CN218301021U - 一种基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置 - Google Patents

Abstract

一种基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置，属于高压输电线路电气设备检测的供电领域。包括电流互感器，输电线路从电流互感器中穿过，电流互感器的输出端连接整流电路的输入端，其特征在于：设置有开关模块以及电流控制模块，整流电路的输出端同时连接开关模块和电流控制模块的输入端，电流控制模块的输出端连接开关模块的控制端，开关模块的输出端连接DC‑DC转换模块的输入端，DC‑DC转换模块的输出端同时连接储能单元以及负载，储能单元的输出端同时连接负载。在本基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置中，通过设置电流控制模块和开关模块，解决了现有技术中感应取能供电方式由于输电线路电流波动范围很大而导致供电不稳定的问题。

Description

一种基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置

技术领域

一种基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置，属于高压输电线路电气设备检测的供电领域。

背景技术

伴随着我国电力行业发展步伐的不断加快，在电网系统运行电压等级提高与网络规模扩大的同时，电网通信与在线监测技术也随之不断发展。但随着电网电压等级的提高，在线监测设备受到高电压与强磁场的强烈干扰，对供电电源的可靠性与稳定性提出更高要求。目前，我国高压输电线路在线监测设备的供电电源主要分为太阳能供电、激光供电、锂电池供电、电容分压器供电以及感应取能供电。

太阳能供电基于光伏发电效应，将现成的太阳光转化成电能进行利用。采用太阳能供电的优点是不需要高压侧或低压侧直接电源供给，但太阳能电池板转换效率容易受到天气、季节、温度等环境因素的影响，且转换效率较低，供能不稳定，因此提供的电能十分有限。另外为获得足够的能量，仅通过太阳能供电的方式需要较大的太阳能板，导致电源体积过大，安装不便。

激光供能的基本原理为：在低电位侧通过光纤将激光能量传送至高电位侧，再由光电转换器将激光能量转换成电能，最后通过DC-DC电路输出稳定电能。激光功能的优点在于电源相对稳定，且电源噪声低、纹波小，不易受到外界其他因素的干扰。但激光二极管的输出功率较小，同时光电转换器件也存在着一定的能量损失，因而激光供能电源能量有限。

锂电池供电的优点在于体积小，供电稳定性较高，且电路设计简单，但其缺点是储能有限，且电池容量会受到温度的影响，当在大功率场合使用时，其使用寿命较短。另外，需要经常更换电池，长期来看，也会耗费较多人力物力。

电容分压器供电在高压母线与地之间连接用于取能的高压电容分压器，然后将从高压母线上取得的能量经过整流滤波、稳压等电路处理后，向高压侧电路输出。但电容分压器供电存在死区，其供电很大程度上依赖于线路电流的大小，同时也对分压电容的工艺提出更高要求。另外，电容分压器需要直接接入到高压母线，对系统的绝缘性要求非常高，降低系统的可靠性。

感应取能供电基于电磁感应原理，当高压侧电流变化时，引起周围磁场变化，取能线圈感应电压经整流、滤波、稳压等电路变换处理，为电力设供电。感应取能的优点在于体积小，绝缘性好，便于安装与维护。另外感应取能直接从线路获取能量，资源利用较为合理。但感应取能直接接入高压线路，导致线路电流波动较为严重，当线路电流较小时，可能会供能不足，当线路电流较大时，需要增加冲击保护电路，因此供电稳定性不高。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过设置电流控制模块和开关模块，解决了现有技术中感应取能供电方式由于输电线路电流波动范围很大而导致供电不稳定问题的基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置，包括电流互感器，输电线路从电流互感器中穿过，电流互感器的输出端连接整流电路的输入端，其特征在于：设置有开关模块以及电流控制模块，整流电路的输出端同时连接开关模块和电流控制模块的输入端，电流控制模块的输出端连接开关模块的控制端，开关模块的输出端连接DC-DC转换模块的输入端，DC-DC转换模块的输出端同时连接储能单元以及负载，储能单元的输出端同时连接负载。

优选的，所述的电流控制模块包括乘法器电路、加法器电路、电流比较器以及控制器，整流电路和控制器的其中一个PWM信号输出端分别连接乘法器电路的两个输入端，乘法器电路的输出端以及控制器的另一个PWM信号输出端分别连接加法器电路的两个输入端，加法器电路的输出端连接电流比较器的其中一个输入端，电流比较器的另一个输入端接入比较信号，电流比较器的输出端连接开关模块的控制端。

