本發(fā)明屬于電力技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)高壓線路測量設(shè)備如線路運(yùn)行監(jiān)測裝置、線路溫度測量設(shè)備、電子式互感器等各類線路監(jiān)測裝置直接測量線路工況，然后通過光纖或者無線把采集到的電壓電流信息傳送至低壓端，避免了使用傳統(tǒng)電磁式互感器的鐵磁諧振，裝置的體積、重量大大減??；此類設(shè)備的電源有激光供電、太陽能加充電電池、電壓、電流互感器取電等方式，供電方式可靠性決定了裝置運(yùn)行的穩(wěn)定與壽命，激光供電激光管壽命有限，取電能力小，設(shè)備造價高，太陽能電池受天氣與安裝位置影響較大，電壓、電流互感器取電易受鐵磁諧振影響，穩(wěn)定性下降。目前較多采用CT取電，即單獨(dú)固定于線路上的CT線圈，依據(jù)限流的大小感應(yīng)電壓給負(fù)荷供電，當(dāng)線路電流大于一定值時才能滿足負(fù)荷要求，線路電流變化范圍大常常超過CT磁芯的飽和磁密，引起磁芯震蕩，噪音大，輸出的尖峰電壓高于負(fù)荷所需電壓的幾十倍，為正常工作在電源中需要添加保護(hù)，常用的保護(hù)有限壓、限流，這兩類保護(hù)采用穩(wěn)壓方式消耗CT線圈的輸出負(fù)荷，在較小電流的情況下較為有效，但在線路電流較大時，發(fā)熱過于嚴(yán)重，需要采用電流應(yīng)力更大的器件，需加散熱器，對裝置的性能影響較大，不能滿足負(fù)荷動態(tài)范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于SPWM退磁的輸電線路取電裝置及取電方法，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)線路電流，實(shí)現(xiàn)線路負(fù)荷與裝置負(fù)荷之間的動態(tài)匹配，解決了過流和過壓對負(fù)載的影響問題，保證了裝置的安全可靠運(yùn)行。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于SPWM退磁的輸電線路取電裝置，包括磁芯線圈、電源模塊、控制器、驅(qū)動器、后備電池和法拉電容電路，電源模塊和驅(qū)動器均連接磁芯線圈，控制器、驅(qū)動器、后備電池和法拉電容電路均連接電源模塊，控制器連接驅(qū)動器；

磁芯線圈包括取能線圈L1和退磁線圈L2；

控制器設(shè)有第一IO口、第二IO口、第三IO口、第四IO口和第一AD接口；

電源模塊包括整流橋D1、二極管D2、電容C1、電容C2、電容C3、電感L3、DC/DC變換器U1、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4和電阻R5，整流橋D1設(shè)有輸入端AC1、輸入端AC2、正輸出端和負(fù)輸出端，取能線圈L1的兩端分別連接所述輸入端AC1和所述輸入端AC2，所述負(fù)輸出端連接地線，所述正輸出端通過二極管D2連接DC/DC變換器U1的2腳，DC/DC變換器U1的2腳還通過并聯(lián)在一起的電容C1和電容C2連接地線，DC/DC變換器U1的6腳通過電容C3連接地線，DC/DC變換器U1的4腳和7腳均連接地線，DC/DC變換器U1的1腳和10腳通過電感L3連接在一起，DC/DC變換器U1的9腳輸出正電源，DC/DC變換器U1的9腳還通過電阻R1連接DC/DC變換器U1的8腳，DC/DC變換器U1的8腳還通過電阻R2連接地線，DC/DC變換器U1的3腳通過電阻R3連接地線，DC/DC變換器U1的3腳還通過電阻R4連接所述第一IO口，DC/DC變換器U1的5腳通過電阻R5連接正電源；

驅(qū)動器包括整流橋D4、電阻R6、電阻R7、電阻RV1、電阻R8、電阻R9、二極管D3、二極管D5和功率管Q1，退磁線圈L2的兩端分別連接整流橋D4的1腳和3腳，整流橋D4的4腳連接地線，整流橋D4的2腳連接所述第一AD接口，整流橋D4的2腳還通過電阻R6連接功率管Q1的漏極，功率管Q1的漏極連接二極管D3的負(fù)極，二極管D3的正極連接地線，功率管Q1的漏極還通過并聯(lián)在一起的電阻R7和電阻RV1連接地線，功率管Q1的源極連接地線，功率管Q1的源極連接二極管D5的正極，二極管D5的負(fù)極連接功率管Q1的柵極，功率管Q1的柵極和源極還通過電阻R9連接在一起，功率管Q1的柵極通過電阻R8連接所述第二IO口，功率管Q1的漏極連接所述第三IO口；

