[发明专利]一种基于电流互感器的自动匹配谐振取电直流源

说明书

本发明涉及一种基于电流互感器的自动匹配谐振取电直流源，它包括电流互感器（T1）、补偿电容（C1）、H桥电路、滤波电容（C2）、负载（X1）和控制单元。电流互感器（T1）与补偿电容（C1）并联，并与H桥电路输入端相连；H桥电路输出端与滤波电容（C2）、负载（X1）并联；控制单元通过控制H桥电路的MOS管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极，调节输入无功电流和直流输出电压。本发明的技术方案不但大幅提高互感器取电电路在小电流情况下的输出功率、大大减小了取电的电流互感器（T1）的体积、有效降低互感器制造成本，而且通过H桥电路的开关达到自动匹配谐振，在同样电缆电流情况下，进一步提升了直流源的输出功率，并且直流源输出更加稳定，提高了互感器使用寿命。

技术领域

本发明涉及电流互感和电力电子技术领域，具体涉及一种基于电流互感器的自动匹配谐振取电直流源。

背景技术

随着城市化建设和电力工业的快速发展，电网覆盖范围日益扩大，高压电缆已经成为电网的主要组成部分。日益增多的高压架空线缆和高压地下线缆的正常运行是维持电力系统稳定的一个必要条件。对其运行状况进行在线监控成为提高电网可靠性的重要环节。在电缆运行监控系统中，供电电源的设计是其中的一个重点和难点。特别是在地下井道或偏远地区一般不能提供220V交流市电，而采用光伏电池板供电受外部天气的影响太大，因此采用受天气影响小的互感器从高压电缆上直接取电是一种较为稳定可靠的供电方式。

专利号为200910045470.9的中国发明专利公开了一种基于互感器感应取电电源，其结构如图1，电流互感器输出电流经二极管全桥整流滤波后，通过一个稳压器或DC/DC电源输出恒定的电压。电流互感器是特殊的变压器，其电路模型可以用变压器表示，高压电缆线等效于交流电流源，该电路的等效电路如图2。Is为原边电流折算到副边的电流值，即Is＝I0/n，其中，I0为原边电流，n为副边匝数与原边匝数的比值，且原边高压电缆线的匝数为1；Lr为互感器漏感，Lm为互感器激磁电感。根据图2，当电源输出空载时，激磁电感上的压降为2πfLmIs，整流电路输出的直流电压为当整流电路输出电压达到Us时，原边线缆的启动电流为：

这种方式的优点是：整流桥采用不可控的二极管，结构简单，不需要复杂的控制单元的设计。但是这种方式的缺点却更加明显：原边电流互感器的等效激磁电感的电感量一般在几百毫亨，通过电流互感器从原边获得的感应电流，大部分以无功电流的形式从励磁电感上流过。经过整流桥后的直流电压，在接入负载后，在负载上产生的有功功率要远小于激磁电感上的无功功率。表现在电缆电流低的情况下，直流源无法输出足够的有功功率。在副边匝数不变的情况下，传统的互感器取电电路只能通过增加激磁电感的方法，即增大互感器磁芯体积，以减小启动电流，从而实现输出电压Us。这种方式不但存在生产成本增加的问题，而且在电缆电流较大时，电流互感器的磁芯容易饱和，对磁芯的寿命以及直流源的稳定性都有较大的影响。这种无源整流桥的方法还存在一个问题，整流输出的直流电压幅值与电缆电流大小成正相关的关系，因此输出电压易受电缆电流波动的影响，输出功率的稳定性差。