[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

说明书

本发明公开了一种电流互感器取电电源的优化设计方法及系统，建立计及电能处理模块影响的取电电流互感器输出模型，获得最大输出功率以及输出最大功率时的条件；根据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，输出最大功率功率时磁芯的内径、外径、宽度；利用获得的磁芯设计参数选择磁芯并构建Jiles‑Atherton模型磁滞模型，通过参数辨识获得磁芯Jiles‑Atherton模型参数；求取最优线圈匝数N；根据获取的最大输出功率、最大功率功率时磁芯的内径、外径、宽度、磁芯Jiles‑Atherton模型参数以及最优线圈匝数，配合电能处理模块设计完成电流互感器电源。本发明能够使电源在规定的限定条件下工作在非饱和区域且输出最大功率。

技术领域

本发明属于电流互感器取电电源优化设计技术领域，具体涉及一种电流互感器取电电源的优化设计方法及系统。

背景技术

基于电磁感应原理研制的电流互感器(电流互感器)取电电源为输电线路监测设备等提供了持续稳定的电能，其结构主要分为取电电流互感器部分和电能处理模块，分别对应获取电能和将电能转换为稳定电压的功能。其中，取电电流互感器直接从输电线路中获取电能，对电源的输出功率、饱和特性等起决定性作用，因此研究取电电流互感器的设计有重要意义。

目前，电流互感器取电电源主要存在两大问题，即取输电线路小电流时，取电功率不足；输电线路大电流时，电源磁芯容易饱和。为了解决上述问题，必须要对电流互感器的传递特性进行分析以确定电流互感器输出功率最大的条件，但是在大多数分析设计中忽视了电能处理模块阻抗与负载使后级阻抗呈非线性，简单以电阻作为负载，同时存在忽略磁芯饱和特性和磁滞特性的现象，导致分析获得的结果，例如电流互感器输出最大功率点、参数设计等与实际存在差距。另一方面，取电电流互感器的设计一般参考电流互感器的设计，二者的原理虽然相同，但取电电流互感器二次侧连接负载需要输出更多的功率，电流互感器二次侧接近短路，因此二者的设计方式并不完全等同；此外，实际使用时输电线路对设备体积、重量等存在要求，但现有技术并未在提高输出功率的同时考虑此类限制，使电流互感器电源在制作时其磁芯选择存在困难。最后，常用的开气隙防止磁芯饱和的方式，降低了磁芯的磁导率，导致电流互感器输出功率降低，目前存在通过钳制滤波电容电压并辅以泄放电路的方式控制磁芯饱和的技术，在不开气隙的同时取得了良好的效果，并通过功率分析，确定使磁芯饱和的临界电容电压为电流互感器电源工作的最佳功率点，值得注意的是滤波电容电压输出的直流电压直接为DC/DC等模块供能，而不同的线圈临界饱和电容电压大小不相等，因此不能随意设定，导致后级电能处理模块设计存在通用性差等缺陷，增加设计难度和制造成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电流互感器取电电源的优化设计方法及系统，能够使电源在规定的限定条件下工作在非饱和区域且输出最大功率。

本发明采用以下技术方案：

一种电流互感器取电电源的优化设计方法，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；

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；