法拉電容電路包括功率管Q2、電阻R11、電阻R10、電阻R12、電容C4、電容C5、法拉電容CF1和二極管D6，法拉電容CF1的負(fù)極連接地線，法拉電容CF1的正極連接二極管D6的正極，二極管D6的負(fù)極連接二極管D2的負(fù)極，法拉電容CF1的正極還通過電容C5連接地線，法拉電容CF1的正極通過電阻R10連接功率管Q2的漏極，功率管Q2的柵極通過電容C4連接地線，功率管Q2的柵極通過電阻R11連接功率管Q2的源極，功率管Q2的源極連接二極管D2的負(fù)極，功率管Q2的柵極通過電阻R12連接所述第四IO口。

所述DC/DC變換器U1的型號為TPS63070；

所述控制器的型號為WX-PW-KZQ-010。

所述取能線圈L1包括第一磁芯和第一線圈，第一線圈纏繞在第一磁芯上，所述退磁線圈L2包括第二磁芯和第二線圈，第二線圈纏繞在第二磁芯上，第一磁芯和第二磁芯均為超微晶材料，第二線圈的圈數(shù)遠(yuǎn)大于第一線圈的圈數(shù)。

與所述的一種基于SPWM退磁的輸電線路取電裝置配套的取電方法，包括如下步驟：

步驟1：控制器進(jìn)行初始化設(shè)置，控制器根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的負(fù)荷參數(shù)，確定初始電流定值數(shù)據(jù)、負(fù)荷定值數(shù)據(jù)和SPWM控制序列數(shù)據(jù)；

步驟2：控制器采集整流橋D4的2腳所輸出的線路電流數(shù)據(jù)，并判斷線路電流是否大于初始電流定值數(shù)據(jù)：否，則執(zhí)行步驟2；是，則執(zhí)行步驟3；

步驟3：控制器通過第一IO口控制啟動DC/DC變換器U1，給負(fù)荷及控制器提供電源：當(dāng)后備電池不連接電源模塊時，DC/DC變換器U1采取冷啟動模式，即直接由取能線圈L1供電；當(dāng)后備電池連接電源模塊時，DC/DC變換器U1由控制器控制啟動；

步驟4：控制器根據(jù)線路電流數(shù)據(jù)生成線路電流的變化曲線，并將變化曲線存儲在控制器內(nèi)部FLASH中；

步驟5：控制器比較取能線圈L1的輸出電能，當(dāng)輸出電能大于負(fù)荷定值時，控制器調(diào)整輸出SPWM脈沖序列數(shù)據(jù)，按SPWM脈沖序列數(shù)據(jù)閉合退磁線圈L2，使取能線圈L1輸出電能與負(fù)荷定值數(shù)據(jù)相等。

本發(fā)明所述的一種基于SPWM退磁的輸電線路取電裝置及取電方法，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)線路電流，實(shí)現(xiàn)線路負(fù)荷與裝置負(fù)荷之間的動態(tài)匹配，解決了過流和過壓對負(fù)載的影響問題，保證了裝置的安全可靠運(yùn)行；本發(fā)明采取主動退磁法，降低了保護(hù)電路的復(fù)雜性，避免使用大功率器件而產(chǎn)生的發(fā)熱及安全可靠問題，提高了產(chǎn)品的壽命，本發(fā)明采取SPWM法周期性退磁，有效避免磁芯因突發(fā)電流而產(chǎn)生的諧振和噪音，本發(fā)明通過調(diào)整SPWM序列，有效平衡了取能線圈與負(fù)載之間的平衡關(guān)系。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理圖框圖；

圖2是本發(fā)明的電源模塊的原理圖；

圖3是本發(fā)明的驅(qū)動器的原理圖；

圖4是本發(fā)明的法拉電容電路的原理圖；

圖5是本發(fā)明的流程圖；

圖中：磁芯線圈1、電源模塊2、控制器3、驅(qū)動器4、后備電池5、法拉電容電路6。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一：

