一种基于SPWM退磁的输电线路取电装置的制作方法

本实用新型属于电力技术领域。

背景技术：

电力系统高压线路测量设备如线路运行监测装置、线路温度测量设备、电子式互感器等各类线路监测装置直接测量线路工况，然后通过光纤或者无线把采集到的电压电流信息传送至低压端，避免了使用传统电磁式互感器的铁磁谐振，装置的体积、重量大大减小；此类设备的电源有激光供电、太阳能加充电电池、电压、电流互感器取电等方式，供电方式可靠性决定了装置运行的稳定与寿命，激光供电激光管寿命有限，取电能力小，设备造价高，太阳能电池受天气与安装位置影响较大，电压、电流互感器取电易受铁磁谐振影响，稳定性下降。目前较多采用CT取电，即单独固定于线路上的CT线圈，依据限流的大小感应电压给负荷供电，当线路电流大于一定值时才能满足负荷要求，线路电流变化范围大常常超过CT磁芯的饱和磁密，引起磁芯震荡，噪音大，输出的尖峰电压高于负荷所需电压的几十倍，为正常工作在电源中需要添加保护，常用的保护有限压、限流，这两类保护采用稳压方式消耗CT线圈的输出负荷，在较小电流的情况下较为有效，但在线路电流较大时，发热过于严重，需要采用电流应力更大的器件，需加散热器，对装置的性能影响较大，不能满足负荷动态范围。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于SPWM退磁的输电线路取电装置，实现自适应线路电流，实现线路负荷与装置负荷之间的动态匹配，解决了过流和过压对负载的影响问题，保证了装置的安全可靠运行。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于SPWM退磁的输电线路取电装置，包括磁芯线圈、电源模块、控制器、驱动器、后备电池和法拉电容电路，电源模块和驱动器均连接磁芯线圈，控制器、驱动器、后备电池和法拉电容电路均连接电源模块，控制器连接驱动器；

磁芯线圈包括取能线圈L1和退磁线圈L2；

控制器设有第一IO口、第二IO口、第三IO口、第四IO口和第一AD接口；

电源模块包括整流桥D1、二极管D2、电容C1、电容C2、电容C3、电感L3、DC/DC变换器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5，整流桥D1设有输入端AC1、输入端AC2、正输出端和负输出端，取能线圈L1的两端分别连接所述输入端AC1和所述输入端AC2，所述负输出端连接地线，所述正输出端通过二极管D2连接DC/DC变换器U1的2脚，DC/DC变换器U1的2脚还通过并联在一起的电容C1和电容C2连接地线，DC/DC变换器U1的6脚通过电容C3连接地线，DC/DC变换器U1的4脚和7脚均连接地线，DC/DC变换器U1的1脚和10脚通过电感L3连接在一起，DC/DC变换器U1的9脚输出正电源，DC/DC变换器U1的9脚还通过电阻R1连接DC/DC变换器U1的8脚，DC/DC变换器U1的8脚还通过电阻R2连接地线，DC/DC变换器U1的3脚通过电阻R3连接地线，DC/DC变换器U1的3脚还通过电阻R4连接所述第一IO口，DC/DC变换器U1的5脚通过电阻R5连接正电源；

驱动器包括整流桥D4、电阻R6、电阻R7、电阻RV1、电阻R8、电阻R9、二极管D3、二极管D5和功率管Q1，退磁线圈L2的两端分别连接整流桥D4的1脚和3脚，整流桥D4的4脚连接地线，整流桥D4的2脚连接所述第一AD接口，整流桥D4的2脚还通过电阻R6连接功率管Q1的漏极，功率管Q1的漏极连接二极管D3的负极，二极管D3的正极连接地线，功率管Q1的漏极还通过并联在一起的电阻R7和电阻RV1连接地线，功率管Q1的源极连接地线，功率管Q1的源极连接二极管D5的正极，二极管D5的负极连接功率管Q1的栅极，功率管Q1的栅极和源极还通过电阻R9连接在一起，功率管Q1的栅极通过电阻R8连接所述第二IO口，功率管Q1的漏极连接所述第三IO口；

法拉电容电路包括功率管Q2、电阻R11、电阻R10、电阻R12、电容C4、电容C5、法拉电容CF1和二极管D6，法拉电容CF1的负极连接地线，法拉电容CF1的正极连接二极管D6的正极，二极管D6的负极连接二极管D2的负极，法拉电容CF1的正极还通过电容C5连接地线，法拉电容CF1的正极通过电阻R10连接功率管Q2的漏极，功率管Q2的栅极通过电容C4连接地线，功率管Q2的栅极通过电阻R11连接功率管Q2的源极，功率管Q2的源极连接二极管D2的负极，功率管Q2的栅极通过电阻R12连接所述第四IO口。

