[發明專利]基于可調阻抗的高可靠性大工作范圍感應取能裝置及調控方法

有效

• 申請號: 201810750658.2
• 申請日: 2018-07-10
• 公開（公告）號: CN108899978B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 辛帥魁;陳鋒;尹霖
• 申請（專利權）人: 楊勇
• 主分類號: H02J7/06
• 分類號: H02J7/06;H01F38/30
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;武建云

本發明提出了一種基于可調阻抗的高可靠性大工作范圍感應取能裝置，包括取能電流互感器（取能CT），可調阻抗電路，AC?DC變換電路，蓄電池與超級電容能量管理模塊以及用電負載。通過研究二次側負載對取能效果的影響，建立了取能CT輸出的有功功率與二次側阻抗的數學關系。采用在二次側并聯可調阻抗的方法，通過調節可調阻抗，實現一次側電流大范圍變化時，能夠獲取所需的功率輸出。本發明通過并聯諧振的方式，降低了取能CT一次側電流閾值下限，利用可調阻抗分流的方式提升一次側電流閾值上限，從而拓寬了取能CT的工作范圍。并根據輸出功率與二次側阻抗的數學關系，實現取能CT在一次側電流大范圍波動的情況下，輸出所需的目標功率。

技術領域

本發明涉及應用于輸電線路在線監測系統的供電技術領域，具體為一種基于可調阻抗的高可靠性大工作范圍感應取能裝置及調控方法。

背景技術

隨著智能電網的快速發展，電力系統輸電線路電壓等級和輸送容量都在不斷提高，對高壓輸電線路運行狀態進行在線監測，以及對線路故障的準確定位越來越為人們所重視。在高電壓、強電磁環境中，穩定可靠的電源供給是在線監測裝置長期穩定運行的前提和基礎。

近年來，中外學者對輸電線路在線監測裝置供電問題進行了大量卓有成效的研究。輸電線路在線監測系統常見的供電方法主要有蓄電池供電、風能太陽能蓄電池組合供電、激光供電、電場供電以及磁場供電等。現有的供電方法中，采用電池供電不適合對供電功率要求較高的場合，且更換頻繁，難以保證在線監測設備長期運行；太陽能蓄電池供電不適合在陽光不足的地區使用，且灰塵不易清洗，降低了取能效率；激光供電需要在地面有低壓電源產生激光，要求條件苛刻，且運行成本相對較高；電場供電不適合為地下電纜監測設備供電，且由于供電功率較低，難以保證大多數在線監測裝置的可靠運行。

磁場供電利用電磁感應原理，采用電流互感器(取能CT)從輸電線路上感應取能，為后續在線監測設備提供電能，具有供電可靠性高、受環境影響小等顯著優點。如圖1所示為一個典型的感應取能裝置。由于應用場合的限制，電流互感器一次側匝數為1匝，同時輸電線路的運行條件和制造成本對取能裝置的重量提出了較高要求，這導致取能CT的鐵芯不能過大，因此當取能CT一次側電流(正弦)大范圍波動時，取能CT將可能無法在大范圍工作條件下獲取足夠的能量。另一方面，由于取能CT在輸電線路上安裝條件限制，輸電線路作為取能CT的一次側要穿過取能CT鐵芯，因此，取能CT的鐵芯一般由兩個半圓柱鐵芯拼接而成，這將導致鐵芯等效磁導率大幅下降，增加了取能CT獲取足夠能量的難度。綜上，當輸電線路電流大范圍變化的情況下，取能裝置需要兼顧到以下三種工作條件：

1、在一次側電流較小時，取能裝置能夠獲取足夠的能量，滿足二次側用電負載需求。

2、在一次側電流過大時，取能裝置要防止鐵芯發生飽和，避免二次側電壓波形畸變和峰值過高。

3、在一次側電流大范圍變化時，二次側輸出功率需盡可能滿足用電負載需求，且保持相對穩定。

為兼顧上述三種要求，一種常見方法是在用電負載側增加具有超級電容和蓄電池的能量管理模塊，如圖2所示。

1、當一次側電流較小，即：小于閾值下限時，此時取能CT無法獲取足夠能量，開關S0、S1、S2閉合，超級電容和蓄電池工作在放電模式，與取能CT和AC/DC變換電路共同為用電負載提供電能。

2、當一次側電流過大，即：大于閾值上限時，此時取能CT磁路飽和，無法為二次側提供穩定的能量。為避免輸出電壓波形畸變和峰值過高，開關S0斷開，S1、S2閉合，超級電容和蓄電池工作在放電模式，為用電負載提供電能。

3、當一次側電流適中，即：位于閾值上下限之間時，取能CT能夠獲取足夠能量，且磁路未飽和，開關S0、S1、S2閉合，蓄電池工作在充電模式，超級電容作為能量緩沖池，工作在穩壓模式，為用電負載提供功率相對穩定的電能。