如圖1-4所示的一種基于SPWM退磁的輸電線路取電裝置，其特征在于：包括磁芯線圈1、電源模塊2、控制器3、驅(qū)動器4、后備電池5和法拉電容電路6，電源模塊2和驅(qū)動器4均連接磁芯線圈1，控制器3、驅(qū)動器4、后備電池5和法拉電容電路6均連接電源模塊2，控制器3連接驅(qū)動器4；

磁芯線圈1包括取能線圈L1和退磁線圈L2；

控制器3設(shè)有第一IO口、第二IO口、第三IO口、第四IO口、第一AD接口和第二AD接口；

電源模塊2包括整流橋D1、二極管D2、電容C1、電容C2、電容C3、電感L3、DC/DC變換器U1、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4和電阻R5，整流橋D1設(shè)有輸入端AC1、輸入端AC2、正輸出端和負(fù)輸出端，取能線圈L1的兩端分別連接所述輸入端AC1和所述輸入端AC2，所述負(fù)輸出端連接地線，所述正輸出端通過二極管D2連接DC/DC變換器U1的2腳，DC/DC變換器U1的2腳還通過并聯(lián)在一起的電容C1和電容C2連接地線，DC/DC變換器U1的6腳通過電容C3連接地線，DC/DC變換器U1的4腳和7腳均連接地線，DC/DC變換器U1的1腳和10腳通過電感L3連接在一起，DC/DC變換器U1的9腳輸出正電源，DC/DC變換器U1的9腳還通過電阻R1連接DC/DC變換器U1的8腳，DC/DC變換器U1的8腳還通過電阻R2連接地線，DC/DC變換器U1的3腳通過電阻R3連接地線，DC/DC變換器U1的3腳還通過電阻R4連接所述第一IO口，DC/DC變換器U1的5腳通過電阻R5連接正電源；

驅(qū)動器4包括整流橋D4、電阻R6、電阻R7、電阻RV1、電阻R8、電阻R9、二極管D3、二極管D5和功率管Q1，退磁線圈L2的兩端分別連接整流橋D4的1腳和3腳，整流橋D4的4腳連接地線，整流橋D4的2腳連接所述第一AD接口，整流橋D4的2腳還通過電阻R6連接功率管Q1的漏極，功率管Q1的漏極連接二極管D3的負(fù)極，二極管D3的正極連接地線，功率管Q1的漏極還通過并聯(lián)在一起的電阻R7和電阻RV1連接地線，功率管Q1的源極連接地線，功率管Q1的源極連接二極管D5的正極，二極管D5的負(fù)極連接功率管Q1的柵極，功率管Q1的柵極和源極還通過電阻R9連接在一起，功率管Q1的柵極通過電阻R8連接所述第二IO口，功率管Q1的漏極連接所述第三IO口；

退磁線圈L2的閉合收到控制器的控制，控制器采集線路電流與電源模塊的負(fù)載，發(fā)出SPWM序列給驅(qū)動器,從而控制退磁線圈L2的開啟或關(guān)閉。

法拉電容電路6包括功率管Q2、電阻R11、電阻R10、電阻R12、電容C4、電容C5、法拉電容CF1和二極管D6，法拉電容CF1的負(fù)極連接地線，法拉電容CF1的正極連接二極管D6的正極，二極管D6的負(fù)極連接二極管D2的負(fù)極，法拉電容CF1的正極還通過電容C5連接地線，法拉電容CF1的正極通過電阻R10連接功率管Q2的漏極，功率管Q2的柵極通過電容C4連接地線，功率管Q2的柵極通過電阻R11連接功率管Q2的源極，功率管Q2的源極連接二極管D2的負(fù)極，功率管Q2的柵極通過電阻R12連接所述第四IO口，法拉電容CF1的正極還連接所述第二AD接口。

控制器采集線路電流和電源模塊負(fù)載電流的同時根據(jù)法拉電容CF1的電壓值，輸出PWM序列控制電源模塊給法拉電容CF1充電。

所述DC/DC變換器U1的型號為TPS63070；

所述控制器的型號為WX-PW-KZQ-010。

所述取能線圈L1包括第一磁芯和第一線圈，第一線圈纏繞在第一磁芯上，所述退磁線圈L2包括第二磁芯和第二線圈，第二線圈纏繞在第二磁芯上，第一磁芯和第二磁芯均為超微晶材料，第二線圈的圈數(shù)遠(yuǎn)大于第一線圈的圈數(shù)。

