一种混合式高压端供能系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种混合式高压端供能系统，属于电力【技术领域】。该供能系统包括激光供能系统、电流互感器在线取能系统和DC/DC转换器，当电网正常工作或处于暂态过程时，电流互感器在线取能系统控制DC/DC转换器稳定输出电压，激光供能系统处于降功率热备份工作状态；当电网首次通电或电网电流小于电流互感器在线取能的唤醒电流时，激光供能系统满功率控制DC/DC转换器稳定输出电压；激光供能功率的控制由低压区合并单元根据电流测量值动态控制。该混合电源系统不存在电流死区和唤醒时间问题，可满足有源电子式电流互感器对电源工作的连续稳定性要求，而且多途径的能量来源可为混合电源系统提供更高的工作可靠性。
【专利说明】一种混合式高压端供能系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力【技术领域】，特别涉及一种混合式高压端供能系统。
【背景技术】
[0002]高质量的直流电源供应是高压端监测设备高压区电子电路稳定运行的基础，也是高压端监测的一项关键技术。在35KV以下的中压电力系统中，高、低压之间的绝缘较易实现，电子电路可以工作在低压区，电源也可由低压区直接供应；在110KV以上的高压、超高压和特高压电力系统中，高、低压之间的绝缘通过光纤实现，没有任何电磁联系，如何在高压区获得连续稳定的电源供应便成为高压端监测设备研制中的一项技术难题。目前，高压端监测设备电源研究与应用中存在的主要问题有:供能功率、长期工作可靠性和制造维护成本。
[0003]为了解决上述问题，现有技术中有激光供能系统和电流互感器在线去能系统两种供能系统。
[0004]激光供能技术成熟，目前，ABB, Photonic Power Systems和Siemens等国外公司的产品大多采用激光供能方式，激光供能的突出优点是电源能量供给稳定，不受电磁干扰和电网运行状态的影响，具有良好的发展前景，受到国内外研究人员的关注。激光供能主要缺点是光电池的转换效率较低，一般为10-30%，大功率光电池的转换效率为22%左右。大于IW的固体激光器的平均使用寿命在5000-6000小时，即连续工作一年左右就需要更换，由此产生了高昂的维护成本和工作连续可靠性问题。
[0005]电流互感器在线取能的原理是:利用电磁感应原理，使用常规电流互感器直接从待测高压母线上感应交流电压，然后经过整流、滤波、稳压后供给高压区电路使用。电流互感器在线取能方式的电源电位悬浮于高压区，故称为悬浮式电源。因在线取能，悬浮式电源必然受到电网运行状态的影响。电网母线电流变化的动态范围很大，最低可能只有几安培，而发生短路故障时暂态电流可能达到数十千安培。因此，悬浮式电源的设计难点之一在于较小的工作死区:当母线电流为接近空载的小电流时，应能够获取足够能量以保证电源供应，即唤醒电流小；当母线电流为大电流状态时，除保证能量供应外，还要给予电源本身足够的保护，避免因电流互感器饱和产生的高幅值窄脉冲电压对电源和后续电子电路造成损害。因此，电流互感器在线取能电路简单、成本低，但存在供能功率、唤醒时间和(或)电流死区问题。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本发明提出了一种将激光供能和电流互感器在线取能相结合从而解决电源工作的连续稳定性问题的混合式高压端供能系统。
[0007]本发明提供的混合式高压端供能系统包括激光供能系统、电流互感器在线取能系统和DC/DC转换器，
[0008]当电网正常工作或处于暂态过程时，所述电流互感器在线取能系统控制所述DC/DC转换器稳定输出电压，激光供能系统处于降功率热备份工作状态；
[0009]当电网首次通电或电网电流小于电流互感器在线取能的唤醒电流时，所述激光供能系统满功率控制所述DC/DC转换器稳定输出电压；
[0010]所述激光供能功率的控制由低压区合并单元根据电流测量值动态控制。
[0011]作为优选，所述暂态过程包括线路短时开断、重合闸。
[0012]作为优选，所述电流互感器在线取能系统包括速饱和电流互感器、磁阀式饱和电流互感器、尖峰电压抑制限流保护器、全桥整流保护器、预稳压器、PWM、尖峰电压抑制和限流保护器，当一次母线通过电流时，速饱和电流互感器和磁阀式饱和电流互感器二次输出端产生交流感应电压，经全桥整流后变为脉动直流电压，采用PWM开关电源技术进行预稳压，再经二型滤波器滤波后，由DC/DC转换器稳定输出电压，供后续电子电路使用；当一次母线电流为大电流时，速饱和电流互感器和磁阀式饱和电流互感器二次输出端产生高幅值的尖峰脉冲电压，所述尖峰电压抑制和限流保护器用于对所述尖峰电压抑制和限流保护。
[0013]作为优选，所述电流互感器包括多个速饱和电流互感器和多个磁阀式饱和电流互感器，所述多个速饱和电流互感器和多个磁阀式饱和电流互感器组成串并联阵列。
[0014]作为优选，所述速饱和电流互感器的铁芯由坡莫合金1J85制成。
[0015]作为优选,所述速饱和电流互感器的最大负载电流阀值为2.88A。
[0016]作为优选，所述磁阀式饱和电流互感器的铁芯材料选自选择27QG100，30QG110，35QG125，35W230冷轧硅钢片。
[0017]本发明提供的混合式高压端供能系统采用了电流互感器在线取能和激光供能方式相结合便构成混合电源系统。该混合电源系统不存在电流死区和唤醒时间问题，可满足有源电子式电流互感器对电源工作的连续稳定性要求，而且多途径的能量来源可为混合电源系统提供更高的工作可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例提供的混合式高压端供能系统的示意图；
