电流感应取电装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及感应取电技术领域，尤其涉及一种电流感应取电装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的不断发展，人们对电能的依赖程度也越来越高。电力行业在国内各行业中的地位至关重要，是国民经济发展的必要基础和良好保证。在集中式电网构架中，输电线路是非常重要的一环，承担着将发电厂发出的电能送往千万用户端的任务。因此，为了保障电力系统的安全运行，我国提出了 “以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网”一智能电网。智能电网要求电力系统能更好的实时监测、管理电网的运行情况，需要在输电线路端加设各种智能监测设备，例如电子式电流互感器，高压开关柜测温仪，电力监测系统等，然而由于输电线路检测设备多被安装于野外与郊区，电源一般很难通过低压端直接供给，传统的电池供电不能为设备长期提供稳定的电源，且维护成本过高。因此，利用现有资源进行就地取电己经变成当下监测设备供电发展趋势。
[0003]现如今就地供能方式大致分为以下几种:
[0004]太阳能电池供电，主要有太阳能电池板，充放电控制电路与蓄电池三部分。当光照充足时，太阳能电池同时向负载供电与向电池充电，在阴天或夜间则直接由蓄电池进行供电，该方式不足之处在于，太阳能供电对于环境的依赖性较大，且所需而配置的蓄电池的维护更换成本过高。
[0005]电容分压供电，该种方式依靠从导线与其他区域形成的电势差，继而从其中获取一定的电场能量。该种方式电路简单，维护方便，成本低。但其对保护和绝缘有着较高的要求，且极易受到来自环境中的杂散电容的干扰。
[0006]电流互感器(CT)取能，该种方式通过取能电流互感器从高压母线获取交流电能，之后经过整流电路、滤波、稳压电路转化为稳定的电压源为设备供电。此外为了预防停电或取电不足的情况，需要在该取能装置中加装后备电源，并通过充放电电路设计使得CT取电可以在不同工作模式下进行切换。
[0007]电流互感器取电由于其安装方便，易于维护，有着良好的电气隔离性能，在高压取电上得到了较为广泛的应用。但由于输电线路中电流有着其不确定性，当输电线路发生短路时，电流可能达到几千安培，而当输电线路断电或空载时，有可能下降到几个安培。因此，CT取能往往要解决以下几个问题:
[0008]I)当输电线路中电流过大时，使得二次侧取能电压过高而烧坏元件，因此需要采用合理的泄能控制方式，保证电源的稳定输出。
[0009]2)当输电线路中电流过小时，需要在后备电路中添加储能设备，保证后部设备正常工作。
[0010]3)当输电线路电流过大时，需要防止CT长时间工作在深度饱和状态。
[0011]4)需要优化电路结构，提高CT取能的效率，保证电源能在同样的一次电流条件下获取最大的功率，进而减小取能电源所需的最小的一次启动电流。
[0012]现有的感应取电装置，通常利用取能线圈从高压输电线路上获取电能，并经过一系列滤波、整流、并结合DC-DC变换器为负载与后备蓄电池供电。然而，该方法在线路电流过大时，取电装置发热严重，磁芯饱和严重。并且其后备电源所采用的是锂电池，而锂电池受环境因素制约，不适合长期工作在也为输电线路上。
[0013]此外，还可以对电流互感器所取得交变电动势进行整流，并将其储存在储能电容中。将储能电容电压与基准电压作比较，根据比较结果输出控制信号，对取电装置进行调节。该方法虽然解决了取电装置在大电流与小电流的情况下的取电问题，但其取电效率较低，且电路结构稳定性较差。
【发明内容】
[0014]针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种电流感应取电装置及方法，有效地提高了取电效率及电路的稳定性，提高了对不同种类负载的适用性。
[0015]第一方面，本发明提供一种电流感应取电装置，包括:
[0016]依次相连的电流感应单元、功率泄放控制单元、功率控制单元及储能单元；
