[发明专利]一种高压输电线路感应取电装置

说明书

技术领域

本发明属于输电线路监测设备的供电领域，尤其涉及一种高压输电线路感应取电装置。

背景技术

随着国民经济的高速发展，各行各业对电力的需求越来越大，对电能质量(稳定性、不间断性等)的要求也越来越高，因此，作为电力系统生命线的高压输电线路及配套设备的安全性与稳定性显得尤为重要。随着输电系统的复杂程度增加以及保护和监控装置增多，线路中途的直流电源需求增大。这一类电源的电压等级要求不高，但对不间断的供电可靠性要求较高。目前大部分供电电源采用太阳能供能或者风光互补技术。利用太阳能加蓄电池或太阳能和风力混和充电。太阳能供电由于受能量转换率、气候环境及成本等因素限制，无法充分满足设备对全天候和长期稳定供能方面的要求，不得不加入蓄电池以存储电能。但由于蓄电池本身的寿命问题(一般2到3年)使得设备的维护成本大大增加，并且这种供电方式无法实现连续不间断供电，因而无法满足现实需求，导致高压输电线路上难以普及性实现在线实时监控功能。此外，随着技术的发展，工作在高压输电线路上的电气设备越来越多，如线路设备防盗装置、巡线机器人、带电作业机器人等，也存在着电源供给问题。

目前，在线监测系统的电源主要有以下几种：太阳能供电、激光供电、电容器分压在线取能、电流传感器(current transformer,即CT)感应取能。CT取能方式相较其他几种方式具有较大优势，具有结构简单、体积小、成本较低、稳定可靠等特点，但也存在下限死区高、低电流情况下输出功率小的缺点。

为了解决CT取能应用问题，较多研究者已经进行了相关研究，通过采用平波电抗器、铁芯开气隙、电流互感器取能与储能电池结合、补偿铁芯或补偿线圈反馈控制或斩波控制，达到取能的目的。以上方案设计不能很好地解决取能难点。采用平波电抗器提高了取能电流下限；铁芯上开气隙拓宽了取能电流范围，但是增大了小电流取能难度；蓄电池使用寿命短，且质量大，不能长时间在小电流情况下供电；引入补偿线圈和补偿绕组在小电流下也会消耗磁动势，致使无法取能；反馈控制式和斩波控制式等方式使得电路复杂化，且会耗能，取能功率较小，对于长期稳定运行不利。

发明内容

本发明为解决现有电流传感器感应取能技术下限死区高、低电流情况下输出功率小的问题，提供一种高压输电线路感应取电装置，在一次电流较小的情况下，通过增加并联磁芯的个数实现提升取能效率，增大输出功率的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种高压输电线路感应取电装置，包括等效取能线圈、整流稳压模块、过流保护模块、负载匹配模块，等效取能线圈包括并联的纳米晶磁芯取能线圈，等效取能线圈的输出端与整流稳压模块的一端连接，整流稳压模块的另一端与过流保护模块的一端连接，过流保护模块的另一端与负载匹配模块的一端连接，负载匹配模块的另一端与负载连接。

按上述技术方案，并联的纳米晶磁芯取能线圈中，各纳米晶磁芯取能线圈的铁芯截面积、线圈匝数、平均磁路长度与内部线阻R均相同，各纳米晶磁芯取能线圈的绕线方向相同。

按上述技术方案，等效取能线圈中纳米晶磁芯取能线圈的个数N为，

P_需为负载需要的功率，A为绕线灌封好的纳米晶磁芯取能线圈的有效磁芯面积，D_O为磁芯的外径，D_I为磁芯的内径，I₁为输电线上电流，f为频率，μ为相对磁导率，N取正整数。

按上述技术方案，还包括功率检测模块和负载匹配控制模块，功率检测模块的一端与负载连接，功率检测模块的另一端与负载匹配控制模块的一端连接，负载匹配控制模块的另一端与负载匹配模块连接。

按上述技术方案，负载匹配模块为可调变压器。负载匹配控制模块调节可调变压器，改变可调变压器的变比，将负载的等效阻抗和纳米晶磁芯取能线圈内部线阻R相匹配，功率检测模块检测负载所得到的功率，并将该功率转化为检测信号输入负载匹配控制模块，负载匹配控制模块根据检测功率调节可调变压器的变比。负载匹配控制模块根据检测功率调节可调变压器变比的原理具体为，根据最大功率传输原理，当且仅当负载的等效阻抗与纳米晶磁芯取能线圈内部线阻R相等时，负载得到功率最大化。因此可用最小二乘法作为负载匹配控制模块内部算法。首先将可调变压器输出端电压增加一个ΔU，同时检测负载功率，若负载得到功率增大，则继续增加，若减少，则减小一个ΔU。最终将动态调整到负载功率最大值处。