專利名稱：基于功率控制法的高壓輸電線路ct取電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高電壓技術(shù)領(lǐng)域的取電裝置，尤其是一種基于功率控制法的高壓輸電線路CT取電裝置。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)高壓側(cè)測量設(shè)備如光電式電流互感器、輸電線路溫度測量設(shè)備、高壓斷路器母線溫度測量設(shè)備等直接測量高壓側(cè)信息，然后通過光纖或者無線網(wǎng)絡(luò)把采集信息傳送至低壓端，這樣大大簡化了絕緣的要求，并且提高了采集信號的精度。但是高壓側(cè)測量設(shè)備不能通過低壓側(cè)導線直接對其供電，所以高壓側(cè)測量設(shè)備的供電問題是高壓側(cè)測量設(shè)備可靠運行的關(guān)鍵。 經(jīng)檢索文獻發(fā)現(xiàn)武漢大學申請的專利，申請?zhí)枮?00410061314. 9，名稱為用于
架空高壓輸電導線的感應取電裝置，該技術(shù)利用電流互感器原理從高壓輸電導線上獲取電能，但是該技術(shù)沒有給出輸電線路負載電流在其整個工作范圍內(nèi)的有效輸出功率，尤其是在輸電線路空載時的輸出功率，并且在輸電線路負荷電流較大時，取電裝置發(fā)熱嚴重。武漢大學申請的另一份專利，申請?zhí)枮?00820066665. 2名稱為高壓線路感應取電裝置，該技術(shù)同樣利用互感器原理從輸電線路上取電，其給出的指標為80A-300A時輸出的功率為20-110W，但是輸電線路空載時，導線電流僅為40A左右，也未給出此時取電裝置的輸出功率，并且隨著輸電線路上電流的增加，取電裝置亦會發(fā)熱越來越嚴重。上述兩個專利中后備電源都是鋰電池，而鋰電池受其壽命，工作溫度等限制，不適合長期工作在野外輸電線路上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于功率控制法的高壓輸電線路CT取電裝置，可實現(xiàn)在較大的電流范圍內(nèi)輸出穩(wěn)定的功率，并且在輸電線路電流較大時，避免發(fā)生磁芯不飽和和嚴重發(fā)熱現(xiàn)象。
本發(fā)明包括 取電磁芯、環(huán)繞于所述取電磁芯的取電磁芯線圈、穿設(shè)于所述取電磁芯的高壓輸電線路，用以構(gòu)成電流互感器而獲取感應后的交流電壓和交流電流； 整流濾波模塊，用以將所述感應后的交流電壓和交流電流轉(zhuǎn)變成直流電壓和直流電流； 穩(wěn)壓輸出模塊，用以輸出穩(wěn)定電壓； 過壓保護及切換繼電器模塊，其連接所述取電磁芯線圈和整流濾波模塊，用以避免所述高壓輸電線路發(fā)生短路或產(chǎn)生高感應電流和感應電壓對后級電路的破壞；
DC/DC模塊，其與所述整流濾波模塊相連，用以接收所述整流濾波模塊產(chǎn)生的固定直流電壓和直流電流并將其轉(zhuǎn)化為可變的直流電壓和直流電流； 電源管理模塊，其連接所述DC/DC模塊和穩(wěn)壓輸出模塊，用以實時檢測所述高壓輸電線路的感應電流并動態(tài)調(diào)整輸入到所述DC/DC模塊的電流和電壓使得輸出功率等于系統(tǒng)所需功率。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，與取電磁芯并排設(shè)置的是測量磁芯，高壓輸電線路同時穿設(shè)于電磁芯和測量磁芯，環(huán)繞于所述測量磁芯的測量磁芯線圈以及連接所述測量磁芯線圈與電源管理模塊的取樣電路，用以輔助所述電源管理模塊對所述高壓輸電線路的感應電流的實時檢測。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在整流濾波模塊和電源管理模塊之間設(shè)置電壓電流檢測模塊，其連接所述整流濾波模塊和電源管理模塊，用以計算于所述高壓輸電線路的當前電流下輸入到所述DC/DC模塊的最佳電流和電壓值。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在電源管理模塊和穩(wěn)壓輸出模塊之間設(shè)置法拉電容，其連接于所述電源管理模塊和穩(wěn)壓輸出模塊，用以輔助所述電源管理模塊的動態(tài)調(diào)整輸入到所述DC/DC模塊的電流和電壓。 