[0019]图2为本发明实施例提供的混合式高压端供能系统中对速饱和电流互感器进行工作特性试验的装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
[0021]参见附图1，本发明提供的混合式高压端供能系统包括激光供能系统、电流互感器在线取能系统和DC/DC转换器，当电网正常工作或处于暂态过程时，电流互感器在线取能系统控制DC/DC转换器稳定输出±5V电压，激光供能系统处于降功率热备份工作状态；当电网首次通电或电网电流小于电流互感器在线取能的唤醒电流时，激光供能系统满功率控制DC/DC转换器稳定输出±5V电压；激光供能功率的控制由低压区合并单元根据电流测量值动态控制。这两种供能系统在线并联，接入同一个电源管理系统，经过电源管理电路处理后，输出一个稳定的直流。
[0022]本发明提供的混合式高压端供能系统采用了电流互感器在线取能和激光供能方式相结合便构成混合电源系统。该混合电源系统不存在电流死区和唤醒时间问题，可满足有源电子式电流互感器对电源工作的连续稳定性要求，而且多途径的能量来源可为混合电源系统提供更高的工作可靠性。
[0023]其中，暂态过程包括线路短时开断、重合闸。
[0024]其中，电流互感器在线取能系统包括速饱和电流互感器、磁阀式饱和电流互感器、尖峰电压抑制限流保护器、全桥整流保护器、预稳压器、PWM、尖峰电压抑制和限流保护器，当一次母线通过电流时，速饱和电流互感器和磁阀式饱和电流互感器二次输出端产生交流感应电压，经全桥整流后变为脉动直流电压，采用PWM开关电源技术进行预稳压，再经二型滤波器滤波后，由DC/DC转换器稳定输出±5V电压，供后续电子电路使用。当一次母线电流为大电流时，速饱和电流互感器和磁阀式饱和电流互感器二次输出端产生高幅值的尖峰脉冲电压，尖峰电压抑制和限流保护器用于对尖峰电压抑制和限流保护。
[0025]其中，电流互感器包括多个速饱和电流互感器和多个磁阀式饱和电流互感器，多个速饱和电流互感器和多个磁阀式饱和电流互感器组成串并联阵列，本领域技术人员可以根据工程实际需要确定速饱和电流互感器和磁阀式饱和电流互感器的数量。
[0026]其中，速饱和电流互感器的铁芯由坡莫合金1J85制成。
[0027]其中，速饱和电流互感器的最大负载电流阀值为2.88A。
[0028]其中，磁阀式饱和电流互感器的铁芯材料选自选择27QG100，30QG110, 35QG125，35W230冷轧硅钢片。
[0029]其中，速饱和电流互感器设计的具体步骤如下:
[0030]速饱和电流互感器工作的一次电流动态变化范围为2-50A，设计重点在于降低唤醒电流和一次电流较大时保证取能时间。因此，速饱和电流互感器的设计目标为:当一次电流为1.5A时，二次绕组感应电势有`效值为5V ;当一次电流为50A时，二次绕组感应电势瞬时值大于5V时的取能时间为10ms。
[0031]1、铁芯材料选择
[0032]当电流互感器结构一定时，根据式(3)
【权利要求】
1.一种混合式高压端供能系统，其特征在于，包括激光供能系统、电流互感器在线取能系统和DC/DC转换器， 当电网正常工作或处于暂态过程时，所述电流互感器在线取能系统控制所述DC/DC转换器稳定输出电压，激光供能系统处于降功率热备份工作状态； 当电网首次通电或电网电流小于电流互感器在线取能的唤醒电流时，所述激光供能系统满功率控制所述DC/DC转换器稳定输出电压； 所述激光供能功率的控制由低压区合并单元根据电流测量值动态控制。
2.根据权利要求1所述的混合式高压端供能系统，其特征在于，所述暂态过程包括线路短时开断、重合闸。
3.根据权利要求1所述的混合式高压端供能系统，其特征在于，所述电流互感器在线取能系统包括速饱和电流互感器、磁阀式饱和电流互感器、尖峰电压抑制限流保护器、全桥整流保护器、预稳压器、PWM、尖峰电压抑制和限流保护器； 当一次母线通过电流时，速饱和电流互感器和磁阀式饱和电流互感器二次输出端产生交流感应电压，经全桥整流后变为脉动直流电压，采用PWM开关电源技术进行预稳压，再经二型滤波器滤波后，由DC/DC转换器稳定输出电压，供后续电子电路使用； 当一次母线电流为大电流时，速饱和电流互感器和磁阀式饱和电流互感器二次输出端产生高幅值的尖峰脉冲电压，所述尖峰电压抑制和限流保护器用于对所述尖峰电压抑制和限流保护。
4.根据权利要求3所述的混合式高压端供能系统，其特征在于，所述电流互感器包括多个速饱和电流互感器和多个磁阀式饱和电流互感器，所述多个速饱和电流互感器和多个磁阀式饱和电流互感器组成串并联阵列。
5.根据权利要求4所述的混合式高压端供能系统，其特征在于，所述速饱和电流互感器的铁芯由坡莫合金1J85制成。
6.根据权利要求4所述的混合式高压端供能系统，其特征在于，所述速饱和电流互感器的最大负载电流阀值为2.88A。
7.根据权利要求4所述的混合式高压端供能系统，其特征在于，所述磁阀式饱和电流互感器的铁芯材料选自选择27QG100，30QG110, 35QG125，35W230冷轧硅钢片。
【文档编号】H01F38/30GK103730947SQ201310646781
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】章鹿华, 徐占河, 陈昌龙, 王黎明, 易忠林, 丁恒春, 赵林, 徐俊明, 袁瑞铭 申请人:国家电网公司, 冀北电力有限公司计量中心, 清华大学深圳研究生院