CN110729772A - 一种电子式电流互感器智能取电电源及取电控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电子式电流互感器智能取电电源及取电控制方法，属于电源技术领域。其特征在于：包括与微处理器连接的测量线圈和取能线圈，还包括如下步骤：步骤a，上电初始化；步骤b，判断实时电流值；步骤c~e，实时电流值大于上限值，执行步骤k，小于下限值，执行步骤i，否则计算PWM参数；步骤f，判断实时电压值；步骤g~h，实时电压值大于上限值，执行步骤k，小于下限值，执行步骤i，否则执行步骤j；步骤i，微处理器输出低电平信号；步骤j，微处理器输出PWM参数，步骤k，微处理器输出高电平信号。在本电子式电流互感器智能取电电源及取电控制方法中，使得电流取能电源在宽范围、大电流输入情况下能长期安全稳定可靠的运行。

Description

一种电子式电流互感器智能取电电源及取电控制方法

技术领域

一种电子式电流互感器智能取电电源及取电控制方法，属于电源技术领域。

背景技术

随着电力自动化的快速发展，电力***在线监测设备越来越多，传统的电力监控设备，所需电源通常取自工频变压器或者电压互感器，属于电压供电电源。随着本领域水平的不断提高，越来越多的在线监测设备已不需要大功率的供电电源（如工频变压器、电压互感器等），同时许多杆塔上也已不再配备大功率的供电电源，因此电流供电方式的应用越来越多，特别是在分布式在线监测方面，电流供电方式更具有无可比拟的优越性。虽然很多在线监测设备采用太阳能供电，但太阳能供电也有天气条件限制、储能要求高等固有缺陷，不能完全满足在线监测设备的供电需求，因此通过电流磁感应取电是目前便捷有效的供电方式。

电磁电流取电***通常需要对取能电流互感器的二次电流输出进行整流获得直流电压，再对直流电压进行DC/DC变换，获得所需的不同电压幅度的直流稳压电源。一般情况下，稳压电源所需提供的负载功率都很有限，大到几瓦，小到几十毫瓦，而通常的互感器输入电流范围却很宽，小到几安培，大到上百上千安培，故障时电流甚至则可达几十千安，因此为了保证电流取能电源在宽范围、大电流输入情况下能长期安全稳定可靠运行，其中大电流保护电路的设计是必不可少的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过设置测量线圈和取能线圈，由微处理器分别对测量线圈和取能线圈得到的交流信号和直流信号进行检测，并通过直流保护电路进行控制，使得电流取能电源在宽范围、大电流输入情况下能长期安全稳定可靠运行的电子式电流互感器智能取电电源及取电控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该电子式电流互感器智能取电电源，其特征在于：设置有测量线圈和取能线圈，测量线圈和取能线圈的一次侧连接在交流输电线路上，在测量线圈的二次侧连接有将其输出的电流信号转换为电压信号的电流信号变换电路，电流信号变换电路的输出端连接微处理器的输入端；

在取能线圈的二次侧连接有整流滤波电路，整流滤波电路的输出端连接有电压转换电路；在整流滤波电路与电压转换电路之间设置有直流保护电路，在直流保护电路中设置有开关器件，微处理器的控制信号输出端连接直流保护电路，控制开关器件的通断，在整流滤波电路的输出端同时连接微处理器的输入端。

优选的，在所述电流信号变换电路的输出端还设置有交流电压调理电路，电流信号变换电路的输出端连接交流电压调理电路的输入端，交流电压调理电路的输出端连接微处理器的输入端。

优选的，在所述整流滤波电路的输出端还设置有直流电压调理电路，整流滤波电路的输出端连接直流电压调理电路的输入端，直流电压调理电路的输出端连接微处理器的输入端。

优选的，在所述取能线圈二次侧与整流滤波电路之间还设置有交流保护电路。

优选的，所述的交流保护电路包括可控硅W2，电阻R1~R4以及稳压管T1~T2，取能线圈的二次侧分别连接稳压管T1的阳极和电阻R4的一端，电阻R4的另一端同时连接电阻R3的另一端以及可控硅W2的控制端，电阻R3的另一端连接稳压管T2的阳极，稳压管T1的阴极和稳压管T2的阴极相连；

