一种电流互感器宽范围智能取电方法
【专利摘要】一种电流互感器宽范围智能取电方法，它包括以下步骤：采用多个相同电流互感器分别对母线电流进行采集，每个电流互感器的副边电流大小相同、方向相同，即从母线上取到了个相互独立的电流；将采集到的个相互独立的电流汇聚到纳米晶汇集铁芯的原边绕组上，由纳米晶汇集铁芯的副边绕组感出一个交流电流，得到的交流电流通过整流电路变换为直流，而后利用串联升压电阻，将电压升高，最后采用涓流充电的方式对超大电容进行充电，完成智能取电。本发明具有如下优点：不受地域、天候、时间的限制，能时时提取母线上的电量；对电网正常运行不会产生影响；使用方便，维护成本低；智能取电范围广，能够提取到变压器空载时母线电流。
【专利说明】一种电流互感器宽范围智能取电方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电流互感器技术，尤其涉及配网自动化终端的一种小电流取电的方法。
【背景技术】
[0002]在电力系统中，有许多在线监测设备都必须使用长期、稳定、可行的电源进行供电。目前配网自动化终端电源多是采用相邻配电站低压供电、电压互感器PT取电、太阳能取电和传统的电流互感器CT取电等方式。这几种供电方式存在着如下的不足:相邻配电站低压供电缺点在于附近没有配电站时无法采用，配电站计划停电或出现故障会造成监测设备供电终止；电压互感器PT取电的配网自动化终端电源体积大、制造成本高、安装不方便，在环网柜或其它体积较小的空间内安装难以实现，而户外安装的PT易受外力损坏，使运行安全性受到影响；太阳能取电方式是利用光伏发电，受环境和气候影响较大，夜间无法供电，成本较高，容易损坏；传统电流互感器CT供电的难点在于如何在较小的一次电流下得到足够的功率，同时在一次电流很大时，防止供电电源的过电压及过热。因此，需要研发体积小、成本低、供电稳定、能够适应宽范围取电的电流互感器，从而满足配网自动化终端设备电源的要求。
【发明内容】
[0003]本发明所提供的一种电流互感器宽范围智能取电方法，它能够实现母线电流从300mA至1A的时时采集，为配网自动化终端设备提供周期性电源，具有成本低、寿命长、供电稳定、取电范围广等特点，是解决现行配网自动化终端设备电源的理想方法。
[0004]本发明的目的是通过以下的技术方案实现的，它包括以下步骤:
(1)、电流采集
采用多个相同电流互感器分别对母线电流进行采集，每个电流互感器的原边绕组匝数%及副边绕组匝数i^21均为一,实现每个电流互感器采集到的电流最大,根据磁势平衡方程，
嘱 A=W1
得出单个电流互感器的副边电流I21,
J -1 -J ~ 10 jI
上式中为电网母线电流，121为单个电流互感器的副边电流J13为单个电流互感器的励磁电流，A为单个电流互感器的原边绕组匝数，*￥21为单个电流互感器的副边绕组匝数，
每个电流互感器的副边电流大小相同、方向相同，即从母线上取到了■个相互独立的电流；
(2)、电流汇集将步骤(I)采集到的.个相互独立的电流汇聚到一个纳米晶汇集铁芯的原边绕组上，由纳米晶汇集铁芯的副边绕组感出一个交流电流Jr3;
(3)、电能蓄存
将步骤(2)中得到的交流电流通过整流电路变换为直流，而后利用串联升压电阻，将电压升高，最后采用涓流充电的方式对超大电容进行充电，完成智能取电。
[0005]通过上述方法得到的电能经过蓄存后可向配网自动化终端设备提供周期性电源，整个蓄能过程采取“以时间换能量”的思路，时时以涓流充电的方式，将电能蓄存在电容中，达到电容的额定容量，以满足为配网自动化终端设备提供周期性电源的目的，由于单个电流互感器采集到的电能较小，无法满足需要，因此以增加电流互感器的数量来确保能够从母线上取到足够的电能。