[0017]所述电流感应单元，用于利用电磁耦合效应从高压电缆中取电；
[0018]所述功率泄放控制单元，用于在所述电流感应单元二次侧的输出电压大于预设电压时，对所述输出电压进行调节，以使调节后的输出电压小于或等于所述预设电压；
[0019]所述功率控制单元，用于在所述电流感应单元二次侧的输出功率小于理论最大输出功率时，对所述电流感应单元二次侧的输出电压进行调节，以使调节后输出功率等于所述理论最大输出功率。
[0020]优选地，所述装置还包括:整流单元，所述整流单元连接于所述功率泄放控制单元与所述功率控制单元之间。
[0021]所述整流单元，用于将所述电流感应单元二次侧交流电整合成直流电。
[0022]优选地，所述装置还包括:输出调整单元，所述输出调整单元与所述储能单元连接；
[0023]所述输出调整单元，用于对所述功率控制单元输出的电能进行稳压及直流变换处理，以使处理后的电能电压适用于负载。
[0024]优选地，所述功率泄放控制单元包括:交流开关器件及第一控制器；
[0025]所述第一控制器分别与所述交流开关器件的控制端及所述电流感应单元的输出端连接；
[0026]所述第一控制器，用于周期性获取所述电流感应单元二次侧的输出电压，并在所述输出电压大于预设电压时，通过控制所述交流开关器件对所述输出电压进行调节，以使调节后的输出电压小于或等于所述预设电压。
[0027]优选地，所述交流开关器件为双向晶闸管。
[0028]优选地，所述功率控制单元包括:降压电路及第二控制器；
[0029]所述第二控制器分别与所述降压电路的控制端及所述电流感应单元的输出端连接；
[0030]所述第二控制器，用于周期性获取所述电流感应单元二次侧的输出电压和输出电流，并根据所述输出电压和输出电流计算输出功率;在所述输出功率小于理论最大输出功率时，通过控制所述降压电路，对所述电流感应单元二次侧的输出电压进行调节，以使调节后输出功率等于所述理论最大输出功率。
[0031]优选地，所述降压电路为buck电路。
[0032]第二方面，本发明提供一种基于上述任一电流感应取电装置的电流感应取电方法，包括:
[0033]电流感应单元利用电磁耦合效应从高压电缆中取电；
[0034]功率泄放控制单元周期性获取所述电流感应单元二次侧的输出电压，在所述输出电压大于预设电压时，对所述输出电压进行调节，以使调节后的输出电压小于或等于所述预设电压；
[0035]功率控制单元根据所述输出电压确定所述电流感应单元二次侧的输出功率，在所述输出功率小于理论最大输出功率时，对所述输出电压进行调节，以使调节后输出功率等于所述理论最大输出功率。
[0036]优选地，在所述功率泄放控制单元周期性获取所述电流感应单元二次侧的输出电压之前，所述方法还包括:
[0037]对所述电流感应单元二次侧电能进行整流。
[0038]优选地，所述方法还包括:
[0039]对所述功率控制单元输出的电能进行稳压及直流变换处理，以使处理后的电能电压适用于负载。
[0040]由上述技术方案可知，本发明的电流感应取电装置及方法，通过功率泄放控制单元对电流感应单元二次侧的输出电压进行调节，以使调节后的输出电压小于或等于所述预设电压;通过功率控制单元对所电流感应单元二次侧的输出功率输出电压进行调节，以使调节后输出功率等于所述理论最大输出功率。由此，有效地提高了取电效率及电路的稳定性，提高了对不同种类负载的适用性。
【附图说明】
[0041]图1为本发明一实施例提供的电流感应取电装置的结构示意图；
[0042]图2为本发明另一实施例提供的电流感应取电装置的结构示意图；
[0043]图3为本发明实施例提供的输出电压与输出功率的曲线关系图；
[0044]图4为本发明实施例提供的电流感应取电装置的电路原理图；
[0045]图5为本发明实施例提供的控制信号生成过程的流程示意图；
[0046]图6为本发明实施例提供的反激式开关电源的电路原理图；
[0047]图7为本发明实施例提供的输出调整单元的电路原理图；
[0048]图8为本发明一实施例提供的电流感应取电方