[发明专利]基于去磁电感滤波磁路的高压直流输电线感应取能装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于去磁电感滤波磁路的高压直流输电线感应取能装置及方法。通过在CT铁芯的第二磁路分支上绕制去磁线圈及并联去磁电感，以及在第三磁路分支上绕制取能线圈及并联负载和等效助磁电容，实现了脉动磁通分量在第三磁路分支中的分流。进一步通过在第三磁路分支上增加抑制直流磁通单元（开气隙），实现了直流磁通分量在第二磁路分支中的分流。根据感应取能装置的总体结构，建立等效磁路模型，进而建立第三磁路分支中脉动磁通以及直流磁通的数学模型，通过改进感应取能CT的铁芯构造，增加了去磁线圈、去磁电感和等效助磁电容，在获取相同能量的情况下，获取了所需的能量，同时减小工程实现的代价。

技术领域

本发明涉及应用于高压直流输电线路在线监测系统的供电技术领域，具体为利用高压直流输电线路电流脉动变化纹波产生的变化磁场，通过电磁感应技术获取能量，实现对高压直流输电线路在线监测装置提供可靠电能供给的装置及方法。

背景技术

随着智能电网的快速发展，电力系统输电线路电压等级和输送容量都在不断提高，对输电线路运行的状态进行在线监测越来越为人们所重视。在高电压、强电磁环境中，稳定可靠的电源供给是在线监测装置长期稳定运行的前提和基础。

近年来，中外学者对输电线路在线监测装置供电问题进行了大量卓有成效的研究。输电线路在线监测系统常见的供电方法主要有蓄电池供电，风能、太阳能或蓄电池组合供电、激光供电、电场、感应取电供电等。现有的供电方法中，采用电池供电不适合对供电功率要求较高的场合，且更换频繁，难以保证在线监测设备长期运行；太阳能、蓄电池供电不适合在阳光不足的地区使用，且灰尘不易清洗，降低了取能效率；激光供电需要在地面有低压电源产生激光，要求条件苛刻，且运行成本相对较高；电场供电对地绝缘问题难于解决，且由于供电功率较低，难以保证大多数在线监测装置的可靠运行。感应取电更多适合于交流输电线路，目前尚未应用于直流输电线路。文献《高压架空输电线路在线取能方法研究》(谢彦斌,学位论文,重庆大学,2017,22～22.)认为：“直流输电线路的电流磁场不是交变场，因而也不能激发出涡旋电场，因此唯一可以用于取能的能量场是静电场”。

事实上，高压直流输电线路流过的电流中包含了很大的直流分量和很小的脉动变化分量(相对于直流分量而言)。这是因为高压直流输电采用了电子开关器件整流，电子开关器件通断频率必然是有限的，因此，该整流方式的工作原理决定了直流电流中必然包含一定的脉动变化纹波分量。在工程实际中，直流输电采用了大容量电感进行滤波后，可以确保该分量保持在工程上可接受的范围，但仍无法完全消除这一脉动变化的纹波分量。正因为脉动变化的纹波分量存在，而且需要获取的能量远小于高压直流输电线路所传输的能量，这就为利用电磁感应原理，采用类似电流互感器从交流输电线路上感应取能提供了可能。显然感应取电方式，不仅供电可靠性高，而且受环境影响小，但该方法目前主要用于交流输电领域，尚未用于高压直流输电线路领域，要应用于高压直流输电至少需要解决以下几方面问题：

1、确保一次侧较小的脉动变化纹波电流形成的变化磁场能量可以传输到二次侧的负载设备。

2、解决高压直流输电线路电流中直流分量引起的磁路饱和问题。

3、在获取相同能量的情况下，尽可能减小铁芯的体积。

发明内容

本发明目的是提供一种基于去磁电感滤波磁路的高压直流输电线感应取能装置及方法。高压直流输电线中传输的电流包含大的直流分量和较小的脉动变化纹波分量，应用于高压直流输电线的该感应取能装置，可实现直流磁通(直流分量产生)和脉动磁通(脉动变化纹波分量产生)在并联磁路中的分流，从而达到提高供电可靠性、防止铁芯饱和提高电能质量的目的。

为达到上述目的，本发明是采用如下技术方案实现的：