取能线圈的二次侧还分别连接电阻R1以及电阻R2的一端，电阻R1及电阻R2的另一端分别连接可控硅W2的两端，电阻R2的另一端同时连接可控硅W1的控制端。

优选的，所述的直流保护电路包括MOS管J1，MOS管J1的源极接地，MOS管J1的漏极连接整流滤波电路的电压输出正极，MOS管J1的源门极连接微处理器的控制信号输出端。

一种取电控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤a，开始，微处理器上电后初始化；

步骤b，微处理器根据交流电压调理电路输出的电压值计算出测量线圈采样得到的实时电流值，并对电流值进行判断；

步骤c，微处理器判断测量线圈采用得到的实时电流值是否大于预设定的上限值，如果大于预设定的上限值，执行步骤k，否则执行步骤d；

步骤d，微处理器判断测量线圈采用得到的实时电流值是否小于预设定的下限值，如果小于预设定的下限值，执行步骤i，否则执行步骤e；

步骤e，微处理器根据实时电流值计算出需要改写的PWM参数；

步骤f，微处理器根据整流滤波电路输出的电压值计算出整流滤波电路输出的实时电压值，并对电压值进行判断；

步骤g，微处理器判断整流滤波电路输出的实时电压值是否大于预设定的上限值，如果大于预设定的上限值，执行步骤k，否则执行步骤h；

步骤h，微处理器判断整流滤波电路输出的实时电压值是否小于预设定的下限值，如果小于预设定的下限值，执行步骤i，否则执行步骤j；

步骤i，微处理器向直流保护电路输出低电平信号，并返回步骤b；

步骤j，微处理器将计算得到的PWM参数输出到直流保护电路，并返回步骤b；

步骤k，微处理器向直流保护电路输出高电平信号，并返回步骤b。

优选的，步骤e中所述的需要改写的PWM参数为占空比。

优选的，所述占空比随着实时电流值的增大而增大。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、在本电子式电流互感器智能取电电源及取电控制方法中，通过设置测量线圈和取能线圈，由微处理器分别对测量线圈和取能线圈得到的交流信号和直流信号进行检测，并通过直流保护电路进行控制，使得电流取能电源在宽范围、大电流输入情况下能长期安全稳定可靠的运行。还可以实时监测线路电流大小，根据电流大小实时调整电路保护参数；可实时监测取能直流电压，快速跟踪负载功率变化，从而控制取能电路功率流向。

2、在交流保护电路中采用可控硅实现交流保护，则可对几十千安的故障电流进行快速保护导通，限制二次过电压冲击，特别是发生瞬时雷电流冲击时，两种保护相互配合，完整实现了稳态和暂态大电流的能量控制，实现大电流保护，保证电源本身及用电设备的安全可靠运行。

3、在直流保护电路中，采用MOS元件实现短路能量回送保护，因MOS导通阻抗极低，即使二次稳态电流大到十几、二十几安培，导通压降也不过几十毫伏，元件本身功耗可以做到很小，从而降低局部元件温升和电源整体温升，使得电源可以在额定电流上千安培的高压输电线路上安装运行，保证在线监测设备的安全可靠供电。

4、直流保护电路的保护控制信号取自直流稳压电源电路，其很好地实现了负载功率变化时的取能控制，特别是负载带有储能元件时，可以跟随储能容量大小自动调节充电功率，实现取能效益最大化。

