1.本发明属于电力系统自动化领域，更具体地，涉及一种功率自适应的电流互感器取能装置。
背景技术：2.随着智能电网的不断发展，如在线监测设备、散热设备等设备越来越多地出现在电力系统之中，因为此类设备安装在架空线路附近，难以使用常规电源进行供电，而且难以检修，故供电电源还需要高可靠性。
3.相比于太阳能电池供电、电容分压器供电、激光供电等供电方式，电流互感器(current transformer，ct)供电方式因其供电电源结构简单、成本低、输出功率大等特有优势，是目前常用且具有发展前景的供电方式。
4.ct取能技术原理是通过耦合输电线路交流电流产生的磁场来获取电能，在ct二次侧后接入电能调整电路，通过电能调整电路整流、稳压及变换后，便可得到稳定的供电电源。但是因为输电线路电流变化范围大，电能调整电路的稳压环节存在着较大的设计难度，稳压环节需要在输电线路电流大时，限制ct能量的输入，现有工程解决方案有通过稳压二极管触发导通mosfet、三极管等开关器件来进行能量泄放，这种方式虽然结构简单，但因为开关器件导通不彻底，导致发热严重，影响取能电源工作可靠性，不适宜大功率取能场景；另外一种是通过将滤波电容电压与参考电压比较，从而控制开关器件的导通状态，通过间歇性短路维持输入输出功率平衡，使滤波电容电压不超过限值，因为开关器件的低导通阻抗特性，使得导通损耗功率小，适宜长期可靠工作，是应用较为广泛的一种方式。
5.但上述两种方式的电流互感器取能装置，都存在如下问题：
6.在小电流工况，所述取能ct取电能力小，难以维系负载的正常运行，电路不能稳定工作，在大电流工况，所述取能ct取电能力大于负载所需功率，只能通过泄放多余能量的方式保持电路稳定，造成取能效率低下。
技术实现要素：7.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种功率自适应的电流互感器取能装置，通过ct二次侧电流大小计算得到该运行工况下ct的取电能力及负载应处在的最佳功率点，根据此计算结果实时调整负载工况，使负载功率与ct的取电能力相适应，一定程度上避免因取电能力不足导致装置工况失稳和因取电能力过大导致取能效率降低的情况发生，使ct能安全可靠地为负载进行电能供应。
8.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种功率自适应的电流互感器取能装置，包括：依次连接的取能ct、瞬态过压保护模块、整流模块、滤波电容过压保护模块、dc/dc电源模块、电能变换模块、负载；控制模块及最佳功率点调节模块；
9.所述控制模块、最佳功率点调节模块及电能变换模块由所述dc/dc电源模块供电；
10.所述控制模块与所述滤波电容过压保护模块连接，用于根据滤波电容电压输出控
制信号至所述滤波电容过压保护模块，使所述取能ct的二次侧短接，以对滤波电容进行过压保护；
11.所述最佳功率点调节模块分别与所述取能ct及负载连接，用于根据所述取能ct的二次侧电流确定所述ct的最大取电功率及负载对应的实时最佳功率点，并对所述负载的工况进行调控，实现负载功率的自适应调整。
12.优选地，所述最佳功率点调节模块包括电流传感器、计算单元和调控单元；
13.所述电流传感器用于获取所述取能ct的二次侧电流；
14.所述计算单元根据所述取能ct的二次侧电流，计算得到取能ct的最大取电功率及负载对应的实时最佳功率点；
15.所述调控单元根据所述实时最佳功率点对所述负载的工况进行调控，实现负载功率的自适应调整。
16.优选地，所述负载的实时最佳功率点与取能ct的最大取电功率满足以下关系式：
17.p
load-best
＝ηp
in-max-m；
18.其中，p
load-best
为负载的实时最佳功率点；p
in-max
为负载的最大取电功率，为负载的最大取电功率，为二次侧电流取绝对值后的平均值，uc为滤波电容电压；η为取能效率，m为功率裕量。
19.优选地，所述负载为输电线路在线监控设备或散热设备。
20.优选地，所述负载为输电线路在线监控设备时，所述调控单元根据所述实时最佳功率点对输电线路在线监控设备的功耗模式进行调控；
21.所述负载为输电线路散热设备时，所述调控单元根据所述实时最佳功率点对输电线路散热设备的散热强度进行调控。
22.优选地，所述滤波电容过压保护模块包括开关器件、滤波电容及二极管；
23.所述滤波电容用于对所述整流模块输出的电压进行滤波；
24.所述控制模块通过控制所述开关器件的导通与关断使所述取能ct的二次侧间歇性短接，以对滤波电容进行过压保护；
25.所述二极管用于防止滤波电容经所述开关器件放电。
26.优选地，所述开关器件为mosfet或igbt。
27.优选地，所述控制模块包括电压传感器、滞环比较器及开关器件驱动器；
28.所述电压传感器用于对所述滤波电容过压保护模块输出的滤波电容电压进行隔离采样；