[0006]将本发明的方法应用到配网自动化终端设备供电电源中，在技术上取得了突破性的进步，克服了传统互感器的供电“死区”，采用了“以时间换能量”的思路，利用多个取能电流感器、一个汇集铁芯的电流互感器结构，时时采集母线上的电能，以涓流充电的方式为蓄能设备充电，达到能够为用电设备提供周期性工作的电源。
[0007]电网中母线电流可以在任一时刻看着是恒流源，对■个相同的电流互感器而言，其原边电流具有大小相同、方向相同的特性，同时采用了相同的纳米晶铁芯、相同的匝比、相同的负载，则每个电流互感器的副边电流也应具有大小相同、方向相同的特点，即从母线上取到了.个相互独立的电流。
[0008]电流汇集中的纳米晶汇集铁芯实质是采用乃个原边绕组及一个副边绕组的电流互感器，
一个原边电流将产生一个主磁通，■个原边电流将产生■个主磁通，由于■个独立电流具有相同的性质，则■个主磁通相互叠加，在副边感应出一个电流，实现对电流的汇集目的。对于汇聚铁芯而言，根据磁势平衡方程可知。
[0009]nItlM2l + ZjiV3 = I^M21
要实现纳米晶汇集铁芯输出电流最大,就必须使JV3最小，因此2￥3取1，将电流互感器的副边电流131代入上式，整理得:
h ~
由此可知，本发明可以通过增减采集电流互感器的个数调节取能互感器副边电流的大小，以满足工程要求，从而成功实现从母线上提取到足够大的电能。
[0010]本发明具有如下优点:一是不受地域、天候、时间的限制，能时时提取母线上的电量；二是对电网正常运行不会产生影响；三是使用方便，维护成本低；四是智能取电范围广，能够提取到变压器空载时母线电流，本发明是目前配网自动化终端设备供电电源最理想的方式之一。
【具体实施方式】
[0011]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合具体图示，作进一步阐述。
[0012]本发明所述的一种电流互感器宽范围智能取电方法，它包括以下步骤:
(1)、电流采集
采用多个相同电流互感器分别对母线电流进行采集，每个电流互感器的原边绕组匝数IV1及副边绕组匝数IV21均为一，实现每个电流互感器采集到的电流最大，根据磁势平衡方程，
肌Wr1胃
得出单个电流互感器的副边电流121,
*1
上式中1^为电网母线电流，I21为单个电流互感器的副边电流,f I1为单个电流互感器的励磁电流，^^为单个电流互感器的原边绕组匝数，*￥21为单个电流互感器的副边绕组匝数，
每个电流互感器的副边电流大小相同、方向相同，即从母线上取到了■个相互独立的电流；
(2)、电流汇集
将步骤(I)采集到的?个相互独立的电流汇聚到一个纳米晶汇集铁芯的原边绕组上，由纳米晶汇集铁芯的副边绕组感出一个交流电流I3;
(3)、电能蓄存
将步骤(2)中得到的交流电流J3通过整流电路变换为直流，而后利用串联升压电阻，将电压升高，最后采用涓流充电的方式对超大电容进行充电，完成智能取电。
[0013]通过上述方法得到的电能经过蓄存后可向配网自动化终端设备提供周期性电源，整个蓄能过程采取“以时间换能量”的思路，时时以涓流充电的方式，将电能蓄存在电容中，达到电容的额定容量，由于单个电流互感器采集到的电能较小，无法满足需要，因此以增加电流互感器的数量来确保能够从母线上取到足够的电能。
[0014]将本发明的方法应用到配网自动化终端设备供电电源中，在技术上取得了突破性的进步，克服了传统互感器的供电“死区”，采用了“以时间换能量”的思路，利用多个取能电流感器、一个汇集铁芯的电流互感器结构，时时采集母线上的电能，以涓流充电的方式为蓄能设备充电，达到能够为用电设备提供周期性工作的电源，当在一个周期T内充电提前结束，互感器继续提取到的电能则通过旁路保护电阻消耗。