5、微处理器通过输出PWM信号实现对直流保护电路的控制，能PWM控制，可以通过提高控制频率，尽可能地降低元件功耗，从而降低电路体积和重量。利用微处理器的AD采集功能，可以很容易地对线路电流、工作电压进行实时监测，通过采样、处理、存储和实时比较，根据设定的电流最大、最小值，实时调整PWM控制参数，根据设定的电压最大、最小值，实时跟踪负载功率变化，智能化控制流程使得取能线圈的二次功率输出控制更加理想，实现小电流电能全输出、大电流能量及时回送功能。

6、微处理器的使用，使得电量监测、参数设置、逻辑控制等功能的实现更容易，保护控制更完善，符合设备智能化的发展趋势，微处理器集成的通信接口也为万物互联提供了良好的解决方案，可以很容易地实现设备状态监测和信息上传。

7、通过设置交流保护电路和直流保护电路，直流保护实现大电流持续稳定运行，交流保护实现超大电流冲击保护。两种保护相互协调，更好地完成宽范围电流电源的大电流保护功能，使得宽范围电流电源可以在大电流持续或超大电流冲击时安全可靠运行。

双重保护同时运行，交流保护控制检测交流电压，直流保护控制检测直流电压，二者相互协调相互补充，即解决了单一交流保护控制存在的保护元件发热量大、温升高的问题，也解决了单一交流保护控制在负载功率可变要求的情况下不能反映负载需求的问题。

附图说明

图1为电子式电流互感器智能取电电源原理方框图。

图2为电子式电流互感器智能取电电源交流保护电路电路原理图。

图3为电子式电流互感器智能取电电源直流保护电路电路原理图。

图4为电子式电流互感器智能取电控制方法流程图。

具体实施方式

图1~4是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~4对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种电子式电流互感器智能取电电源，包括连接在交流输电线路上的测量线圈和取能线圈，测量线圈和取能线圈的一次侧设置在交流输电线路上。测量线圈的二次侧连接电流信号变换电路的输入端，电流信号变换电路的输出端连接交流电压调理电路的输入端，交流电压调理电路的输出端连接微处理器。

取能线圈由磁芯和缠绕在磁芯上的漆包线绕组组成，通过电磁感应原理从输电线路上获取电能，其中磁芯采用初始导磁率较高的纳米晶合金或坡莫合金材料制成。测量线圈由电流互感线圈实现，如罗氏线圈。电流变换电路用于将测量线圈获取的电流信号转换为电压信号，可通过取样电阻实现。交流电压调理电路采用由差分运算放大器组成的放大电路实现，用于将电流信号变换电路输出的电压信号进行放大，以满足微处理器的要求。微处理器采用市售常见的内置有AD转换功能和PWM输出功能的单片机实现。

取能线圈的二次侧连接整流滤波电路的输入端，整流滤波电路的输出端连接电压转换电路的输入端，自取能线圈得到的交流电信号首先经过整流滤波电路进行整流滤波后得到直流电压信号并送入电压转换电路，电压转换电路将整流滤波得到的直流电压信号转换为所需要的直流电压并进行输出。

在取能线圈与整流滤波电路之间设置有交流保护电路，在整流滤波电路与电压转换电路之间设置有直流保护电路和直流电压调理电路，当取能线圈输出的交流信号超过预设定的阈值时，由交流保护电路提供保护。上述微处理器的输出端连接直流保护电路的输入端，当整流滤波电路输出的直流信号超过预设定的阈值时，由直流保护电路提供保护。直流电压调理电路的输入端连接在整流滤波电路与电压转换电路之间，其输出端接入微处理器的输入端，直流电压调理电路采用由差分运算放大器组成的放大电路实现，并对整流滤波电路输出的直流电压信号进行放大，以满足微处理器的要求。

