专利名称：一种有源电流/电压互感器的非接触供电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电压和电流互感器的供电技术，具体涉及一种基于谐振耦合式的、有源CT的非接触式供电系统。
背景技术：
在电站系统广泛使用的电压和电流互感器，传统上是电磁感应式的，具有类似变压器的结构。随着电力系统传输的电力容量的增加，电压等级越来越高，各种有源电流/电压互感器逐步取代传统互感器。以混合式光纤电流互感器为例，其工作原理是在高电位侧
用Rogowski线圈将母线电流变成电压信号，该电压信号为模拟量，经过A/D转换成数字信号，用电光转换(E/D)电路将此数字信号变为光信号，然后通过光纤送到地电位侧，再由地电位侧的光电转换器件(0/E)和数模转换(D/A)将其转换为电信号。在有源型光电电流互感器的设计中，能量的提供是这种有源互感器的一个关键问题。有源式光纤交流电流/电压互感器常用的高压供电技术通常有3种1)感应供能。该方法利用电磁感应原理，通过电流互感器直接从母线获取电能。由于电流互感器一次侧电流变化很大，从数安培到数千安培变化，因此，对供电可靠性提出了较高要求。此外，这种方法显然不适用于高压直流输电。2)激光供能。低压侧电能首先被转换为激光，通过光纤将光能量传递到高压侧，然后在高压侧通过一种光电转换器重新转换成电能给监测设备供电。激光供能的优点是电源能量供给稳定，摆脱了高压母线电流和电压的影响，但也存在成本高、供电量小的缺点，且由于激光发射器、光电转换器易老化，极易影响供电质量。3)太阳能-蓄电池供能。该方法优点是成本低、易实现，但也存在易受光照、积尘和电池板老化等环境因素的影响，且太阳能电池的转换效率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供了一种完全实现一次和二次系统的电气隔离的有源电流/电压互感器的非接触供电系统。本发明内容可通过如下技术方案实现
一种有源电流/电压互感器的非接触供电系统，其包括由射频功率电源、发射电路、接收电路、直流变换电路、信号处理与转换电路、一次电流/电压互感器和无线信号发射器，其中，射频功率电源与发射电路直接相连，接收电路与直流变换电路直接相连，直流变换电路与信号处理与转换电路和无线信号发射器相连，信号处理与转换电路与一次电流/电压互感器和无线信号发射器相连；所述发射电路置于低压侧，由完全耦合的供能线圈和发射线圈A组成；所述接收电路置于高压侧，由完全耦合的接收线圈B和负载线圈组成；发射线圈A和接收线圈B各自的固有频率与射频功率电源的频率一致，所述发射电路和接收电路之间间无接触；所述的信号处理与转换电路，将一次电流/电压互感器采样的电流/电压信号，进行滤波和A/D转换，再经所述的无线信号发射器进行发射
进一步优化的，所述发射线圈A和接收线圈B是具有相同结构的多匝空间螺旋线圈或平面螺旋线圈。进一步优化的，所述供能线圈直接与射频功率电源相连，为射频功率电源的负载。进一步优化的，所述射频功率电源的输出为MHz级正弦波。进一步优化的，所述的直流变换电路包括整流、滤波和DC-DC变换电路，其中，整流电路将负载线圈上的高频交流电整流滤波，通过DC-DC变换电路变换成设备所需要的电压级别的直流电，给位于高压侧的信号处理与转换电路以及无线信号发射器供电。与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果该系统利用耦合谐振原理，仅通过分别放置于电站地面低压侧和母线高压侧间的两个无接触的谐振线圈实现有源电流/ 电压互感器的无接触式供电。本发明实现了有源电流/电压互感器供电系统的高、低压电路的完全隔离。
图I为实施方式中有源电流/电压互感器的非接触供电系统的结构示意图，其中，实线箭头是电能传递路径，虚线箭头是信号传递路径。
具体实施例方式 以下结合附图对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。如图1，一种有源电流/电压互感器的非接触供电系统，其包括由射频功率电源I、发射电路2、接收电路3、直流变换电路4、信号处理与转换电路5、一次电流/电压互感器6和无线信号发射器7，其中，射频功率电源I与发射电路2直接相连，接收电路3与直流变换电路4直接相连，直流变换电路4与信号处理与转换电路5和无线信号发射器7相连，信号处理与转换电路5与一次电流/电压互感器6和无线信号发射器7相连；所述发射电路置于低压侧，由完全耦合的供能线圈和发射线圈A组成；所述接收电路置于高压侧，由完全耦合的接收线圈B和负载线圈组成；发射线圈A和接收线圈B各自的固有频率与射频功率电源的频率一致，所述发射电路和接收电路之间间无接触；所述的信号处理与转换电路，将一次电流/电压互感器采样的电流/电压信号，进行滤波和A/D转换，再经所述的无线信号发射器进行发射。