所述DC/DC变换器U1的型号为TPS63070；

所述控制器的型号为WX-PW-KZQ-010。

所述取能线圈L1包括第一磁芯和第一线圈，第一线圈缠绕在第一磁芯上，所述退磁线圈L2包括第二磁芯和第二线圈，第二线圈缠绕在第二磁芯上，第一磁芯和第二磁芯均为超微晶材料，第二线圈的圈数远大于第一线圈的圈数。

本实用新型所述的一种基于SPWM退磁的输电线路取电装置，实现自适应线路电流，实现线路负荷与装置负荷之间的动态匹配，解决了过流和过压对负载的影响问题，保证了装置的安全可靠运行；本实用新型采取主动退磁法，降低了保护电路的复杂性，避免使用大功率器件而产生的发热及安全可靠问题，提高了产品的寿命，本实用新型采取SPWM法周期性退磁，有效避免磁芯因突发电流而产生的谐振和噪音，本实用新型通过调整SPWM序列，有效平衡了取能线圈与负载之间的平衡关系。

附图说明

图1是本实用新型的原理图框图；

图2是本实用新型的电源模块的原理图；

图3是本实用新型的驱动器的原理图；

图4是本实用新型的法拉电容电路的原理图；

图5是本实用新型的流程图；

图中：磁芯线圈1、电源模块2、控制器3、驱动器4、后备电池5、法拉电容电路6。

具体实施方式

实施例一：

如图1-4所示的一种基于SPWM退磁的输电线路取电装置，其特征在于：包括磁芯线圈1、电源模块2、控制器3、驱动器4、后备电池5和法拉电容电路6，电源模块2和驱动器4均连接磁芯线圈1，控制器3、驱动器4、后备电池5和法拉电容电路6均连接电源模块2，控制器3连接驱动器4；

磁芯线圈1包括取能线圈L1和退磁线圈L2；

控制器3设有第一IO口、第二IO口、第三IO口、第四IO口、第一AD接口和第二AD接口；

电源模块2包括整流桥D1、二极管D2、电容C1、电容C2、电容C3、电感L3、DC/DC变换器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5，整流桥D1设有输入端AC1、输入端AC2、正输出端和负输出端，取能线圈L1的两端分别连接所述输入端AC1和所述输入端AC2，所述负输出端连接地线，所述正输出端通过二极管D2连接DC/DC变换器U1的2脚，DC/DC变换器U1的2脚还通过并联在一起的电容C1和电容C2连接地线，DC/DC变换器U1的6脚通过电容C3连接地线，DC/DC变换器U1的4脚和7脚均连接地线，DC/DC变换器U1的1脚和10脚通过电感L3连接在一起，DC/DC变换器U1的9脚输出正电源，DC/DC变换器U1的9脚还通过电阻R1连接DC/DC变换器U1的8脚，DC/DC变换器U1的8脚还通过电阻R2连接地线，DC/DC变换器U1的3脚通过电阻R3连接地线，DC/DC变换器U1的3脚还通过电阻R4连接所述第一IO口，DC/DC变换器U1的5脚通过电阻R5连接正电源；

驱动器4包括整流桥D4、电阻R6、电阻R7、电阻RV1、电阻R8、电阻R9、二极管D3、二极管D5和功率管Q1，退磁线圈L2的两端分别连接整流桥D4的1脚和3脚，整流桥D4的4脚连接地线，整流桥D4的2脚连接所述第一AD接口，整流桥D4的2脚还通过电阻R6连接功率管Q1的漏极，功率管Q1的漏极连接二极管D3的负极，二极管D3的正极连接地线，功率管Q1的漏极还通过并联在一起的电阻R7和电阻RV1连接地线，功率管Q1的源极连接地线，功率管Q1的源极连接二极管D5的正极，二极管D5的负极连接功率管Q1的栅极，功率管Q1的栅极和源极还通过电阻R9连接在一起，功率管Q1的栅极通过电阻R8连接所述第二IO口，功率管Q1的漏极连接所述第三IO口；

