具体为铁基纳米晶合金，所述大电流取能磁芯的材质具体为硅钢。

可选的，所述大电流取能磁芯上设置有气隙。

本发明所提供的一种同步相量测量装置，包括：启动设备，用于利用储能电源为同步相量测量设备提供启动电流，并根据同步相量测量设备检测的电流幅值信息，切换取能设备的工作磁芯；其中，取能设备中设置有多个磁芯，工作磁芯为任一磁芯；取能设备，用于利用工作磁芯从输电线路中取能，输出对应的电流为储能电源和/或同步相量测量设备供电；同步相量测量设备，用于对输电线路进行同步相量测量；

可见，本发明通过启动设备利用储能电源为同步相量测量设备提供启动电流，并根据电流幅值信息切换取能设备的工作磁芯，使取能设备中的工作磁芯可以利用电流互感原则进行取能供电，提高了取能设备的可靠性和安全性；并且通过对同步相量测量设备检测的电流幅值信息的利用，无需布置额外的测量设备，在保障装置测量功能可靠地实现的前提下，降低了同步相量测量装置的体积和成本。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种同步相量测量装置的结构框图；

图2为本发明实施例所提供的另一种同步相量测量装置的结构框图。

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、完整地描述，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做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。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种同步相量测量装置的结构框图。该装置可以包括：

启动设备10，用于利用储能电源为同步相量测量设备30提供启动电流，并根据同步相量测量设备30检测的电流幅值信息，切换取能设备20的工作磁芯；其中，取能设备20中设置有多个磁芯，工作磁芯为任一磁芯；

取能设备20，用于利用工作磁芯从输电线路中取能，输出对应的电流为启动设备10中的储能电源和/或同步相量测量设备30供电；

同步相量测量设备30，用于对输电线路进行同步相量测量。

可以理解的是，本实施例的目的可以为利用启动设备10根据同步相量测量设备30检测的电流幅值信息对取能设备20中利用电流互感原则进行取能供电的磁芯(工作磁芯)进行切换，使磁芯可以在各自对应的电流幅值范围内工作，保证取能设备20的可靠性和安全性。为了实现此目的，启动设备10中可以设置有确保同步相量测量设备30正常启动的储能电源(如锂电池组)提供启动电流。取能设备20中的工作磁芯利用电流互感原则进行取能后，不仅可以为同步相量测量设备30供电，还可以为启动设备10中的储能电源充电。对应的，在输电线路故障或取能设备20故障及检修时，启动设备10的储能电源可以切换至放电模式代替取能设备20为同步相量测量设备30供电。

具体的，对于启动设备10的具体结构，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，可以图2所示，包括储能电源、充放电管理设备和取能切换控制设备；取能切换控制设备，用于将取能设备20的工作磁芯切换为电流幅值信息所处的预设电流范围对应的磁芯；充放电管理设备，用于利用储能电源为同步相量测量设备30供电，以及利用取能设备20输出的电流为储能电源充电。只要启动设备10可以实现上述本实施例的目的，本实施例对此不做任何限制。

也就是说，启动设备10中的取能切换控制设备(如逻辑控制器件)可以利用同步相量测量设备30高精度、高实时性监测数据作为输入，通过控制取能设备20中的继电器的导通和关断，切换取能设备20的工作磁芯。不需要额外加装测量设备，减小同步相量测量装置的体积。

对应的，取能设备20中仅设置有小电流取能磁芯和大电流取能磁芯这两种磁芯时，启动设备10中的取能切换控制设备可以具体用于在电流幅值信息小于阈值(如1.5A)时，将工作磁芯切换为小电流取能磁芯；在电流幅值信息大于或等于阈值时，将工作磁芯切换为大电流取能磁芯。即小电流取能磁芯具有初始磁导率高，启动电流小的特点，主要对电流幅值小于阈值的输电线路进行取能；大电流取能磁芯具有饱和磁感应强度高的特点，防止磁芯过早饱和，主要对电流幅值大于或等于阈值的线路进行取能。

