专利名称：一种高压绝缘的高频感应传能供电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高压绝缘的高频感应传能供电装置，用于需要高压绝缘供电的有源光电电流电互感器和各类高压在线检测监控设备中，实现以高压绝缘的方式传能供电。
背景技术：
电流互感器在电力系统中起着十分重要的作用，是电力系统中的一个核心设备。 高压绝缘能力强的光电电流互感器已经是智能电网发展的迫切需要。光纤电流互感器OCT 因抗电磁干扰性能好、测量精度高、动态范围大、频率响应范围宽、体积小重量轻、价格便宜、与数字设备的接口方便等优点，具有广泛的应用前景，已逐渐成为高压电流互感器的发展潮流。光纤电流互感器主要有纯光学电流互感器(无源光电互感器)和光电混合式电流互感器(有源光电互感器)两种形式，纯光学电流互感器由于受环境温度和震动等因素的影响，其性能的稳定性是困扰其实用化的主要困难；光电混合式电流互感器利克服了纯光学电流互感器的稳定性差的难题，良好的稳定性使其得到了快速发展，目前已经进入了实用化阶段。但光电混合式电流互感器(有源光电互感器)高压侧的测量、数据处理和光电信息传输系统等需要供电电源，供电电源目前主要有“高压侧一次电流电磁感应供电”、“激光供能供电”、“超声波供能供电”和“气动供能供电”等供电方式。“高压侧一次电流电磁感应供电”在一次电流比较小时存在供电能不足，形成无法工作的供电死区，当一次电流很大和短路时又存在供电能量过大，难以泄放和损坏供电电路的难题；激光、超声波供能供电虽然性能稳定，能很好的满足供电的稳定性要求，但供电能量比较小，对测量和光电传输系统的节能和抗干扰要求很高，而且价格太贵，容易老化，长期运行寿命不能满足要求；气动供能供电也存在气体容易泄露和长期运行寿命不能满足要求。光电混合式电流互感器的高压侧供能供电是困扰其实用化的核心技术难题。高压一次设备的在线检测及监控是确保电网安全运行的重要措施，智能电网的发展要求电网具有很强的故障自诊断和自愈恢复能力，这就对电力系统内的各类高压一次设备的运行状态在线检测及监控提出了很高的要求。高压一次设备的在线检测及监控也需要对处在高压一侧的检测、控制、通信等系统供能供电，高压一次设备的在线检测及监控系统的高压侧供能供电也是在线监测及监控系统的核心技术难题。
发明内容
针对有源光电电流互感器和一些高压在线检测及监控设备中高电压一侧的供能供电所存在的技术难题，本发明提供了一种高压绝缘的高频感应传能供电装置，通过高频电磁感应谐振传能实现对有源光电电流互感器或高压在线检测及监控设备中的高压侧的各种用电模块供能供电，满足有源光电电流互感器或高压在线检测及监控设备中的高压侧的各种用电模块(包括测量、数据处理和光电信息传输等)所需的稳定连续长寿命的供电要求。为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的
一种高压绝缘的高频感应传能供电装置，其特征在于，包括多个沿中心轴线方向放置的电磁感应线圈L，其中最下方低压一侧的电磁感应线圈L两端连接一个高频驱动电源的输出端；最上方高压一侧的电磁感应线圈L两端连接一个AC/DC电源变换器的输入端， 其余的电磁感应线圈L两端均连接有电容器C ;所述高频驱动电源产生的特定频率的高频交流电能通过所述多个电磁感应线圈L及电容器C的高频电磁感应谐振从最下方低压一侧传输到最上方高压一侧；再由AC/DC电源变换器转换为直流电能向高压侧的在线检测和监控设备的用电单元，或者有源光电电流互感器供能供电。上述方案中，所述沿中心轴线方向放置的多个电磁感应线圈L及电容器C设置在绝缘材料构成的骨架上，每个电磁感应线圈L的匝数和形状可以相同，每个电磁感应线圈L 所处的平面之间相互平行，平面之间的距离h可以相等。所述的高频驱动电源包括一个AC-DC变换电路，该AC-DC变换电路输出与一个高频信号发生器、一个锁相环频率跟踪器和一个功率放大器连接，给它们提供直流供电；高频信号发生器产生高频信号输出连接功率放大器，经过功率放大产生高频功率电压；功率放大器的输出连接最下方低压侧的电磁感应线圈L两端；锁相环频率跟踪器采集功率放大器的输出电压和电流，动态的判断和跟踪电磁感应线圈L和电容器C的电磁感应的谐振频率， 并调控信号发生器的输出频率，实现频率动态跟踪和匹配。