所述過壓保護及切換繼電器模塊包括第一、二大功率穩(wěn)壓二極管、瞬態(tài)抑制管、繼電器及其驅(qū)動，所述繼電器的驅(qū)動包括一電阻、一肖特基二極管以及一三極管，其中，所述第一大功率穩(wěn)壓二極管的正極接所述繼電器的第七腳位，其負極接所述第一大功率穩(wěn)壓二極管的負極；所述第二大功率穩(wěn)壓二極管的正極接所述繼電器的第4腳位；所述瞬態(tài)抑制管的負極接所述整流濾波模塊，其正極接地；所述繼電器的第3腳位和第8腳位接所述取電磁芯線圈，其第2腳位和第9腳位短接，其第一腳位經(jīng)所述驅(qū)動的電阻接電源并同時接所述
驅(qū)動的肖特基二極管的負極，其第io腳位接所述驅(qū)動的三極管的集電極并同時接所述肖
特基二極管的正極；所述驅(qū)動的三極管的發(fā)射極接地，其基極接所述電源管理模塊。
所述整流濾波模塊包括整流橋和相互并聯(lián)的第一、二濾波電容，其中，所述整流橋的第2腳位接所述過壓保護及切換繼電器模塊的繼電器的第7腳位，其第3腳位接所述電壓電流檢測模塊；所述第一濾波電容的正極接所述整流橋的第1腳位，其負極接地。
所述DC/DC模塊包括DC/DC芯片，第一、四、五、七、八、九、二電容，第四、五、六、七、八電阻以及第五、六二極管，其中，所述DC/DC芯片第3、4腳位接V0UT端，其第8腳位經(jīng)所述第四電阻接地，其第9腳位經(jīng)所述第四電容接地，其第11腳位經(jīng)所述第五電容接地，其第1腳位經(jīng)所述第一電容接地，其第17、 18、 19腳位短接后經(jīng)所述第六電容接至其第20腳位且同時接第五二極管的負極，其第15、16腳位短接后接至所述第五二極管的正極，其第12腳接電源；所述第五電阻和所述第八電容串聯(lián)后分別接到所述DC/DC芯片的第6腳位和第7腳位；所述第七電阻跨接電源和所述DC/DC芯片的第12腳位之間；所述第八電阻跨接在所述DC/DC芯片的第12腳位和接地端之間；所述第七電容一端接所述DC/DC芯片的第17腳而另一端接所述第六電阻，所述第六電阻的另一端接地；所述第二電容的正極接電源而負極接地；所述第九電容與所述第二電容并聯(lián)。 所述電壓電流檢測模塊包括原邊電流測量電路，DC/DC輸入電流測量電路和DC/DC輸入電壓測量電路，其中 所述原邊電流測量電路包括羅氏電流互感器以及由第一運算放大器、第十六電阻和第十三電容構(gòu)成的積分電路，所述高壓輸電線路從所述羅氏電流互感器的中心穿過，所述羅氏電流互感器的副邊輸出分別接所述第一運算放大器的第2腳位和第3腳位，所述第十三電容與第十六電阻并聯(lián)后跨接至所述第一運算放大器的第1腳位和第2腳位之間，所
6述第一運算放大器的第8腳位接電源而第4腳位接地； 所述DC/DC輸入電流測量電路包括霍爾電流互感器以及由第二運算放大器、第十七電阻和第十四電容構(gòu)成的積分式低頻電流傳感器測量電路，所述過壓保護及切換繼電器模塊的繼電器和所述整流濾波模塊的整流橋之間的連線從所述霍爾電流互感器中心穿過，所述霍爾電流互感器副邊輸出分別接所述第二運算放大器的第5腳位和第6腳位，所述第十四電容和第十七電阻聯(lián)后跨接至所述第二運算放大器的第6腳位和第7腳位之間；
所述DC/DC輸入電壓測量電路包括第二電阻、第三電阻以及第三電容，所述第二電阻跨接于V0UT端和VoltDet端之間，所述第三電阻和第三電容并聯(lián)后跨接于VoltDet端和接地端之間。 所述的電源管理模塊包括充電控制電路和輸出功率控制電路，其中
所述的充電控制電路包括第九、十電阻、第二接口、場效應管和三極管；所述的場效應管的第2腳位接電源、第1腳位接所述充電控制電路的三極管的集電極，第3腳位接所述第二接口的第3、4腳位；所述第十電阻跨接在電源端和所述的三極管的集電極之間；所述第九電阻一端接C即—ChgEN而另一端接所述三極管的基極，所述三極管的發(fā)射極接地；所述第二接口的第一、二腳位短接后接V—C即+，第3、4腳短接后接地，外接所述法拉電容；