所述后備電池為鋰電池。

實(shí)施例二：

如圖5所示的與實(shí)施一所述的一種基于SPWM退磁的輸電線路取電裝置配套的取電方法，是在實(shí)施一所述的一種基于SPWM退磁的輸電線路取電裝置的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，包括如下步驟：

步驟1：控制器3進(jìn)行初始化設(shè)置，控制器3根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的負(fù)荷參數(shù)，確定初始電流定值數(shù)據(jù)、負(fù)荷定值數(shù)據(jù)和SPWM控制序列數(shù)據(jù)；

步驟2：控制器3采集整流橋D4的2腳所輸出的線路電流數(shù)據(jù)，并判斷線路電流是否大于初始電流定值數(shù)據(jù)：否，則執(zhí)行步驟2；是，則執(zhí)行步驟3；

步驟3：控制器3通過第一IO口控制啟動DC/DC變換器U1，給負(fù)荷及控制器3提供電源：當(dāng)后備電池5不連接電源模塊2時，DC/DC變換器U1采取冷啟動模式，即直接由取能線圈L1供電；當(dāng)后備電池5連接電源模塊2時，DC/DC變換器U1由控制器3控制啟動；

步驟4：控制器3根據(jù)線路電流數(shù)據(jù)生成線路電流的變化曲線，并將變化曲線存儲在控制器3內(nèi)部FLASH中；

步驟5：控制器3比較取能線圈L1的輸出電能，當(dāng)輸出電能大于負(fù)荷定值時，控制器3調(diào)整輸出SPWM脈沖序列數(shù)據(jù)，按SPWM脈沖序列數(shù)據(jù)閉合退磁線圈L2，使取能線圈L1輸出電能與負(fù)荷定值數(shù)據(jù)相等。

本發(fā)明所述的一種基于SPWM退磁的輸電線路取電裝置及取電方法，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)線路電流，實(shí)現(xiàn)線路負(fù)荷與裝置負(fù)荷之間的動態(tài)匹配，解決了過流和過壓對負(fù)載的影響問題，保證了裝置的安全可靠運(yùn)行；本發(fā)明采取主動退磁法，降低了保護(hù)電路的復(fù)雜性，避免使用大功率器件而產(chǎn)生的發(fā)熱及安全可靠問題，提高了產(chǎn)品的壽命，并且利用存儲于儲能裝置的電能主動退磁，可有效消除因線路電流突變而產(chǎn)生于磁芯中的剩磁，避免磁芯過早飽和引發(fā)的取能效率降低。

本發(fā)明采取SPWM法周期性退磁，有效避免磁芯因突發(fā)電流而產(chǎn)生的諧振和噪音，傳統(tǒng)型的保護(hù)電路觸發(fā)條件采用過壓觸發(fā)，磁芯中的電流為矩形波，此變化往往引發(fā)磁芯截面處振蕩，噪音較大，大電流時更為明顯，本發(fā)明采取SPWM序列在一個工頻周期內(nèi)使電流的占空比按正弦變化，有效避免了磁芯的過激諧振，提高了裝置運(yùn)行的安全可靠性。

本發(fā)明通過調(diào)整SPWM序列，有效平衡了取能線圈與負(fù)載之間的平衡關(guān)系，取能線圈的輸出能量始終跟隨負(fù)載大小變化，使該裝置能滿足在最大取能范圍內(nèi)的負(fù)載要求，而非常規(guī)意義上的定值保護(hù)，對于一些負(fù)載變化較大的裝置尤其適用，SPWM序列調(diào)整速度小于1mS，避免線路電流突變產(chǎn)生的電壓尖峰對裝置的沖擊，有效的保護(hù)了用電裝置的安全運(yùn)行。

本發(fā)明磁芯采用超微晶材料經(jīng)環(huán)氧樹脂固封，加強(qiáng)了超微晶材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，有效避免了脆裂的可能性，此外高強(qiáng)度切割工藝保證了斷面結(jié)合的完整，降低結(jié)合處縫隙對磁芯磁導(dǎo)率的影響。

本裝置的控制器、DC/DC變換器均采取超低功耗策略，功耗低于60uA，使最低工作點(diǎn)低于1A，在一般線路上均可使用，降低控制部分對功耗的要求，提高了取能效率。