优选的，所述的储能单元包括锂电池以及超级电容，光伏模块分别与锂电池和超级电容充电相连，锂电池和超级电容的输出端接入电源切换模块的一个输入端，DC-DC转换电路的输出端接入电源切换模块的另一个输入端，电源切换模块的输出端连接负载。

优选的，所述的整流电路采用开关管组成的单相全桥PWM整流电路。

优选的，在所述整流电路的输入端之间并联有瞬态抑制二极管。

优选的，所述的开关模块采用场效应管，所述电流比较器的输出端连接场效应管的栅极，连接场效应管的漏极和源极分别连接DC-DC转换模块的两个输入端。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是：

在本基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置中，通过设置电流控制模块和开关模块，解决了现有技术中感应取能供电方式由于输电线路电流波动范围很大而导致供电不稳定的问题。

在本基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置中，利用自适应电流控制电路，通过控制晶体管通断特性，利用控制装置检测电流互感器输出电流，有效改善取能装置在大输入电流时的发热状况；采用改善取能线圈材料与转换储能电源的方式有效解决线路电流较小时供能不足的问题，利用晶体管的通断来对取能负载实施稳压，保证电源输出的稳定性。

电流互感器在线取能虽然作为目前最稳定、成本最低的取能方式，但母线电流的变换范围小到几安，大到几千安。电流过大时可能会造成取能装置的损坏，所以对取能负载进行稳压是十分必要的。本发明通过在电流互感器直流侧增添自适应电流控制电路，利用自适应电流控制电路对取能负载进行限流。在分析电流互感器取能原理的基础上，通过脉冲信号与电流比较器结合产生信号控制晶体管的导通与关断，能够在母线电流变换的条件下达到自动调节取能负载电压的效果，从而有效地改善取能装置在大输入电流下的能量溢出状况。

附图说明

图1为基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置原理方框图。

图2为基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置电流控制模块原理方框图。

图3为基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置电路原理图。

图4为基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置储能单元原理方框图。

具体实施方式

图1~4是本实用新型的最佳实施例，下面结合附图1~4对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，一种基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置（以下简称在线取能装置），包括电流互感器，电流互感器的一次侧与输电线路相连，电流互感器的二次侧与整流电路的输入端相连，整流电路的输出端同时连接开关模块和电流控制模块的输入端，电流控制模块的输出端连接开关模块的控制端。开关模块的输出端连接DC-DC转换模块的输入端，DC-DC转换模块的输出端同时连接储能单元和负载，储能单元的输出端连接负载。

电流互感器与输电电路的连接方式与现有技术相同，即输电线路同电流互感器的铁芯中穿过，电流互感器二次侧输出的交流信号通过整流电路处理为直流信号，整流电路的输出端同时接入开关模块的电流控制模块。电流控制模块根据整流电路送入的电流信号控制开关模块的通断。当开关模块断开时，整流电路与DC-DC转换模块的输入端相连，为DC-DC转换模块供电，此时DC-DC转换模块为负载提供工作电源的同时为储能单元充电；当开关模块闭合时，开关模块将DC-DC转换模块的输入端短接，整流电路与DC-DC转换模块断开，此时由储能单元为负载提供工作电源。

结合图2，电流控制模块包括乘法器电路、加法器电路、电流比较器以及控制器。整流电路输出的电流信号和控制器输出端脉冲信号PWM1分别接入乘法器电路的两个输入端，乘法器电路的输出端以及控制器输出端脉冲信号PWM2分别接入加法器电路的两个输入端，加法器电路的输出端接入电流比较器的其中一个输入端，电流比较器的另一个输入端接入比较信号，电流比较器的输出端连接开关模块的控制端。

控制器可采用本领域常见的单片机实现，其输出端PWM1信号为占空比50%，后半个周期为1的脉冲信号；PWM1信号为占空比50%，且前半个周期大于设定电流值（上述比较信号）的脉冲信号。

由整流电路输出电流与PWM1信号通过乘法器电路得到第一中间信号，然后通过加法器电路将Product信号与PWM2信号进行相加得到第二中间信号。最后，第二中间信号接入电流比较器，电流比较器将第二中间信号与比较信号进行比较，输出控制开关模块动作的控制信号。

整流电路输出电流与PWM1相乘后得到后半周期为0的电流输出信号（第一中间信号）；由于PWM2信号幅值大于电流信号设定的最大值，PWM2信号与第一中间信号通过加法模块相加后可得前半周期正常、后半周期幅值大于比较信号最大值的输出信号（第二中间信号），第二中间信号与比较信号在电流比较器进行比较时只需要比较前半周期。当第二中间信号小于比较信号时电流比较器输出信号为低电平信号，控制模块关断，负载由DC-DC转换模块进行供电；当第二中间信号大于比较信号时电流比较器输出高电平信号，开关模块导通，负载由储能电源供电，保证负载正常稳定运行。