所述的AC/DC电源变换器包括一个与最上方高压侧的电磁感应线圈L两端连接的高频整流滤波电路，该高频整流滤波电路把高频交流电能转换成直流电能，通过一个DC-DC 变换器输出稳定的直流供电电源，向高压侧的在线检测和监控设备的用电单元，或者有源光电电流互感器供能供电。本发明能实现从低电压一侧依绝缘的方式向有源光电电流互感器或高压在线检测及监控设备中的处在高压另一侧的各种用电模块(测量、数据处理和光电信息传输等) 供能供电。利用电磁感应谐振把特定频率的高频交流电能从低压一侧传送到高压另一侧， 在高压另一侧把高频交流电能又转换成直流电能。这样一来供电系统的低电压一侧和高电压另一侧之间是完全工频电气隔离的。这种供电系统的交直流高压绝缘能力强，传输的供电能量大，性能稳定，不受环境因素影响和限制，不容易老化和退化，使用寿命长，而且对各种测量控制和数据处理系统等产生的电磁干扰影响小。能满足电力系统对有源光电电流互感器和高压在线检测监控设备的长期连续工作的可靠性、稳定性要求。与现有技术相比，本发明具有以下优点I)高压绝缘的高频感应传能供电装置的高压供电系统不受一次电流大小的限制， 无“供电死区”，也不怕短路大电流的冲击，供电能量十分稳定。2)高压绝缘的高频感应传能供电装置的高压供电系统能提供比较大的供电能量， 对有源光电电流互感器和高压在线检测监控设备的光电测量控制系统和光电传输系统的节能要求低，能提高抗干扰能力。3)环境适应能力强，高压绝缘的高频感应传能供电装置的性能十分稳定，不容易老化，使用寿命长，价格低廉，能满足电力系统对安全可靠性和长期使用寿命的要求。
图I为本发明高压绝缘的高频感应传能供电装置结构示意图。其中a图为装置的剖视图山图为a图中的线圈L的俯视图。图2为图I中的高频驱动电源I的功能结构框图。图3为图I中的高压侧的AC/DC电源变换器2的功能结构框图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。参考图1，一种高压绝缘的高频感应传能供电装置，包括一个高频驱动电源I、一个AC/DC电源变换器2和多个沿中心轴线方向放置的电磁感应线圈L及电容器C。最下方低压一侧的电磁感应线圈L两端连接高频驱动电源I的输出，最上方高压一侧的电磁感应线圈L两端连接AC/DC电源变换器2的输入，其余的电磁感应线圈L两端均连接有电容器 C ;高频驱动电源I产生的特定频率的高频交流电能通过这些电磁感应线圈L及电容器C的高频电磁感应谐振从最下方低压一侧传输到最上方高压一侧；再由AC/DC电源变换器2转换为直流电能向测控等的用电单元3，或者有源光电电流互感器供能供电，测控等的用电单元3是指高压在线检测和监控设备中处在高压一侧的各种用电模块(测量、数据处理和光电信息传输等)。电磁感应线圈L及连接在这些电磁感应线圈L两端的电容器C可以设置在高压绝缘材料制成的骨架(图中未画出)上，该骨架可以是硅橡胶、尼龙、聚氨酯等高聚物绝缘材料；也可以是玻璃、陶瓷。沿中心轴线方向放置的多个电磁感应线圈L及电容器C可以设置在绝缘材料构成的骨架上，该骨架可以是硅橡胶、尼龙、聚氨酯等高聚物绝缘材料；也可以是玻璃、陶瓷。每个电磁感应线圈L的匝数和形状可以相同，每个电磁感应线圈L所处的平面之间相互平行，平面之间的距离h可以相等。电磁感应线圈L和连接在其两端的电容器 C对高频驱动电源I的输出频率产生电磁感应谐振，电感线圈的感抗、电容器的容抗和高频驱动电源I的输出频率及阻抗要满足频率谐振要求和阻抗匹配要求。通过这些电磁感应线圈L及电容C的高频电磁感应谐振能把高频驱动电源I发出的特定频率的高频交流电能从最下方的低压一侧传输到最上方的高压另一侧，并且具有很好的交直流高压绝缘能力。如图2所示，所述的高频驱动电源I包括一个AC-DC变换电路、一个高频信号发生器、一个锁相环频率跟踪器、一个功率放大器。