[发明专利]一种应用于电流互感器的利用单相AC/DC整流电路实现电子负载功能的控制方法

说明书

本发明涉及特种电源供能领域，具体为一种应用于电流互感器的利用单相AC/DC整流电路实现电子负载功能的控制方法，采用电压外环，电流内环的双闭环控制。双闭环控制具有结构简单、控制性能优良等特点。采集输出电压与输入电流为被控对象。通过电压外环实现稳压输出，通过电流内环实现参考电流的跟踪。电压外环采用PI控制，通过将电压误差信号送入PI控制器，实现对直流参考电压的无静差跟踪。锁相环通过控制参考电流相位，实现电子负载模拟阻抗性质的目标。电流内环采用准比例谐振控制器，通过将电流误差信号送入准PR控制器，实现对交流参考电流的无静差跟踪。准PR控制器的输出作为PWM发生器的调制波，送入SPWM波发生器，控制VSR电路，实现目标阻抗的模拟。

技术领域

本发明涉及特种电源供能领域，具体为一种应用于电流互感器的利用单相AC/DC整流电路实现电子负载功能的控制方法。

背景技术

高压输电线路是连接各个地区的经脉，其安全稳定运行是建设坚强智能电网的重要一环，建设基于传感网络的智能电网输电线路在线监测系统也是构建泛在电力物联网的重要环节，但高压输电线路通常直接暴露在野外，分布范围广，线路距离长，为确保输电线路稳定运行给输电线路监测设备及传感器提供稳定的能源成了当前需要解决的重要问题。

现有为高压输电线路监测设备供能的方法主要有四种：(1)蓄电池供电。因蓄电池占用体积过大且循环寿命有限需频繁更换，不便于在野外为高压输电线路监控设备供电。(2)太阳能蓄电池组合供能。利用光伏效应将太阳能转换为电能并用蓄电池储存，此类方法成本低，易于实现，但也有明显的缺点，电源不能在无光条件下长时间使用。(3)激光供能。采用激光从地面低电位侧通过光纤将光能传送到高电位侧，再由光电转换器件(光电池)将光能量转换成为电能量，再经过DC-DC变换后，提供稳定的电压输出。随着电子器件尤其是光电池、大功率半导体激光二极管和高效率单片集成DC-DC变换器的广泛应用，这种供电方式在实际使用中越来越可靠。这种方式的突出优点是因为激光二极管里面都有一个光探测器，根据光探测器给出的光电流反馈控制激光器的电流，保证了自动功率控制，从而能使其恒功工作(主要是保证一定变温条件下恒功)，所以输出光源功率比较稳定，通过光电池转换电能得到的电源纹波小，噪声低，而且也不易受到外界杂散光源和电路负载变化的影响。(4)分压电容供能。利用高压输电线路和均压环的对地分布电容获取能量，需隔离电路,增加了电路复杂性，并且受湿度，温度影响输出功率有限。电流互感器(CT)为高压侧设备供能因其能量采集的适应性强、使用寿命长、维护简便而备受关注。为了提供足够的能量，应用了与取电线圈的自感应谐振的串联补偿电容。然而，在这种情况下，容易发生过电压现象，并且在大范围导线电流变化下难以提供稳定的输出功率。

发明内容

本发明针对现有为高压输电线路监控设备及传感器供电电源的功率不足、运行可靠性较差、运行环境要求高等缺点，设计了一种应用于电流互感器的利用单相AC/DC整流电路实现电子负载功能的控制方法，采用感应取电原理使供电电源的供电可靠性提高，受环境影响较低，利用磁耦合谐振原理提高了取电功率，可以满足大部分高压输电线路监控设备和传感器的供电要求。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种应用于电流互感器的利用单相AC/DC整流电路实现电子负载功能的控制方法，单相AC/DC整流电路包括电流互感器、单相整流电路和直流滤波电容，电流互感器的二次侧输出端和单相整流电路的交流侧连接，单相整流电路的直流侧连接直流滤波电容并作为装置的输出端，电流互感器的二次侧输出端连接单相整流电路相当于在二次侧并联等效可调电子负载Z₀，电流互感器二次侧实测功率式中I₁为电流互感器一次侧电流，R_δ为带气隙铁芯磁阻，ω为输电线路角频率，N₂为二次绕组匝数，Z₀为二次侧可调电子负载阻抗，Z₀＝R₀+jX₀。

该控制方法具体包括以下步骤：

(1)检测单相整流电路输出电压U_dc与输入电流I_ac；