29.所述滞环比较器将隔离采样后的滤波电容电压与滞环参数进行比较，当所述滤波电容电压大于滞环最大值时，输出所述开关器件的导通信号，并经由所述开关器件驱动器输出至所述开关器件；当电压小于滞环最小值时，输出所述开关器件的关断信号，并经由所述开关器件驱动器输出至所述开关器件。
30.优选地，所述瞬态过压保护模块采用瞬态抑制二极管或压敏电阻；
31.所述整流模块为二极管整流桥。
32.优选地，所述dc/dc电源模块对所述整流模块输出的直流电压进行电压变换后，分别为所述控制模块、最佳功率点调节模块及电能变换模块供电。
33.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
34.1、本发明提供的功率自适应的电流互感器取能装置，通过ct二次侧电流大小，计算得到该运行工况下取能ct的最大取电功率及负载应处在的最佳功率点，根据最佳功率点实时调整负载工况，使负载功率与ct的最大取电功率相适应，实现负载功率随ct的最大取电功率变化的自适应调整，根据电流大小进行调整，实现负载功率与ct取电能力相匹配，能够在一定程度上避免因最大取电功率不足导致装置工况失稳和因最大取电功率过大导致取能效率降低的情况发生，使ct能安全可靠地为负载进行电能供应。
35.2、本发明提供的功率自适应的电流互感器取能装置，控制模块全部使用模拟电子元器件，具有高可靠性、低成本、抗干扰能力强、不易损坏等特点。
36.3、本发明提供的功率自适应的电流互感器取能装置，采用滞环比较器进行闭环控制，能够将滤波电容电压控制在合理范围，通过对并联开关器件间隔性导通避免滤波电容电压过充情况的发生，保证取能装置可靠性。
附图说明
37.图1为本发明实施例提供的功率自适应的电流互感器取能装置的结构示意图；
38.图2为本发明实施例提供的滤波电容过压保护模块的结构示意图；
39.图3为本发明实施例提供的控制模块的结构示意图；
40.图4为本发明实施例提供的最佳功率点调节模块的结构示意图。
具体实施方式
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
42.本发明实施例提供一种功率自适应的电流互感器取能装置，如图1所示，包括：
43.依次连接的取能ct、瞬态过压保护模块、整流模块、滤波电容过压保护模块、dc/dc电源模块、电能变换模块、负载；控制模块及最佳功率点调节模块。
44.所述取能ct能耦合输电线路交流电流产生的磁场来获取电能。
45.具体地，如图1所示，取能ct的一次侧为输电线路，二次侧与瞬态过压保护模块连接。
46.该装置包括取能ct、瞬态过压保护模块、整流模块、滤波电容过压保护模块、dc/dc电源模块、控制模块、最佳功率点调节模块、电能变换模块及负载构成，通过特定的拓扑结构互相连接，实现高可靠性供能。
47.优选地，所述瞬态过压保护模块采用瞬态抑制二极管或压敏电阻。
48.具体地，所述瞬态过压保护模块用于当高压线路遭受雷击或发生短路故障时，保护后级的ct取能电路，可选的保护元件有瞬态抑制二极管(tvs)或压敏电阻，可选用并联双向瞬态电压抑制二极管(tvs)、压敏电阻或其他保护元件的方式实现。
49.所述整流模块用于对ct二次侧交流电流进行整流。
50.优选地，所述整流模块为二极管整流桥。
51.具体地，使用二极管整流桥对ct二次侧交流电流进行整流。
52.所述控制模块、最佳功率点调节模块及电能变换模块由所述dc/dc电源模块供电。
53.所述dc/dc电源模块对所述整流模块输出的直流电压进行电压变换后，分别为所述控制模块、最佳功率点调节模块及电能变换模块供电。
54.所述对电能变换模块dc/dc电源模块输出的滤波电容电压进行变换，匹配负载所需的特定电源标准，为负载供电。
55.所述控制模块与所述滤波电容过压保护模块连接，用于根据滤波电容电压输出控制信号至所述滤波电容过压保护模块，使所述取能ct的二次侧短接，以对滤波电容进行过压保护。
56.所述滤波电容过压保护模块用于对整流模块的输出进行滤波，并在ct的最大取电功率较大，滤波电容电压升高时通过导通开关器件对ct二次侧进行短接，释放多余能量，保证滤波电容电压稳定及装置安全。
57.优选地，所述滤波电容过压保护模块包括开关器件、滤波电容及二极管；
58.所述滤波电容用于对所述整流模块输出的电压进行滤波；
59.所述控制模块通过控制所述开关器件的导通与关断使所述取能ct的二次侧间歇性短接，以对滤波电容进行过压保护；
60.所述二极管用于防止滤波电容经所述开关器件放电。
61.优选地，所述开关器件为mosfet或igbt。
62.具体地，滤波电容对整流模块的输出进行滤波，在取能ct所在输电电路电流较大，即ct最大取电功率较大时使得滤波电容电压大于滞环最大值时，对取能ct二次侧进行短接，以对滤波电容进行过压保护。