所述的輸出功率控制電路包括第十一、十二、十八、十九電阻、第十電容、第一接口和單片機；所述第i^一電阻一端V—C即+，另一腳接C即—VoltMSR ;所述第十二電阻和第十電容并聯(lián)后一端接C即—VoltMSR，另一端接地；所述單片機的第2腳接C即—ChgEN，第3腳接地、第6腳接電源、第9腳接所述第一接口的第3腳位、第10腳接所述第一接口的第二腳位、第11腳接Cap—VoltMSR端、第12腳接PriCrrtDct端、第13腳接SecCrrtDct端、第14腳接VoltDet端，第23腳接RelayCtrl端；第一接口為所述單片機程序下載接口 ，其第1腳位接電源、第4腳位接地。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的穩(wěn)壓輸出模塊包括穩(wěn)壓芯片、第二電感、第三、四、十一、十二電容、第十四、十五電阻以及第七二極管，所述穩(wěn)壓芯片的第5腳位接V—Cap+端、第1腳位經(jīng)所述第十三電阻和第十一電容接地、第3腳位懸空、第六、七腳位接地、第2腳位經(jīng)第十五電阻接地且經(jīng)第十四電阻接電源、第8腳位接所述第七二極管的正極，所述第二電感跨接在所述穩(wěn)壓芯片的第五、八腳位之間；所述第三電容跨接于V_fep+端和接地端之間，所述第七二極管負極接電源，所述第四、十二電容跨接于電源端和接地端之間。
本發(fā)明取電磁芯線圈從高壓輸電線路上感應出交流電壓后，經(jīng)整流濾波電路把交流電壓變成直流電壓提供給DC/DC模塊，電源管理模塊實時監(jiān)測高壓輸電線路的電流計算出在當前高壓輸電線路電流的情況下，輸入到DC/DC模塊最佳的電壓、電流值，然后通過改變法拉電容的充電電流，動態(tài)調(diào)整輸入到DC/DC模塊最佳的電壓、電流值，直至其輸出功率等于系統(tǒng)所需功率，這樣取電裝置沒有多余的熱量產(chǎn)生。穩(wěn)壓輸出模塊負責把法拉電容的電壓穩(wěn)定在+5V輸出。當法拉電容充電完畢后，電源管理模塊切斷過壓保護及切換繼電器中的切換繼電器，此時取電線圈副邊短路，工作在備用狀態(tài)。當法拉電容的電壓低于閥值電壓時，電源管理模塊吸合過壓保護及切換繼電器中的切換繼電器，此時取電線圈工作在供電狀態(tài)。 本發(fā)明的技術(shù)效果在于，通過對互感器輸出功率點的控制，可在輸電線路負載電流為30-1000A時穩(wěn)定輸出1W的功率并且在輸電線路電流較大時，磁芯不飽和，也不存在發(fā)
7熱問題。


圖1是本發(fā)明的基于功率控制法的高壓輸電線路CT取電裝置的電路方框 圖2是本發(fā)明的過壓保護及切換電器、整流濾波電模塊和電壓電流檢測模塊的電路原理圖； 圖3是本發(fā)明的DC/DC模塊的電路原理圖； 圖4是本發(fā)明的電源管理模塊和穩(wěn)壓輸出模塊的電路原理圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括取電磁芯線圈1、取電磁芯2、測量磁芯線圈4、測量磁芯5、取樣電路6、過壓保護及切換繼電器7、整流濾波電路8、DC/DC模塊9、電壓電流檢測電路10、電源管理模塊11、法拉電容12以及穩(wěn)壓輸出電路13，高壓輸電線路3先后從取電磁芯2和測量磁芯5中間穿過，取電磁芯2和測量磁芯5外面分別為取電磁芯線圈1、測量磁芯線圈4，取電磁芯線圈1與過壓保護及切換繼電器7連接，過壓保護及切換繼電器7、整流濾波電路8、DC/DC模塊9、電源管理模塊11、穩(wěn)壓輸出電路13依次連接；整流濾波電路8進一步與電壓電流檢測電路10連接，電壓電流檢測電路10又連接到電源管理模塊11 ;電源管理模塊11進一步與法拉電容12連接，法拉電容12又連接到穩(wěn)壓輸出電路13 ;測量磁芯線圈4與取樣電路連接6，取樣電路6連接進一步與電源管理模塊11連接。
如圖2所示，所述的過壓保護及切換繼電器7電路包括包括第一、二大功率穩(wěn)壓二極管D1、D2、瞬態(tài)抑制管D3、繼電器U8及其驅(qū)動，所述繼電器U8的驅(qū)動包括一電阻R23、一肖特基二極管D8以及一三極管Q4，其中，所述第一大功率穩(wěn)壓二極管D1的正極接所述繼電器U8的第7腳位，其負極接所述第一大功率穩(wěn)壓二極管D2的負極；所述第二大功率穩(wěn)壓二極管D2的正極接所述繼電器U8的第4腳位；所述瞬態(tài)抑制管D3的負極接所述整流濾波模塊8，其正極接地；所述繼電器U8的第3腳位和第8腳位接所述取電磁芯線圈1的副邊輸出端，其第2腳位和第9腳位短接，其第1腳位經(jīng)所述驅(qū)動的電阻R23接+5VDC并同時接所述驅(qū)動的肖特基二極管D8的負極，其第10腳位接所述驅(qū)動的三極管Q4的集電極并同時接所述肖特基二極管D8的正極，所述驅(qū)動的三極管Q4的基極接RelayCtrl端子；所述驅(qū)動的三極管Q4的發(fā)射極接地，其基極接所述電源管理模塊11。