AC-DC变换电路把50HZ交流电能转换成直流电能，AC-DC变换电路输出连接高频信号发生器、锁相环频率跟踪器和功率放大器的直流偏置电路，为它们提供直流偏置电压；高频信号发生器产生1MHZ-10MHZ频率范围的高频信号，输出连接功率放大器，进行功率放大产生高频功率电压；功率放大器的输出连接最下方低压一侧的电磁感应线圈L两端，驱动感应线圈L和电容器C产生高频电磁感应谐振，信号发生器的输出频率和电磁感应的谐振频率相同，锁相环频率跟踪器采集功率放大器的输出电压和电流，根据电压和电流的相位判断，动态的判断和跟踪高频电磁感应线圈L和电容 C的电磁感应的谐振频率变化，并调控高频信号发生器的输出频率，实现频率动态跟踪和匹配。如图3所示，所述的AC/DC电源变换器2包括一个与最上方高电压侧的电磁感应线圈L两端连接的高频整流滤波电路和一个DC-DC变换器；高频整流滤波电路把从最上方高电压侧的电磁感应线圈L两端获得的高频交流电能转换成直流电能，再通过一个DC-DC 变换器输出稳定的直流供电电源(0-12V)，向测控等的用电单元3，或者有源光电电流互感器供能供电。
权利要求
1.一种高压绝缘的高频感应传能供电装置，其特征在于，包括多个沿中心轴线方向放置的电磁感应线圈L，其中最下方低压一侧的电磁感应线圈L两端连接一个高频驱动电源的输出端；最上方高压一侧的电磁感应线圈L两端连接一个AC/DC电源变换器的输入端,其余的电磁感应线圈L两端均连接有电容器C ;所述高频驱动电源产生的特定频率的高频交流电能通过所述多个电磁感应线圈L及电容器C的高频电磁感应谐振从最下方低压一侧传输到最上方高压一侧；再由AC/DC电源变换器转换为直流电能向高压侧的在线检测和监控设备的用电单元或者有源光电电流互感器供能供电。
2.如权利要求I所述的一种高压绝缘的高频感应传能供电装置，其特征在于，所述的沿中心轴线方向放置的多个电磁感应线圈L及电容器C设置在绝缘材料构成的骨架上，每个电磁感应线圈L的匝数和形状相同，每个电磁感应线圈L所处的平面之间相互平行，平面之间的距离h相等。
3.如权利要求I所述的一种高压绝缘的高频感应传能供电装置，其特征在于，所述的高频驱动电源包括一个AC-DC变换电路，该AC-DC变换电路输出与一个高频信号发生器、一个锁相环频率跟踪器和一个功率放大器连接，高频信号发生器产生高频信号输出连接功率放大器，经过功率放大产生高频功率电压；功率放大器的输出连接最下方低压侧的电磁感应线圈L两端；锁相环频率跟踪器采集功率放大器的输出电压和电流，动态的判断和跟踪电磁感应线圈L和电容器C的电磁感应的谐振频率，并调控高频信号发生器的输出频率，实现频率动态跟踪和匹配。
4.如权利要求I所述的一种高压绝缘的高频感应传能供电装置，其特征在于，所述的 AC/DC电源变换器包括一个与最上方高压侧的电磁感应线圈L两端连接的高频整流滤波电路，该高频整流滤波电路把高频交流电能转换成直流电能，通过一个DC-DC变换器输出稳定的直流供电电源，向高压侧的在线检测和监控设备的用电单元，或者有源光电电流互感器供能供电。
全文摘要
本发明公开了一种高压绝缘的高频感应传能供电装置，其特征在于，包括多个沿中心轴线方向放置的电磁感应线圈L，其中最下方低压一侧的电磁感应线圈L两端连接一个高频驱动电源的输出端；最上方高压一侧的电磁感应线圈L两端连接一个AC/DC电源变换器的输入端，其余的电磁感应线圈L两端均连接有电容器C；所述高频驱动电源产生的特定频率的高频交流电能通过所述多个电磁感应线圈L及电容器C的高频电磁感应谐振从低压一侧传输到高压一侧；再由AC/DC电源变换器转换为直流电能向在线检测和监控设备中处高压侧的用电单元，或者有源光电电流互感器供能供电。本发明具有供电能量大，价格低廉，使用寿命长，高压绝缘能力强，性能稳定等优点。
文档编号H02J17/00GK102593960SQ20121004095
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者何文林, 何月, 刘晓晖 申请人:西安交通大学