退磁线圈L2的闭合收到控制器的控制，控制器采集线路电流与电源模块的负载，发出SPWM序列给驱动器,从而控制退磁线圈L2的开启或关闭。

法拉电容电路6包括功率管Q2、电阻R11、电阻R10、电阻R12、电容C4、电容C5、法拉电容CF1和二极管D6，法拉电容CF1的负极连接地线，法拉电容CF1的正极连接二极管D6的正极，二极管D6的负极连接二极管D2的负极，法拉电容CF1的正极还通过电容C5连接地线，法拉电容CF1的正极通过电阻R10连接功率管Q2的漏极，功率管Q2的栅极通过电容C4连接地线，功率管Q2的栅极通过电阻R11连接功率管Q2的源极，功率管Q2的源极连接二极管D2的负极，功率管Q2的栅极通过电阻R12连接所述第四IO口，法拉电容CF1的正极还连接所述第二AD接口。

控制器采集线路电流和电源模块负载电流的同时根据法拉电容CF1的电压值，输出PWM序列控制电源模块给法拉电容CF1充电。

所述DC/DC变换器U1的型号为TPS63070；

所述控制器的型号为WX-PW-KZQ-010。

所述取能线圈L1包括第一磁芯和第一线圈，第一线圈缠绕在第一磁芯上，所述退磁线圈L2包括第二磁芯和第二线圈，第二线圈缠绕在第二磁芯上，第一磁芯和第二磁芯均为超微晶材料，第二线圈的圈数远大于第一线圈的圈数。

所述后备电池为锂电池。

实施例二：

如图5所示的与实施一所述的一种基于SPWM退磁的输电线路取电装置配套的取电方法，是在实施一所述的一种基于SPWM退磁的输电线路取电装置的基础上实现的，包括如下步骤：

步骤1：控制器3进行初始化设置，控制器3根据用户预设的负荷参数，确定初始电流定值数据、负荷定值数据和SPWM控制序列数据；

步骤2：控制器3采集整流桥D4的2脚所输出的线路电流数据，并判断线路电流是否大于初始电流定值数据：否，则执行步骤2；是，则执行步骤3；

步骤3：控制器3通过第一IO口控制启动DC/DC变换器U1，给负荷及控制器3提供电源：当后备电池5不连接电源模块2时，DC/DC变换器U1采取冷启动模式，即直接由取能线圈L1供电；当后备电池5连接电源模块2时，DC/DC变换器U1由控制器3控制启动；

步骤4：控制器3根据线路电流数据生成线路电流的变化曲线，并将变化曲线存储在控制器3内部FLASH中；

步骤5：控制器3比较取能线圈L1的输出电能，当输出电能大于负荷定值时，控制器3调整输出SPWM脉冲序列数据，按SPWM脉冲序列数据闭合退磁线圈L2，使取能线圈L1输出电能与负荷定值数据相等。

本实用新型所述的一种基于SPWM退磁的输电线路取电装置，实现自适应线路电流，实现线路负荷与装置负荷之间的动态匹配，解决了过流和过压对负载的影响问题，保证了装置的安全可靠运行；本实用新型采取主动退磁法，降低了保护电路的复杂性，避免使用大功率器件而产生的发热及安全可靠问题，提高了产品的寿命，并且利用存储于储能装置的电能主动退磁，可有效消除因线路电流突变而产生于磁芯中的剩磁，避免磁芯过早饱和引发的取能效率降低。

本实用新型采取SPWM法周期性退磁，有效避免磁芯因突发电流而产生的谐振和噪音，传统型的保护电路触发条件采用过压触发，磁芯中的电流为矩形波，此变化往往引发磁芯截面处振荡，噪音较大，大电流时更为明显，本实用新型采取SPWM序列在一个工频周期内使电流的占空比按正弦变化，有效避免了磁芯的过激谐振，提高了装置运行的安全可靠性。

本实用新型通过调整SPWM序列，有效平衡了取能线圈与负载之间的平衡关系，取能线圈的输出能量始终跟随负载大小变化，使该装置能满足在最大取能范围内的负载要求，而非常规意义上的定值保护，对于一些负载变化较大的装置尤其适用，SPWM序列调整速度小于1mS，避免线路电流突变产生的电压尖峰对装置的冲击，有效的保护了用电装置的安全运行。

本实用新型磁芯采用超微晶材料经环氧树脂固封，加强了超微晶材料的结构强度，有效避免了脆裂的可能性，此外高强度切割工艺保证了断面结合的完整，降低结合处缝隙对磁芯磁导率的影响。

本装置的控制器、DC/DC变换器均采取超低功耗策略，功耗低于60uA，使最低工作点低于1A，在一般线路上均可使用，降低控制部分对功耗的要求，提高了取能效率。