所述第一、二大功率穩(wěn)壓二極管Dl、 D2為12V/50W的大功率穩(wěn)壓二極管，當輸電線路負載電流較低時，第一、二大功率穩(wěn)壓二極管D1、D2都不導通，保證取電線圈獲得的功率全部都可以輸送給負載，當輸電線路負載電流較高時所述第一、二大功率穩(wěn)壓二極管D1、 D2分別在整流橋的正、負半波電壓超過12V時導通，把取能線圈的輸出電壓峰值鉗位在13V左右，從而保護后級電路不被高壓擊壞。瞬態(tài)抑制二極管D3始終把輸入到DC/DC模塊9的輸入電壓限制在15V以下，保證DC/DC模塊9不被高壓擊壞。繼電器U8作為取電線圈工作狀態(tài)切換繼電器兼保護繼電器，當電源管理模塊11檢測到第一運算放大器U5A的輸出突然增大(輸電線路發(fā)生短路故障)時，電源管理模塊ll的第23腳位(RelayCtrl)輸出低電平，繼電器U8線圈失電，繼電器的觸點處于常閉狀態(tài)，此時取電線圈副邊短路且和后級斷開，保護后級電路不被高壓擊壞。
如圖2所示，所述的整流濾波電路8包括整流橋Ul和相互并聯(lián)的第一、二濾波電 容El、 C2，其中，所述整流橋Ul的第2腳位接所述過壓保護及切換繼電器模塊7的繼電器 U8的第7腳位，其第3腳位接所述電壓電流檢測模塊10的霍爾電流傳感器U6的第3腳位； 所述第一濾波電容E1的正極接所述整流橋U1的第1腳位，其負極接地。所述整流橋U1為 耐壓100V，額定電流為6A的整流橋，其負責把取電線圈輸出的交流電壓變成直流電壓。所 述第一電容E1為耐壓68V容量為1000uF的電解電容，主要用來減少整流橋輸出電壓的紋 波。所述第二濾波電容C2為0. luF的高頻退耦電容，主要濾出電源上面的高頻尖峰。
如圖3所示，所述的DC/DC模塊9包括DC/DC芯片U2，第一、四、五、七、八、九、二 電容C1、C4、C5、C7、C8、C9、E2，第四、五、六、七、八電阻R4、R5、R6、R7、R8以及第五、六二極 管D5、 D6，其中，所述DC/DC芯片U2第3、4腳位接V0UT端，其第8腳位經(jīng)所述第四電阻R4 接地，其第9腳位經(jīng)所述第四電容C4接地，其第11腳位經(jīng)所述第五電容C5接地，其第一腳 位經(jīng)所述第一電容Cl接地，其第17、 18、 19腳位短接后經(jīng)所述第六電容C6接至其第20腳 位且同時接第五二極管D5的負極，其第15、16腳位短接后接至所述第五二極管D5的正極， 其第12腳接+6VD ;所述第五電阻R5和所述第八電容C8串聯(lián)后分別接到所述DC/DC芯片 U2的第6腳位和第7腳位；所述第七電阻R7跨接+6VD和所述DC/DC芯片U2的第12腳位 之間；所述第八電阻R8跨接在所述DC/DC芯片U2的第12腳位和接地端之間；所述第七電 容C7 —端接所述DC/DC芯片U2的第17腳而另一端接所述第六電阻R6，所述第六電阻R6 的另一端接地；第一電感Ll 一端接DC/DC芯片U2的第17腳；所述第二電容E2的正極接 +6乂0而負極接地；所述第九電容C9與所述第二電容E2并聯(lián)。其工作原理為成熟技術(shù)，不 做贅述。 如圖2所示，所述的電壓電流檢測電路10包括原邊電流測量電路，DC/DC輸入電流 測量電路和DC/DC輸入電壓測量電路，其中所述原邊電流測量電路包括羅氏電流互感器 U4以及由第一運算放大器U5A、第十六電阻R16和第十三電容C13構(gòu)成的積分電路，所述高 壓輸電線路3從所述羅氏電流互感器U4的中心穿過，所述羅氏電流互感器U4的副邊輸出 分別接所述第一運算放大器U5A的第2腳位和第3腳位，所述第十三電容C13與第十六電 阻R16并聯(lián)后跨接至所述第一運算放大器U5A的第1腳位和第2腳位之間，所述第一運算 放大器U5A的第8腳位接+5V而第4腳位接地。所述的積分電路把羅氏電流互感器U4的 副邊輸出調(diào)理成和輸電線路負載電流成比例的且幅值在一定范圍內(nèi)的電壓信號，供測量單 片機U7自帶AD轉(zhuǎn)換器采樣。 所述DC/DC輸入電流測量電路包括霍爾電流互感器U6以及由第二運算放大器 U5B、第十七電阻R17和第十四電容C14構(gòu)成的積分式低頻電流傳感器測量電路，所述過壓 保護及切換繼電器模塊7的繼電器U8和所述整流濾波模塊8的整流橋Ul之間的連線從所 述霍爾電流互感器U6中心穿過，所述霍爾電流互感器U6副邊輸出分別接所述第二運算放 大器U5B的第5腳位和第6腳位，所述第十四電容C14和第十七電阻R17并聯(lián)后跨接至所 述第二運算放大器U5B的第6腳位和第7腳位之間。所述的積分式低頻電流傳感器測量電 路把取能線圈副邊輸出電流值轉(zhuǎn)換成幅值電壓信號，供測量單片機U7自帶AD轉(zhuǎn)換器采樣。
