[发明专利]一种基于非闭合电流互感器的取电装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于非闭合电流互感器的取电装置及其控制方法。

背景技术

为提高高压输电线路的安全性和可靠性，需要对其运行状况进行在线监控，但是对这些安置于输电线路周边的监控设备的供电很不方便，如在野外或地下一般不能提供220V交流市电，而采用光伏电池板或蓄电池供电的稳定性和免维护性较差。只有采用电流互感器通过电磁感应直接从高压输电线路取电是一种较为安全稳定、可长期免维护的供电方式。然而，高压输电线路的电流波动很大，传统的电流互感器取电装置在输电线路电流小时，不能从输电线路上获得足够的输出电压和功率，难以维持对监控设备的正常供电；在输电线路电流大时，获得的输出电压和功率过大，以致烧毁取电装置。

公开号为CN101478183的中国专利公开了一种基于电流互感器的高压输电线路取电装置，其电路原理图如图1所示，电流互感器1的输出端经二极管整流滤波单元2后得到为负载供电的直流电压。设穿过电流互感器的输电线路交变电流的角频率为ω₀，有效值为I_s；电流互感器的副边匝数为n，副边励磁电感为L_m；负载为阻值等于R_L的电阻。则该取电装置获得的直流输出电压U_o完全由上述输电线路、取电装置、负载等的参数决定，不可人为控制。随R_L增大，U_o也逐渐增大，在R_L=∞时该取电装置获得最高的直流输出电压：

Uom=2ω0LmIsn=2ZoIsn]]>

其中：Z_o=ω₀L_m为该取电装置中电流互感器的输出阻抗。

由上式，在I_s较小时，即使是U_om也较小。此时在不改变电流互感器副边匝数n的条件下，为通过该取电装置获得足够大的输出电压和功率，只能采用增大电流互感器的励磁电感L_m的方法；亦即，该取电装置必须配合大励磁电感、大体积的电流互感器使用，才能在输电线路电流小时获得足够的输出电压和功率，带来电流互感器成本的增加和安装的不便。在输电线路电流大时，该取电装置获得的输出电压和功率过大，同时该专利添加能量泄放电路将获得的过量功率通过泄放电阻消耗，造成能量的浪费。

为在不增大L_m的条件下增大电流互感器的输出阻抗，以在输电线路电流小时增大所获得的输出电压和功率，公开号为CN103346686A的中国专利提出了在电流互感器的副边并联电容的方法，其电路原理图如图2所示；该方法通过使该并联电容和电流互感器的励磁电感谐振，电流互感器的输出阻抗可显著增大。但是，该方法存在两个问题：一是并联电容的容值必须与电流互感器的励磁电感严格匹配，当励磁电感的感量变化时，该方法无法达到显著增大电流互感器输出阻抗的效果；二是并联电容必须采用无极性电容，当励磁电感较小时，并联电容的容值和体积很大。

此外，在输电线路电流大时，传统的电流互感器会因磁芯材料饱和而发热。若在电流互感器的磁路中留有气隙，构成非闭合磁路，则上述饱和与发热现象可消除，但是励磁电感的感量急剧下降，且与气隙的大小密切相关。在这种情况下，传统的取电装置获得的输出电压和功率将非常低；而对于并联电容的取电装置，为显著增大电流互感器的输出阻抗，并联电容的容值和体积很大，而且气隙的大小必须严格控制，以致不适合实际应用。

发明内容