[发明专利]一种电流互感器取电电源的优化设计方法及系统

权利要求书

1.一种电流互感器取电电源的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立计及电能处理模块影响的取电电流互感器输出模型，分析取电电流互感器输出功率与滤波电容电压之间的关系，获得最大输出功率以及输出最大功率时的条件，具体为：

S101、建立计及电能处理模块影响的取电电流互感器输出模型用于分析取电电流互感器输出特性；

S102、根据步骤S101建立的模型，分析计及磁芯饱和时的取电电流互感器功率输出特性，获得取电电流互感器输出功率的数学表达式以及输出最大功率时的电容电压取值，计及磁芯饱和时的取电电流互感器功率输出特性具体为：

当取电电流互感器二次侧空载电压幅值e_max大于电容电压u_c时，每半个周期内整流桥内的二极管导通，取电电流互感器二次侧实际输出电压是平顶波，电容C呈现电压源特性；

取电电流互感器二次侧输出电流连续时，当输电线路中的电流继续变大时，二次侧空载电压升高，若电容电压u_c不变，方波周期T′等于一次侧电流i₁周期T，取电电流互感器二次侧有电流输出；当输电线路电流不变，电容电压u_c变小时，取电电流互感器输出电流i₂同样连续；

取电电流互感器输出电流断续时，输电线路电流为电容充电所需时间大于输电电流周期；当电容电压u_c超过取电电流互感器二次侧输出电压时，取电电流互感器输出电流i₂波形处于断续状态，当磁芯进入饱和区域时，二次侧电流连续，当二次侧电流断续时，磁芯处于深度饱和状态；临界饱和电容电压小于等于使电流断续的电容电压分界点，设定电容电压等于临界饱和电容电压以保证取电电流互感器工作在线性区域；

S103、根据步骤S102所得取电电流互感器功率输出特性，获得计及磁芯饱和时取电电流互感器输出最大功率的设定条件，计及磁芯饱时取电电流互感器输出最大功率如下：

其中，μ为磁芯材料磁导率，I_p为输电线路电流，S为磁芯有效横截面积，T为输电线路电流周期，l为磁芯平均磁路长度，B_sat为磁芯饱和磁感应强度，为转折电流；

S2、根据步骤S1得到的最大输出功率，利用遗传算法计算在体积、重量限制下，输出最大功率时磁芯的内径、外径、宽度，获得磁芯的设计参数；

S3、利用步骤S2获得的磁芯设计参数选取磁芯并构建Jiles-Atherton模型磁滞模型，通过参数辨识获得磁芯Jiles-Atherton模型参数M_s、a、α、k、c；

S4、设定输出最大功率时的滤波电容电压大小，代入步骤S3获得的磁芯Jiles-Atherton模型中计算得到设定电容电压下输出最大功率的最佳线圈匝数；

S5、根据步骤S1～S4获取的最大输出功率及输出最大功率时的条件、最大功率时磁芯的设计参数、磁芯Jiles-Atherton模型参数M_s、a、α、k、c以及最佳线圈匝数，配合电能处理模块和泄放电路设计完成电流互感器取电电源。

2.根据权利要求1所述的电流互感器取电电源的优化设计方法，其特征在于，步骤S2具体为：

S201、获取取电电流互感器设计参数大小参数要求；

S202、以最大化取电电流互感器输出功率为目标，待优化参数为取电电流互感器磁芯的内径、外径、宽度，构建目标函数；

S203、构建步骤S202目标函数的输出最大功率约束条件

其中，参数下标max和min分别代表最大值和最小值，D₁为磁芯外径，D₂为磁芯内径，w为磁芯宽度，m为磁芯重量，V为磁芯体积，为转折电流；

S204、利用改进遗传算法计算取电电流互感器输出最大功率为目标的函数在步骤S203构建的约束条件下的最优解，获得磁芯参数外径D₁、内径D₂、宽度w。