所述DC/DC輸入電壓測量電路包括第二電阻R2、第三電阻R3以及第三電容C3，所 述第二電阻R2跨接于V0UT端和VoltDet端之間，所述第三電阻R3和第三電容C3并聯(lián)后
9跨接于VoltDet端和接地端之間。所述的第二電阻R2、第三電阻R3以及第三電容C3構(gòu)成 分壓器把取能線圈副邊的電壓信號分壓成可供單片機自帶AD轉(zhuǎn)換器采集的電壓。
如圖4所示，所述的電源管理模塊11包括充電控制電路、輸出功率控制電路，其 中 所述的充電控制電路包括第九、十電阻R9、 R10、第二接口 J2、場效應管Ql和三極 管Q2 ;所述的場效應管Ql的第2腳位接+5乂6、第1腳位接所述充電控制電路的三極管Q2 的集電極，第3腳位接所述第二接口 J2的第3、4腳位；所述第十電阻R10跨接在+5V6和所 述的三極管Q2的集電極之間；所述第九電阻R9 —端接C即—ChgEN而另一端接所述三極管 Q2的基極，所述三極管Q2的發(fā)射極接地；所述第二接口 J2的第1、2腳位短接后接V_Cap+， 第3、4腳短接后接地，外接所述法拉電容12。當所述三極管Q2基極為高電平時三極管Q2 導通，所述三極管Q2的集電極為低電平時所述場效應管Q1導通，充電電路導通，開始充電， 控制信號為P麗波形，通過調(diào)節(jié)每個周期的占空比來改變法拉電容的充電電流；
所述的輸出功率控制電路包括第i^一、十二、十八、十九電阻Rll、 R12、 R18、 R19、 第十電容C10、第一接口 Jl和單片機U7 ;所述第十一電阻Rll —端V_Cap+，另一腳接Cap_ VoltMSR ;所述第十二電阻R12和第十電容CIO并聯(lián)后一端接C即—VoltMSR，另一端接地；所 述單片機U7的第2腳接Cap_ChgEN，第3腳接地、第6腳接電源、第9腳接所述第一接口 Jl 的第3腳位、第10腳接所述第一接口 Jl的第2腳位、第11腳接C即—VoltMSR端、第12腳 接PriCrrtDct端、第13腳接SecCrrtDct端、第14腳接VoltDet端，第23腳接RelayCtrl 端；第一接口 Jl為所述單片機U7程序下載接口，其第一腳位接+3￥、第四腳位接地。
取能線圈在工作狀態(tài)時，所述單片機U7的23腳(RelayCtrl)輸出高電平切換繼 電器U8吸合，單片機U7通過內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器實時測量PriCrrtDct、SecCrrtDct、VoltDet的 值，然后根據(jù)電流互感器、電壓分壓器的比例關(guān)系得到輸電線路負載電流11 ，輸入到DC/DC 模塊9的電流12，輸入到DC/DC模塊9的電壓U2，所述單片機U7計算在11條件下，提供負 載所耗功率時的磁化電流值，進一步計算出所需輸入到DC/DC模塊9的電流I2，然后通過調(diào) 節(jié)充電電路中P麗波形的占空比，改變法拉電容充電電流的大小，進一步改變輸入到DC/DC 模塊9的電流，從而使取電線圈的輸出功率始終等于負載所需功率。此工作方式可有效的 解決取電裝置發(fā)熱問題。當超級電容的電壓達到5.4V時，所述單片機U7的23(RelayCtrl) 腳輸出低電平繼電器釋放，取能線圈副邊短路，工作在輕載狀態(tài)，亦無熱量產(chǎn)生。當所述單 片機U7檢測到超級電容電壓下降至4. 5V時，所述單片機U7的23腳輸出高電平切換繼電 器U8吸合，取能線圈又切換至正常工作狀態(tài)。 