由图2所示，上述的交流保护电路包括可控硅W1~W2，电阻R1~R4以及稳压管T1~T2，取能线圈的二次侧分别连接在可控硅W1的两端，取能线圈的二次侧还分别连接电阻R1以及电阻R2的一端，电阻R1及电阻R2的另一端分别连接可控硅W2的两端，电阻R2的另一端同时连接可控硅W1的控制端。取能线圈的二次侧还分别连接稳压管T1的阳极和电阻R4的一端，电阻R4的另一端同时连接电阻R3的另一端以及可控硅W2的控制端，电阻R3的另一端连接稳压管T2的阳极，稳压管T1的阴极和稳压管T2的阴极相连。

当取能线圈二次侧得到的交流电压数值超过稳压管T1~T2的稳定电压之后被击穿，稳压管T1~T2被击穿之后输出电压值将可控硅W2和可控硅W1依次导通，实现将取能线圈二次侧短路，起到保护作用。可控硅W1~W2采用大功率可控硅，实现了交流过流及过压保护。

稳压管T1~T2的稳定电压与上述电压转换电路的输出电压相同，从而实现交流保护电路与直流保护电路协调控制，且未与直流保护电路直接连接，即使直流稳压电源及其负载出现异常情况，其可以提供保护功能，不会对电源本身及用电设备造成不利影响。

如图3所示，上述的直流保护电路包括MOS管J1，MOS管J1的源极接地，MOS管J1的漏极连接整流滤波电路的电压输出正极，MOS管J1的源门极连接微处理器的控制信号输出端。MOS管J1由微处理器控制动作，微处理器向MOS管J1的门极发出控制信号，MOS管J1触发，MOS管触发后将整流滤波电路输出的电压信号接地。

如图4所示，一种电子式电流互感器智能取电电源的取电控制方法，包括如下步骤：

步骤1001，开始；

开始执行取电控制方法。

步骤1002，上电初始化；

微处理器上电后初始化。

步骤1003，电流值计算及判断；

微处理器根据交流电压调理电路输出的电压值计算出测量线圈采样得到的实时电流值，并对电流值进行判断。

步骤1004，实时电流值是否大于上限值；

微处理器判断测量线圈采用得到的实时电流值是否大于预设定的上限值，如果大于预设定的上限值，执行步骤1013，否则执行步骤1005。

步骤1005，实时电流值是否小于下限值；

微处理器判断测量线圈采用得到的实时电流值是否小于预设定的下限值，如果小于预设定的下限值，执行步骤1011，否则执行步骤1006。

步骤1006，保护参数计算；

微处理器根据实时电流值对保护参数进行计算，保护参数包括电压值、电流门限值以及PWM参数，PWM参数包括频率、占空比以及死区值，在进行保护参数计算时，主要对PWM参数中的占空比进行计算，其计算原则为：占空比随着实时电流值的增大而增大。

步骤1007，改写PWM参数；

微处理器计算出需要改写的PWM参数中的占空比。

步骤1008，电压值计算及判断；

微处理器根据直流电压调理电路输出的电压值计算出整流滤波电路输出的实时电压值，并对电压值进行判断。

步骤1009，实时电压值是否大于上限值；

微处理器判断整流滤波电路输出的实时电压值是否大于预设定的上限值，如果大于预设定的上限值，执行步骤1013，否则执行步骤1010。

步骤1010，实时电压值是否小于下限值；

微处理器判断整流滤波电路输出的实时电压值是否小于预设定的下限值，如果小于预设定的下限值，执行步骤1011，否则执行步骤1012。

步骤1011，微处理器输出低电平信号；

微处理器向直流保护电路输出低电平信号，并返回步骤1003。

步骤1012，单片机输出计算后得到的PWM参数；

微处理器向直流保护电路输出计算后得到的PWM参数，并返回步骤1003。

步骤1013，微处理器输出高电平信号；

微处理器向直流保护电路输出高电平信号，并返回步骤1003。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种电子式电流互感器智能取电电源，其特征在于：设置有测量线圈和取能线圈，测量线圈和取能线圈的一次侧连接在交流输电线路上，在测量线圈的二次侧连接有将其输出的电流信号转换为电压信号的电流信号变换电路，电流信号变换电路的输出端连接微处理器的输入端；