63.其中，所述滞环参数的具体取值跟应用场景有关，例如本发明实施例中以dc/dc模块的输入范围及ct饱和特性等作为预设值的参考依据。
64.如图2所示，滤波电容过压模块包括开关器件、滤波电容、二极管，开关器件可为mosfet、igbt等，此以mosfet为例。为防止滤波电容过压而造成装置损坏，通过导通mosfet对ct二次侧进行短接的方式泄放多余能量，二极管用于防止滤波电容经mosfet放电，mosfet的导通关断信号由控制模块提供。
65.所述控制模块根据滤波电容电压情况为滤波电容过压保护模块中的开关器件提供驱动信号，以对取能ct二次侧进行短接，使其完成泄能，实现电容稳压功能。
66.优选地，所述控制模块包括电压传感器、滞环比较器及开关器件驱动器；
67.所述电压传感器用于对所述滤波电容过压保护模块输出的滤波电容电压进行隔离采样；
68.所述滞环比较器将隔离采样后的滤波电容电压与滞环参数进行比较，当所述滤波电容电压大于滞环最大值时，输出所述开关器件的导通信号，并经由所述开关器件驱动器输出至所述开关器件；当电压小于滞环最小值时，输出所述开关器件的关断信号，并经由所述开关器件驱动器输出至所述开关器件。
69.具体地，如图3所示，控制模块包括电压传感器、滞环比较器和开关器件驱动器，由dc/dc电源模块供电，滤波电容电压数据通过电压传感器隔离采样得到，然后再通过使用运
算放大器搭建的滞环比较器进行滞环比较，当电压大于滞环最大值时输出导通信号，当电压小于滞环最小值时输出关断信号，以此得到滤波电容过压保护模块中的开关器件的导通关断信号，经过开关器件驱动器后进行输出。滞环比较器的电压基准由电压基准产生电路产生，滞环比较器的滞环参数由r1、r2、r3、u
dcdc
和u
ref
共同决定，可根据不同情况选取不同的滞环参数。
70.其中，滞环最大值为：
[0071][0072]
滞环最小值为：
[0073][0074]
所述最佳功率点调节模块分别与所述取能ct及负载连接，用于根据所述取能ct的二次侧电流确定所述ct的实时取电能力(即ct的最大取电功率)及所述负载对应的实时最佳功率点，并对所述负载的工况进行调控，实现负载功率的自适应调整。
[0075]
ct最大取电功率为：
[0076][0077]
其中，p
in-max
代表负载此时的最大取电功率，代表二次侧电流取绝对值后的平均值，uc代表滤波电容电压值。
[0078]
当ct二次侧电流为标准的正弦波时，上式可以改写为：
[0079][0080]
其中，i
2max
代表二次侧电流的峰值。
[0081]
此时，负载的最优功率值为：
[0082]
p
load-best
＝ηp
in-max-m
[0083]
其中，p
load-best
代表负载此时的最优功率值，η代表装置取能效率，m代表为保证电机运行稳定性所留出的功率裕量。
[0084]
具体地，所述最佳功率点调节模块对取能ct的二次侧电流实时采样，计算在此工况下ct的取电能力及负载应处于的最佳功率点，并以此调整负载工况，以使负载功率主动随着取能ct取电能力的变化而变化，从而实现负载功率的自适应调整。也即，所述最佳功率点调节模块用于通过ct二次侧电流大小，计算出此工况条件下负载应处于的最佳功率点，以计算结果作为参考调控负载工况，使负载功率与ct取电能力相适应。
[0085]
优选地，所述最佳功率点调节模块包括电流传感器、计算单元和调控单元；
[0086]
所述电流传感器用于获取所述取能ct的二次侧电流；
[0087]
所述计算单元根据所述取能ct的二次侧电流，计算得到ct实时取电能力及负载对应的实时最佳功率点；
[0088]
所述调控单元根据所述实时最佳功率点对所述负载的工况进行调控，实现负载功率的自适应调整。
[0089]
具体地，如图4所示，最佳功率点调节模块的包括电流传感器、计算单元和调控单元，电流传感器将ct二次侧电流信号转换为电流数据，提供给计算单元分析处理，得到此时取能ct的取电能力及负载应处于的最佳功率点，调控单元通过此计算结果对负载工况进行调控，使负载功率与取电能力相适应；
[0090]
优选地，所述负载为输电线路在线监控设备或散热设备。
[0091]
优选地，所述负载为输电线路在线监控设备时，所述调控单元根据所述实时最佳功率点对输电线路在线监控设备的功耗模式进行调控；
[0092]
所述负载为输电线路散热设备时，所述调控单元根据所述实时最佳功率点对输电线路散热设备的散热强度进行调控。
[0093]
具体地，所述负载为用于在ct供电下完成某种特定功能的设备。负载可为输电线路在线监控设备或散热设备等，可受最佳功率点调节模块调控，改变工况，如在线监控设备可以工作在多种功耗模式下，散热设备可以调节散热强度等，从实现负载功率与输入功率自适应，提高取能装置的可靠性及工作效率。
[0094]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。