如圖4所示，所述的穩(wěn)壓輸出電路13包括穩(wěn)壓芯片U3、第二電感L2、第三、四、 i^一、十二電容E3、 E4、 Cll、 C12、第十四、十五電阻R14、 R15以及第七二極管D7，所述穩(wěn)壓 芯片U3的第5腳位接V_Cap+端、第1腳位經(jīng)所述第十三電阻R13和第十一電容Cll接地、 第3腳位懸空、第6、7腳位接地、第二 2腳位經(jīng)第十五電阻R15接地且經(jīng)第十四電阻R14接 +5乂0(]、第8腳位接所述第七二極管D7的正極，所述第二電感L2跨接在所述穩(wěn)壓芯片U3的 第五、八腳位之間，所述第三電容E3跨接于V_fep+端和接地端之間，所述第七二極管D7負 極接+5乂0(:，所述第四、十二電容E4、 C12跨接于+5VDC端和接地端之間。穩(wěn)壓輸出電路13 把超級電容的輸出電壓經(jīng)變換后穩(wěn)定的輸出在+5V，其為現(xiàn)有技術(shù)不做贅述。
本實施例取電磁芯線圈1從高壓輸電線路3上感應出交流電壓后，經(jīng)整流濾波電路8把交流電壓變成直流電壓提供給DC/DC模塊9，電源管理模塊11實時監(jiān)測高壓輸電線 路3的電流，計算出在當前高壓輸電線路3電流的情況下，輸入到DC/DC模塊9最佳的電壓、 電流值，然后通過改變法拉電容12的充電電流，動態(tài)調(diào)整輸入到DC/DC模塊9最佳的電壓、 電流值，直至其輸出功率等于系統(tǒng)所需功率，這樣取電裝置沒有多余的熱量產(chǎn)生。穩(wěn)壓輸出 模塊13負責把法拉電容12的電壓穩(wěn)定在+5V輸出。當法拉電容12充電完畢后，電源管理 模塊11切斷過壓保護及切換繼電器7中的切換繼電器，此時取電磁芯線圈1副邊短路，工 作在備用狀態(tài)。當法拉電容12的電壓低于閥值電壓時，電源管理模塊11吸合切斷過壓保 護及切換繼電器7中的切換繼電器，此時取電磁芯線圈1工作在供電狀態(tài)。
權(quán)利要求
一種基于功率控制法的高壓輸電線路CT取電裝置，包括取電磁芯(2)、環(huán)繞于所述取電磁芯(2)的取電磁芯線圈(1)、穿設(shè)于所述取電磁芯(2)的高壓輸電線路(3)，用以構(gòu)成電流互感器而獲取感應后的交流電壓和交流電流；整流濾波模塊(8)，用以將所述感應后的交流電壓和交流電流轉(zhuǎn)變成直流電壓和直流電流；穩(wěn)壓輸出模塊(13)，用以輸出穩(wěn)定電壓；其特征在于，還包括過壓保護及切換繼電器模塊(7)，其連接所述取電磁芯線圈(1)和整流濾波模塊(8)，用以避免所述高壓輸電線路(3)發(fā)生短路或產(chǎn)生高感應電流和感應電壓對后級電路的破壞；DC/DC模塊(9)，其與所述整流濾波模塊(8)相連，用以接收所述整流濾波模塊(8)產(chǎn)生的固定直流電壓和直流電流并將其轉(zhuǎn)化為可變的直流電壓和直流電流；以及電源管理模塊(11)，其連接所述DC/DC模塊(9)和穩(wěn)壓輸出模塊(13)，用以實時檢測所述高壓輸電線路(3)的感應電流并動態(tài)調(diào)整輸入到所述DC/DC模塊(9)的電流和電壓使得輸出功率等于系統(tǒng)所需功率。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于功率控制法的高壓輸電線路CT取電裝置，其特征在于與取電磁芯(2)并排設(shè)置的是測量磁芯(5)，高壓輸電線路(3)同時穿設(shè)于電磁芯(2)和測量磁芯(5)，環(huán)繞于所述測量磁芯(5)的測量磁芯線圈(4)以及連接所述測量磁芯線圈(4)與電源管理模塊(11)的取樣電路(6)，用以輔助所述電源管理模塊(11)對所述高壓輸電線路(3)的感應電流的實時檢測。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于功率控制法的高壓輸電線路CT取電裝置，其特征在于在整流濾波模塊(8)和電源管理模塊(11)之間設(shè)置電壓電流檢測模塊(10)，用以計算于所述高壓輸電線路(3)的當前電流下輸入到所述DC/DC模塊(9)的最佳電流和電壓值。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于功率控制法的高壓輸電線路CT取電裝置法，其特征在于在電源管理模塊(11)和穩(wěn)壓輸出模塊(13)之間設(shè)置法拉電容(12)，用以輔助所述電源管理模塊(11)的動態(tài)調(diào)整輸入到所述DC/DC模塊(9)的電流和電壓。