[0015]电网中母线电流可以在任一时刻看着是恒流源，对■个相同的电流互感器而言，其原边电流具有大小相同、方向相同的特性，同时采用了相同的纳米晶铁芯、相同的匝比、相同的负载，则每个电流互感器的副边电流也应具有大小相同、方向相同的特点，即从母线上取到了.个相互独立的电流。
[0016]电流汇集中的纳米晶汇集铁芯实质是采用■个原边绕组及一个副边绕组的电流互感器，
一个原边电流将产生一个主磁通，■个原边电流将产生■个主磁通，由于■个独立电流具有相同的性质，则■个主磁通相互叠加，在副边感应出一个电流，实现对电流的汇集目的。对于汇聚铁芯而言，根据磁势平衡方程可知。
[0017]ni2lN2l + I1N1 = I^M21
要实现纳米晶汇集铁芯输出电流最大，就必须使IV3最小，因此I3取1，将电流互感器的副边电流121代入上式，整理得:
4 = n (4 ~ ,￠+4)
上式中％为电流互感器的数量，为电网母线电流，I21为单个电流互感器的副边电流，I3为电流互感器的副边电流，&为单个电流互感器的励磁电流，/0为纳米晶汇集铁芯的励磁电流,IV1单个电流互感器的原边绕组数量，H21为单个电流互感器的副边绕组数量或纳米晶汇集铁芯的一个原边绕组数量,IV3为电流互感器的副边绕组数量。
由此可知，本发明可以通过增减采集电流互感器的个数调节取能互感器副边电流的大小，以满足工程要求，从而成功实现从母线上提取到足够大的电能。
[0018]根据本方法可以得出一种智能取电装置，图1是本发明的具体实施一种结构框图，它包括电流采集单元3、电流汇集单元4及电能蓄存单元5 ；
其中，电流采集单元由多个相同结构的纳米晶铁芯2构成，各个纳米晶铁芯2上的原边绕组及副边绕组相同且绕组匝数均为一匝；
电流汇集单元4由一个电流互感器构成，电流互感器的原边绕组数量与电流采集单元中的多个纳米晶铁芯副边绕组数量相同，电流互感器的副边绕组匝数为一匝；
电能蓄存单元5包括整流电路、升压电阻及蓄能电容，整流电路的输出端与升压电阻连接，升压电阻与电容连接；
上述电流采集单元中的各个纳米晶铁芯的原边绕组分别连接在母线I上，各个纳米晶铁芯的副边绕组分别与电流汇集单元中电流互感器的原边绕组连接，电流互感器的副边绕组与电能蓄存单元中整流电路的输入端连接。
【权利要求】
1.一种电流互感器宽范围智能取电方法，其特征在于，它包括以下步骤: (I )、电流采集 采用多个相同电流互感器分别对母线电流进行采集，每个电流互感器的原边绕组匝数iVj及副边绕组匝数JV21均为一，实现每个电流互感器采集到的电流最大，根据磁势平衡方程， 得出单个电流互感器的副边电流I21, 1-1-1 *21 I *1 上式中Ii为电网母线电流，121为单个电流互感器的副边电流,? ?为单个电流互感器的励磁电流,I1为单个电流互感器的原边绕组匝数，*^31为单个电流互感器的副边绕组匝数， 每个电流互感器的副边电流大小相同、方向相同，即从母线上取到了■个相互独立的电流； (2)、电流汇集 将步骤(I)采集到的.个相互独立的电流汇聚到一个纳米晶汇集铁芯的原边绕组上，由纳米晶汇集铁芯的副边绕组感出一个交流电流13; (3)、电能蓄存 将步骤(2)中得到的交流电流I3通过整流电路变换为直流，而后利用串联升压电阻，将电压升高，最后采用涓流充电的方式对超大电容进行充电，完成智能取电。
【文档编号】H01F38/32GK104200978SQ201410447898
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】陈洪波, 付克勤, 罗建, 杨森 申请人:国家电网公司, 国网重庆市电力公司璧山供电分公司