如图3所示，电流互感器B1的一次侧通过铁芯与输电线路相连，整流电路由开关管（如IGBT）D2~D5组成单相全桥PWM整流电路，在整流电路的输入端之间还并联有双向瞬态抑制二极管D1。上述的开关模块包括二极管D6、电阻R1、电容C1以及内置二极管的场效应管W1。场效应管W1是哪集与模块U1（上述电流控制模块）的输出端相连，整流电路的输出正极同时连接电阻R1的一端，二极管D6的阳极以及场效应管W1的漏极，二极管D6的阴极与电容C1的一端相连。整流电路的输出负极同时连接电阻R1的另一端，场效应管W1的源极以及电容C1的另一端相连。

电容C1的两端为输出端与DC-DC转换模块的输入端相连，DC-DC转换模块采用本领域常见的电源转换模块以及其相应的外围电路实现，将整流电路输出的电压信号转换为与负载对应的电压信号，DC-DC转换模块的具体电路结构在此不再赘述。

如图4所示，上述的储能单元包括锂电池以及超级电容，光伏模块通过本领域常见的光伏充放电控制器为锂电池和超级电容充电，锂电池和超级电容的输出端接入电源切换模块的一个输入端，DC-DC转换电路的输出端接入电源切换模块的另一个输入端，电源切换模块的输出端连接负载，电源切换模块控制锂电池、超级电容为负载进行供电，或由DC-DC转换模块直接为负载进行供电，电源切换模块采用本领域常见的切换电路实现，在此不再赘述。

具体工作过程及工作原理如下：

电流互感器从输电线路上获取感应电流，电流经电流互感器通过瞬态抑制二极管流入整流电路，通过整流电路将输电线路交流电路转换为直流电流进入电流控制模块和开关模块。在电流控制模块中，由整流电路输出电流与PWM1信号通过乘法器电路得到第一中间信号，然后通过加法器电路将Product信号与PWM2信号进行相加得到第二中间信号。最后，第二中间信号接入电流比较器，电流比较器将第二中间信号与比较信号进行比较，输出控制开关模块动作的控制信号。当第二中间信号小于比较信号时电流比较器输出信号为低电平信号，控制模块关断，此时储能模块中的电源切换模块切换DC-DC转换模块对负载进行供电；当第二中间信号大于比较信号时电流比较器输出高电平信号，开关模块导通，负载由储能电源供电，保证负载正常稳定运行。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置，包括电流互感器，输电线路从电流互感器中穿过，电流互感器的输出端连接整流电路的输入端，其特征在于：设置有开关模块以及电流控制模块，整流电路的输出端同时连接开关模块和电流控制模块的输入端，电流控制模块的输出端连接开关模块的控制端，开关模块的输出端连接DC-DC转换模块的输入端，DC-DC转换模块的输出端同时连接储能单元以及负载，储能单元的输出端同时连接负载。

2.根据权利要求1所述的基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置，其特征在于：所述的电流控制模块包括乘法器电路、加法器电路、电流比较器以及控制器，整流电路和控制器的其中一个PWM信号输出端分别连接乘法器电路的两个输入端，乘法器电路的输出端以及控制器的另一个PWM信号输出端分别连接加法器电路的两个输入端，加法器电路的输出端连接电流比较器的其中一个输入端，电流比较器的另一个输入端接入比较信号，电流比较器的输出端连接开关模块的控制端。

3.根据权利要求1所述的基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置，其特征在于：所述的储能单元包括锂电池以及超级电容，光伏模块分别与锂电池和超级电容充电相连，锂电池和超级电容的输出端接入电源切换模块的一个输入端，DC-DC转换电路的输出端接入电源切换模块的另一个输入端，电源切换模块的输出端连接负载。

4.根据权利要求1所述的基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置，其特征在于：所述的整流电路采用开关管组成的单相全桥PWM整流电路。

5.根据权利要求1或4所述的基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置，其特征在于：在所述整流电路的输入端之间并联有瞬态抑制二极管。

6.根据权利要求2所述的基于自适应电流控制的输电线路在线取能装置，其特征在于：所述的开关模块采用场效应管，所述电流比较器的输出端连接场效应管的栅极，连接场效应管的漏极和源极分别连接DC-DC转换模块的两个输入端。

Images