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于功率控制法的高壓輸電線路CT取電裝置，其特征在于所述過壓保護及切換繼電器模塊(7)包括第一、二大功率穩(wěn)壓二極管(Dl、 D2)、瞬態(tài)抑制管(D3)、繼電器(U8)及其驅(qū)動，所述繼電器(U8)的驅(qū)動包括一電阻(R23)、一肖特基二極管(D8)以及一三極管(Q4)，其中，所述第一大功率穩(wěn)壓二極管(Dl)的正極接所述繼電器(U8)的第7腳位，其負極接所述第一大功率穩(wěn)壓二極管(D2)的負極；所述第二大功率穩(wěn)壓二極管(D2)的正極接所述繼電器(U8)的第4腳位；所述瞬態(tài)抑制管(D3)的負極接所述整流濾波模塊(8)，其正極接地；所述繼電器(U8)的第3腳位和第8腳位接所述取電磁芯線圈(1)，其第2腳位和第9腳位短接，其第1腳位經(jīng)所述驅(qū)動的電阻(R23)接電源并同時接所述驅(qū)動的肖特基二極管(D8)的負極，其第IO腳位接所述驅(qū)動的三極管(Q4)的集電極并同時接所述肖特基二極管(D8)的正極；所述驅(qū)動的三極管(Q4)的發(fā)射極接地，其基極接所述電源管理模塊(11)。
6. 如權(quán)利要求1、3或者5所述的基于功率控制法的高壓輸電線路CT取電裝置，其特征在于所述整流濾波模塊(8)包括整流橋(Ul)和相互并聯(lián)的第一、二濾波電容(E1、C2)，其中，所述整流橋(Ul)的第2腳位接所述過壓保護及切換繼電器模塊(7)的繼電器(U8)的第7腳位，其第3腳位接所述電壓電流檢測模塊(10);所述第一濾波電容(El)的正極接所述整流橋(Ul)的第1腳位，其負極接地。
7. 如權(quán)利要求1或者3所述的基于功率控制法的高壓輸電線路CT取電裝置，其特征在于所述DC/DC模塊(9)包括DC/DC芯片(U2)，第一、四、五、七、八、九、二電容(C1、C4、C5、C7、C8、C9、E2)，第四、五、六、七、八電阻(R4、R5、R6、R7、R8)以及第五、六二極管(D5、D6)，其中，所述DC/DC芯片(U2)第3、4腳位接V0UT端，其第8腳位經(jīng)所述第四電阻(R4)接地，其第9腳位經(jīng)所述第四電容(C4)接地，其第11腳位經(jīng)所述第五電容(C5)接地，其第一腳位經(jīng)所述第一電容(Cl)接地，其第17、18、19腳位短接后經(jīng)所述第六電容(C6)接至其第20腳位且同時接第五二極管(D5)的負極，其第15、16腳位短接后接至所述第五二極管(D5)的正極，其第12腳接電源；所述第五電阻(R5)和所述第八電容(C8)串聯(lián)后分別接到所述DC/DC芯片(U2)的第6腳位和第7腳位；所述第七電阻(R7)跨接電源和所述DC/DC芯片(U2)的第12腳位之間；所述第八電阻(R8)跨接在所述DC/DC芯片(U2)的第12腳位和接地端之間；所述第七電容(C7) —端接所述DC/DC芯片(U2)的第17腳而另一端接所述第六電阻(R6)，所述第六電阻(R6)的另一端接地；所述第二電容(E2)的正極接電源而負極接地；所述第九電容(C9)與所述第二電容(E2)并聯(lián)。
8. 如權(quán)利要求3或者6所述的基于功率控制法的高壓輸電線路CT取電裝置，其特征在于所述電壓電流檢測模塊(10)包括原邊電流測量電路，DC/DC輸入電流測量電路和DC/DC輸入電壓測量電路，其中所述原邊電流測量電路包括羅氏電流互感器(U4)以及由第一運算放大器(U5A)、第十六電阻(R16)和第十三電容(C13)構(gòu)成的積分電路，所述高壓輸電線路(3)從所述羅氏電流互感器(U4)的中心穿過，所述羅氏電流互感器(U4)的副邊輸出分別接所述第一運算放大器(U5A)的第2腳位和第3腳位，所述第十三電容(C13)與第十六電阻(R16)并聯(lián)后跨接至所述第一運算放大器(U5A)的第l腳位和第2腳位之間，所述第一運算放大器(U5A)的第8腳位接電源而第4腳位接地；所述DC/DC輸入電流測量電路包括霍爾電流互感器(U6)以及由第二運算放大器(U5B)、第十七電阻(R17)和第十四電容(C14)構(gòu)成的積分式低頻電流傳感器測量電路，所述過壓保護及切換繼電器模塊(7)的繼電器(U8)和所述整流濾波模塊(8)的整流橋(Ul)之間的連線從所述霍爾電流互感器(U6)中心穿過，所述霍爾電流互感器(U6)副邊輸出分別接所述第二運算放大器(U5B)的第5腳位和第6腳位，所述第十四電容(C14)和第十七電阻(R17)并聯(lián)后跨接至所述第二運算放大器(U5B)的第6腳位和第7腳位之間；所述DC/DC輸入電壓測量電路包括第二電阻(R2)、第三電阻(R3)以及第三電容(C3)，所述第二電阻(R2)跨接于VOUT端和VoltDet端之間，所述第三電阻(R3)和第三電容(C3)并聯(lián)后跨接于VoltDet端和接地端之間。