在取能线圈的二次侧连接有整流滤波电路，整流滤波电路的输出端连接有电压转换电路；在整流滤波电路与电压转换电路之间设置有直流保护电路，在直流保护电路中设置有开关器件，微处理器的控制信号输出端连接直流保护电路，控制开关器件的通断，在整流滤波电路的输出端同时连接微处理器的输入端。

2.根据权利要求1所述的电子式电流互感器智能取电电源，其特征在于：在所述电流信号变换电路的输出端还设置有交流电压调理电路，电流信号变换电路的输出端连接交流电压调理电路的输入端，交流电压调理电路的输出端连接微处理器的输入端。

3.根据权利要求1所述的电子式电流互感器智能取电电源，其特征在于：在所述整流滤波电路的输出端还设置有直流电压调理电路，整流滤波电路的输出端连接直流电压调理电路的输入端，直流电压调理电路的输出端连接微处理器的输入端。

4.根据权利要求1所述的电子式电流互感器智能取电电源，其特征在于：在所述取能线圈二次侧与整流滤波电路之间还设置有交流保护电路。

5.根据权利要求4所述的电子式电流互感器智能取电电源，其特征在于：所述的交流保护电路包括可控硅W2，电阻R1~R4以及稳压管T1~T2，取能线圈的二次侧分别连接稳压管T1的阳极和电阻R4的一端，电阻R4的另一端同时连接电阻R3的另一端以及可控硅W2的控制端，电阻R3的另一端连接稳压管T2的阳极，稳压管T1的阴极和稳压管T2的阴极相连；

取能线圈的二次侧还分别连接电阻R1以及电阻R2的一端，电阻R1及电阻R2的另一端分别连接可控硅W2的两端，电阻R2的另一端同时连接可控硅W1的控制端。

6.根据权利要求1所述的电子式电流互感器智能取电电源，其特征在于：所述的直流保护电路包括MOS管J1，MOS管J1的源极接地，MOS管J1的漏极连接整流滤波电路的电压输出正极，MOS管J1的源门极连接微处理器的控制信号输出端。

7.一种利用权利要求任一项所述的电子式电流互感器智能取电电源实现的取电控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤a，开始，微处理器上电后初始化；

步骤b，微处理器根据交流电压调理电路输出的电压值计算出测量线圈采样得到的实时电流值，并对电流值进行判断；

步骤c，微处理器判断测量线圈采用得到的实时电流值是否大于预设定的上限值，如果大于预设定的上限值，执行步骤k，否则执行步骤d；

步骤d，微处理器判断测量线圈采用得到的实时电流值是否小于预设定的下限值，如果小于预设定的下限值，执行步骤i，否则执行步骤e；

步骤e，微处理器根据实时电流值计算出需要改写的PWM参数；

步骤f，微处理器根据整流滤波电路输出的电压值计算出整流滤波电路输出的实时电压值，并对电压值进行判断；

步骤g，微处理器判断整流滤波电路输出的实时电压值是否大于预设定的上限值，如果大于预设定的上限值，执行步骤k，否则执行步骤h；

步骤h，微处理器判断整流滤波电路输出的实时电压值是否小于预设定的下限值，如果小于预设定的下限值，执行步骤i，否则执行步骤j；

步骤i，微处理器向直流保护电路输出低电平信号，并返回步骤b；

步骤j，微处理器将计算得到的PWM参数输出到直流保护电路，并返回步骤b；

步骤k，微处理器向直流保护电路输出高电平信号，并返回步骤b。

8.根据权利要求7所述的取电控制方法，其特征在于：步骤e中所述的需要改写的PWM参数为占空比。

9.根据权利要求8所述的取电控制方法，其特征在于：所述占空比随着实时电流值的增大而增大。

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