所述的发射线圈A和接收线圈B是非接触电能传输的主要装置，由具有相同结构的多匝螺旋线圈或平面螺旋线圈，具有高品质因数且谐振线圈固有频率(/=1/LC，其中L为线圈电感，C为线圈分布电容)与射频电源的频率保持一致。所述的直流变换电路，包括整流、滤波、DC-DC变换。其将负载线圈上的高频交流电整流滤波，通过DC-DC变换成设备所需要的电压级别的直流电，给位于高压侧的信号处理与转换电路以及无线信号发射器供电。所述的信号处理与转换电路，将一次电流/电压互感器采样的电流/电压信号，进行滤波和A/D转换。作为实例，发射线圈A和接收B是无接触电能传输的发射和接收线圈，分别置于低压和高压侧，二者是具有相同结构的多匝螺旋线圈，其谐振固有频率与射频电源的频率保持一致；射频功率电源置于低压侧，由电站内很容易得到的常规单相交流电供电，产生MHz级的高频正弦波，供能线圈为射频功率电源的负载；供能线圈和发射线圈A完全耦合，使电源功率最大化地传递给发射线圈A ;通过耦合谐振，能量从发射线圈A无接触地传递到接收线圈B ;接收线圈B与负载线圈完全耦合，使负载线圈获取最大电能；负载线圈获得电能，通过直流变换电路整流滤波后变成直流电，给位于高压侧的信号处理与转换电路以及无线信号发射器供电；有源电流/电压采样母线电流，采样数据经信号处理与转换电路转换成数字信号，经调制后由无线信号发射器发射出 去；远端的控制室接收无线信号，从而获得母线电流/电压的实时数据。
权利要求
1.一种有源电流/电压互感器的非接触供电系统，其特征在于包括由射频功率电源、发射电路、接收电路、直流变换电路、信号处理与转换电路、一次电流/电压互感器和无线信号发射器，其中，射频功率电源与发射电路直接相连，接收电路与直流变换电路直接相连，直流变换电路与信号处理与转换电路和无线信号发射器相连，信号处理与转换电路与一次电流/电压互感器和无线信号发射器相连；所述发射电路置于低压侧，由完全耦合的供能线圈和发射线圈A组成；所述接收电路置于高压侧，由完全耦合的接收线圈B和负载线圈组成；发射线圈A和接收线圈B各自的固有频率与射频功率电源的频率一致，所述发射电路和接收电路之间间无接触；所述的信号处理与转换电路，将一次电流/电压互感器采样的电流/电压信号，进行滤波和A/D转换，再经所述的无线信号发射器进行发射。
2.根据权利要求I所述的一种有源电流/电压互感器的非接触供电系统，其特征在于所述发射线圈A和接收线圈B是具有相同结构的多匝空间螺旋线圈或平面螺旋线圈。
3.根据权利要求I所述的一种有源电流/电压互感器的非接触供电系统，其特征在于所述供能线圈直接与射频功率电源相连，为射频功率电源的负载。
4.根据权利要求I所述的一种有源电流/电压互感器的非接触供电系统，其特征在于所述射频功率电源的输出为MHz级正弦波。
5.根据权利要求I所述的一种有源电流/电压互感器的非接触供电系统，其特征在于所述的直流变换电路包括整流、滤波和DC-DC变换电路，其中，整流电路将负载线圈上的高频交流电整流滤波，通过DC-DC变换电路变换成设备所需要的电压级别的直流电，给位于高压侧的信号处理与转换电路以及无线信号发射器供电。
全文摘要
本发明提供了一种为有源电流/电压互感器提供非接触式供电的电源系统，包括正弦输出射频电源、发射和接收电路、直流变换电路、有源电流/电压互感器和无线信号发射器。其中，发射电路置于低压侧，接收电路置于高压侧，发射线圈A和接收B是具有相同结构的多匝螺旋线圈，其固有频率与射频电源的频率保持一致。工作时，线圈A和B处于谐振状态，电能通过电磁场从发射线圈A传递到接收线圈B，线圈B与负载线圈完全耦合，使负载线圈获得电能，然后通过直流变换电路整流滤波，给位于高压侧的有源电流/电压互感器和其他信号处理和发射装置提供直流电。本发明实现了有源电流/电压互感器供电系统的高、低压电路的完全隔离。
文档编号H02J17/00GK102957220SQ201210497779
公开日2013年3月6日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者王学梅, 罗兵, 张波, 丘东元, 明哲 申请人:南方电网科学研究院有限责任公司, 华南理工大学