9. 如權(quán)利要求1、2、3、4或者5所述的基于功率控制法的高壓輸電線路CT取電裝置，其特征在于所述的電源管理模塊(11)包括充電控制電路和輸出功率控制電路，其中所述的充電控制電路包括第九、十電阻(R9、R10)、第二接口 (J2)、場效應管(Ql)和三極管(Q2);所述的場效應管(Ql)的第2腳位接電源、第1腳位接所述充電控制電路的三極管(Q2)的集電極，第3腳位接所述第二接口 (J2)的第3、4腳位；所述第十電阻(R10)跨接在電源端和所述的三極管(Q2)的集電極之間；所述第九電阻(R9) —端接C即—ChgEN而另一端接所述三極管(Q2)的基極，所述三極管(Q2)的發(fā)射極接地；所述第二接口 (J2)的第·1、2腳位短接后接Vj:即+，第3、4腳短接后接地，外接所述法拉電容(12);所述的輸出功率控制電路包括第十一、十二、十八、十九電阻(R11、R12、R18、R19)、第十電容(C10)、第一接口 (Jl)和單片機(U7);所述第十一電阻(R11) —端V—C即+，另一腳接C即—VoltMSR ;所述第十二電阻(R12)和第十電容(C10)并聯(lián)后一端接C即—VoltMSR，另一端接地；所述單片機(U7)的第2腳接C即—ChgEN，第3腳接地、第6腳接電源、第9腳接所述第一接口 (Jl)的第3腳位、第IO腳接所述第一接口 (Jl)的第2腳位、第11腳接C即—VoltMSR端、第12腳接PriCrrtDct端、第13腳接SecCrrtDct端、第14腳接VoltDet端，第23腳接RelayCtrl端；第一接口 (Jl)為所述單片機(U7)程序下載接口 ，其第一腳位接電源、第四腳位接地。
10.如權(quán)利要求1或者4所述的基于功率控制法的高壓輸電線路CT取電裝置，其特征在于所述的穩(wěn)壓輸出模塊(13)包括穩(wěn)壓芯片(U3)、第二電感(L2)、第三、四、十一、十二電容(E3、E4、C11、C12)、第十四、十五電阻(R14、R15)以及第七二極管(D7)，所述穩(wěn)壓芯片(U3)的第5腳位接V—C即+端、第1腳位經(jīng)所述第十三電阻(R13)和第十一電容(C11)接地、第3腳位懸空、第6、7腳位接地、第二2腳位經(jīng)第十五電阻(R15)接地且經(jīng)第十四電阻(R14)接電源、第8腳位接所述第七二極管(D7)的正極，所述第二電感(L2)跨接在所述穩(wěn)壓芯片(U3)的第五、八腳位之間，所述第三電容(E3)跨接于V—C即+端和接地端之間，所述第七二極管(D7)負極接電源，所述第四、十二電容(E4、C12)跨接于電源端和接地端之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高電壓技術(shù)領(lǐng)域的基于功率控制法的高壓輸電線路CT取電裝置。高壓輸電線路先后從取電磁芯和測量磁芯中間穿過，取電磁芯和測量磁芯外面分別取電磁芯線圈、測量磁芯線圈，取電磁芯線圈與過壓保護及切換繼電器連接，過壓保護及切換繼電器、整流濾波電路、DC/DC模塊、電源管理模塊、穩(wěn)壓輸出電路連接；整流濾波電路與電壓電流檢測電路連接，電壓電流檢測電路連接到電源管理模塊；電源管理模塊與法拉電容連接，法拉電容連接到穩(wěn)壓輸出電路；測量磁芯線圈與取樣電路連接，取樣電路與電源管理模塊連接。本發(fā)明實現(xiàn)在較大的電流范圍內(nèi)輸出穩(wěn)定的功率，并且在輸電線路電流較大時，避免發(fā)生磁芯不飽和現(xiàn)象，也不存在發(fā)熱問題。
文檔編號G01R19/00GK101697430SQ20091030962
公開日2010年4月21日 申請日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
發(fā)明者劉亞東, 曾奕, 李振家, 江秀臣, 盛戈皞 申請人:上海交通大學;