需要说明的是，对于取能设备20中的磁芯的选取，可以由设计人员自行设置，如磁芯材质的选择，可以根据磁导率高、电阻率高、具有较高饱和磁感应强度和较小的矫顽力以及狭窄的磁滞回线的因素进行考虑，如取能设备20中仅设置有小电流取能磁芯和大电流取能磁芯这两种磁芯时，小电流取能磁芯的材质选择，要求其启动电流较小，由于在一次电流、匝数、磁通面积不变的条件下，减小启动电流有效的方法是提高磁芯材料的初始磁导率，由于非晶合金性能优异，工艺简单，小电流取能磁芯的材质可以选用铁基纳米晶合金，其具有非常良好的磁性能：高饱和磁感应强度(1.2T)、高初始磁导率(8万)、低矫顽力(0.32A/m)等特点；大电流取能磁芯的材质选择，为防止过早饱和，需要磁芯材料具有较高的饱和磁感应强度，由于硅钢具有很好的电磁性能，最明显的优势在于它的饱和磁感应强度B值很高，可达到20000G_s，并且硅钢的加工工艺较为成熟，可以大规模生产，节约成本，大电流取能磁芯的材质可以选用硅钢；为使大电流取能磁芯的具有较高的能量传递效率，大电流取能磁芯的材质可以选用硅钢片H9。取能设备20中的磁芯上还可以设置气隙，通过引入气隙磁阻的方法来避免磁芯深度饱和所引起的感应电势畸变与尖顶脉冲波，防止线圈温升过高导致烧坏线圈。如大电流取能磁芯可以采取增加气隙，利用引入气隙磁阻的方法来避免在一次侧电流较大时的饱和问题。只要取能设备20中可以设置在不同电流幅值范围(预设电流范围)内工作的磁芯，本实施例对此不做任何限制。

其中，本实施例中的同步相量测量设备30可以为用于对输电线路进行同步相量测量的设备，对于同步相量测量设备30的具体设置，可以由设计人员自行设置，如可以采用与现有技术中的同步相量测量装置中的用于实现同步相量测量的设备相同或相似的设备，本实施例对此不做任何限制。

进一步的，本实施例所提供的同步相量测量装置还可以包括前端冲击保护电路，用于吸收取能设备20输出的冲击电压，箝制异常高压；其中，取能设备20的输出端通过前端冲击保护电路与同步相量测量设备30连接。也就是说，由于输电线路短路故障或者雷击的情况下，输电线路上将产生很大的冲击电流，使取能设备20的工作磁芯感应出很高的冲击电压，对同步相量测量装置造成危害，因此，通过前端冲击保护电路的设置可以通过高效能保护器件，吸收输电线路异常状态时高电压冲击产生的浪涌功率，将异常高压箝制到安全水平之内，保护同步相量测量装置。具体的，对于前端冲击保护电路的具体结构，可以由设计人员自行设置，如可以为设置在取能设备20中的磁芯上的取能线圈后端的并联瞬态抑制二极管(TVS)，以限制取能线圈在上述情况下输出电压的急剧上升的问题。本实施例对此不做任何限制。

进一步的，本实施例所提供的同步相量测量装置还可以包括整流滤波电路，用于将取能设备20输出的交变电压转换为直流电压，并对直流电压进行滤波；其中，取能设备20的输出端通过整流滤波电路与同步相量测量设备30连接。也就是说，由于同步相量测量设备30工作需要直流电压，通过整流滤波电路的设置，可以利用整流滤波电路中的整流电路将取能磁芯从输电线路上感应出的交变电压变为直流电压，再经过整流滤波电路中的滤波电路将脉动的直流电压变为较为平滑的直流电压，最终提供给同步相量测量设备30。具体的，对于整流滤波电路的具体结构，可以由设计人员自行设置，如整流滤波电路中的整流电路可以设置为全波桥式整流电路，相比半波整流效率提高一倍，保证正、负半周内都有电流流过，使输入电压得到充分利用；整流滤波电路中的滤波电路可以设置为电容滤波电路，以将整流电路输出的电压大小在不断变化之中的这种脉动的直流电压变成波形平滑的直流电压。本实施例对此不做任何限制。

进一步的，本实施例所提供的同步相量测量装置还可以包括去噪设备，用于对纹波噪声进行衰减；其中，取能设备20的输出端通过去噪设备与同步相量测量设备30连接。也就是说，去噪设备可以对纹波噪声进行衰减，提高电源抑制比(PSRR)，从而减小取能设备20的供电电路对同步相量测量设备30的影响程度。

进一步的，本实施例所提供的同步相量测量装置还可以包括电压转换设备(如DC/DC变换设备)，用于对取能设备20输出的电压进行转换；其中，取能设备20的输出端通过电压转换设备与同步相量测量设备30连接。也就是说，电压转换设备可以采用高效、低功耗降压芯片将输入电压转换为同步相量测量设备30正常工作所需的输入电压，实现为同步相量测量设备30的供电。

对应的，如图2所示，设置有小电流取能磁芯和大电流取能磁芯的取能设备20与同步相量测量设备30连接的供电电路上可以依次设置前端冲击保护电路、整流滤波电路、去噪设备和电压转换设备(DC/DC变换设备)，保证取能设备20的工作磁芯上设置的取能线圈输入的电压可以对同步相量测量设备30进行供电。具体的，取能设备20中的每个磁芯上设置的取能线圈的具体结构和设置方式，可以由设计人员自行设置，如取能线圈可以采用卡装式结构设置在对应的磁芯上，本实施例对此不做任何限制。

本实施例中，本发明实施例通过启动设备10利用储能电源为同步相量测量设备30提供启动电流，并根据电流幅值信息切换取能设备20的工作磁芯，使取能设备20中的工作磁芯可以利用电流互感原则进行取能供电，提高了取能设备20的可靠性和安全性；并且通过对同步相量测量设备30检测的电流幅值信息的利用，无需布置额外的测量设备，在保障装置测量功能可靠地实现的前提下，降低了同步相量测量装置的体积和成本。

以上对本发明所提供的一种同步相量测量装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种同步相量测量装置，其特征在于，包括：

启动设备，用于利用储能电源为同步相量测量设备提供启动电流，并根据所述同步相量测量设备检测的电流幅值信息，切换取能设备的工作磁芯；其中，所述取能设备中设置有多个磁芯，所述工作磁芯为任一所述磁芯；

所述取能设备，用于利用所述工作磁芯从输电线路中取能，输出对应的电流为所述储能电源和/或所述同步相量测量设备供电；

所述同步相量测量设备，用于对所述输电线路进行同步相量测量。

2.根据权利要求1所述的同步相量测量装置，其特征在于，还包括：前端冲击保护电路，用于吸收所述取能设备输出的冲击电压，箝制异常高压；

其中，所述取能设备的输出端通过所述前端冲击保护电路与所述同步相量测量设备连接。

3.根据权利要求1所述的同步相量测量装置，其特征在于，还包括：整流滤波电路，用于将所述取能设备输出的交变电压转换为直流电压，并对所述直流电压进行滤波；

其中，所述取能设备的输出端通过所述整流滤波电路与所述同步相量测量设备连接。

4.根据权利要求1所述的同步相量测量装置，其特征在于，还包括：去噪设备，用于对纹波噪声进行衰减；

其中，所述取能设备的输出端通过所述去噪设备与所述同步相量测量设备连接。

5.根据权利要求1所述的同步相量测量装置，其特征在于，还包括：电压转换设备，用于对所述取能设备输出的电压进行转换；

其中，所述取能设备的输出端通过所述电压转换设备与所述同步相量测量设备连接。

6.根据权利要求1所述的同步相量测量装置，其特征在于，所述取能设备中的每个所述磁芯上均设置有采用卡装式结构的取能线圈。

7.根据权利要求1至6任一项所述的同步相量测量装置，其特征在于，所述启动设备，包括：所述储能电源、充放电管理设备和取能切换控制设备；

所述取能切换控制设备，用于将所述取能设备的所述工作磁芯切换为所述电流幅值信息所处的预设电流范围对应的磁芯；

所述充放电管理设备，用于利用所述储能电源为所述同步相量测量设备供电，以及利用所述取能设备输出的电流为所述储能电源充电。

8.根据权利要求7所述的同步相量测量装置，其特征在于，所述取能设备中设置有小电流取能磁芯和大电流取能磁芯时，所述取能切换控制设备具体用于在所述电流幅值信息小于阈值时，将所述工作磁芯切换为所述小电流取能磁芯；在所述电流幅值信息大于或等于所述阈值时，将所述工作磁芯切换为所述大电流取能磁芯。

9.根据权利要求8所述的同步相量测量装置，其特征在于，所述小电流取能磁芯的材质具体为铁基纳米晶合金，所述大电流取能磁芯的材质具体为硅钢。

10.根据权利要求8所述的同步相量测量装置，其特征在于，所述大电流取能磁芯上设置有气隙。