专利名称：基于功率控制法的高压输电线路ct取电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高电压技术领域的取电装置，尤其是一种基于功率控制法的高压输电线路CT取电装置。
背景技术：
电力系统高压侧测量设备如光电式电流互感器、输电线路温度测量设备、高压断路器母线温度测量设备等直接测量高压侧信息，然后通过光纤或者无线网络把采集信息传送至低压端，这样大大简化了绝缘的要求，并且提高了采集信号的精度。但是高压侧测量设备不能通过低压侧导线直接对其供电，所以高压侧测量设备的供电问题是高压侧测量设备可靠运行的关键。 经检索文献发现武汉大学申请的专利，申请号为200410061314. 9，名称为用于
架空高压输电导线的感应取电装置，该技术利用电流互感器原理从高压输电导线上获取电能，但是该技术没有给出输电线路负载电流在其整个工作范围内的有效输出功率，尤其是在输电线路空载时的输出功率，并且在输电线路负荷电流较大时，取电装置发热严重。武汉大学申请的另一份专利，申请号为200820066665. 2名称为高压线路感应取电装置，该技术同样利用互感器原理从输电线路上取电，其给出的指标为80A-300A时输出的功率为20-110W，但是输电线路空载时，导线电流仅为40A左右，也未给出此时取电装置的输出功率，并且随着输电线路上电流的增加，取电装置亦会发热越来越严重。上述两个专利中后备电源都是锂电池，而锂电池受其寿命，工作温度等限制，不适合长期工作在野外输电线路上。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于功率控制法的高压输电线路CT取电装置，可实现在较大的电流范围内输出稳定的功率，并且在输电线路电流较大时，避免发生磁芯不饱和和严重发热现象。
本发明包括 取电磁芯、环绕于所述取电磁芯的取电磁芯线圈、穿设于所述取电磁芯的高压输电线路，用以构成电流互感器而获取感应后的交流电压和交流电流； 整流滤波模块，用以将所述感应后的交流电压和交流电流转变成直流电压和直流电流； 稳压输出模块，用以输出稳定电压； 过压保护及切换继电器模块，其连接所述取电磁芯线圈和整流滤波模块，用以避免所述高压输电线路发生短路或产生高感应电流和感应电压对后级电路的破坏；
DC/DC模块，其与所述整流滤波模块相连，用以接收所述整流滤波模块产生的固定直流电压和直流电流并将其转化为可变的直流电压和直流电流； 电源管理模块，其连接所述DC/DC模块和稳压输出模块，用以实时检测所述高压输电线路的感应电流并动态调整输入到所述DC/DC模块的电流和电压使得输出功率等于系统所需功率。 作为本发明的一种优选方案，与取电磁芯并排设置的是测量磁芯，高压输电线路同时穿设于电磁芯和测量磁芯，环绕于所述测量磁芯的测量磁芯线圈以及连接所述测量磁芯线圈与电源管理模块的取样电路，用以辅助所述电源管理模块对所述高压输电线路的感应电流的实时检测。 作为本发明的一种优选方案，在整流滤波模块和电源管理模块之间设置电压电流检测模块，其连接所述整流滤波模块和电源管理模块，用以计算于所述高压输电线路的当前电流下输入到所述DC/DC模块的最佳电流和电压值。 作为本发明的一种优选方案，在电源管理模块和稳压输出模块之间设置法拉电容，其连接于所述电源管理模块和稳压输出模块，用以辅助所述电源管理模块的动态调整输入到所述DC/DC模块的电流和电压。 所述过压保护及切换继电器模块包括第一、二大功率稳压二极管、瞬态抑制管、继电器及其驱动，所述继电器的驱动包括一电阻、一肖特基二极管以及一三极管，其中，所述第一大功率稳压二极管的正极接所述继电器的第七脚位，其负极接所述第一大功率稳压二极管的负极；所述第二大功率稳压二极管的正极接所述继电器的第4脚位；所述瞬态抑制管的负极接所述整流滤波模块，其正极接地；所述继电器的第3脚位和第8脚位接所述取电磁芯线圈，其第2脚位和第9脚位短接，其第一脚位经所述驱动的电阻接电源并同时接所述
驱动的肖特基二极管的负极，其第io脚位接所述驱动的三极管的集电极并同时接所述肖
特基二极管的正极；所述驱动的三极管的发射极接地，其基极接所述电源管理模块。
所述整流滤波模块包括整流桥和相互并联的第一、二滤波电容，其中，所述整流桥的第2脚位接所述过压保护及切换继电器模块的继电器的第7脚位，其第3脚位接所述电压电流检测模块；所述第一滤波电容的正极接所述整流桥的第1脚位，其负极接地。
所述DC/DC模块包括DC/DC芯片，第一、四、五、七、八、九、二电容，第四、五、六、七、八电阻以及第五、六二极管，其中，所述DC/DC芯片第3、4脚位接V0UT端，其第8脚位经所述第四电阻接地，其第9脚位经所述第四电容接地，其第11脚位经所述第五电容接地，其第1脚位经所述第一电容接地，其第17、 18、 19脚位短接后经所述第六电容接至其第20脚位且同时接第五二极管的负极，其第15、16脚位短接后接至所述第五二极管的正极，其第12脚接电源；所述第五电阻和所述第八电容串联后分别接到所述DC/DC芯片的第6脚位和第7脚位；所述第七电阻跨接电源和所述DC/DC芯片的第12脚位之间；所述第八电阻跨接在所述DC/DC芯片的第12脚位和接地端之间；所述第七电容一端接所述DC/DC芯片的第17脚而另一端接所述第六电阻，所述第六电阻的另一端接地；所述第二电容的正极接电源而负极接地；所述第九电容与所述第二电容并联。 所述电压电流检测模块包括原边电流测量电路，DC/DC输入电流测量电路和DC/DC输入电压测量电路，其中 所述原边电流测量电路包括罗氏电流互感器以及由第一运算放大器、第十六电阻和第十三电容构成的积分电路，所述高压输电线路从所述罗氏电流互感器的中心穿过，所述罗氏电流互感器的副边输出分别接所述第一运算放大器的第2脚位和第3脚位，所述第十三电容与第十六电阻并联后跨接至所述第一运算放大器的第1脚位和第2脚位之间，所
6述第一运算放大器的第8脚位接电源而第4脚位接地； 所述DC/DC输入电流测量电路包括霍尔电流互感器以及由第二运算放大器、第十七电阻和第十四电容构成的积分式低频电流传感器测量电路，所述过压保护及切换继电器模块的继电器和所述整流滤波模块的整流桥之间的连线从所述霍尔电流互感器中心穿过，所述霍尔电流互感器副边输出分别接所述第二运算放大器的第5脚位和第6脚位，所述第十四电容和第十七电阻联后跨接至所述第二运算放大器的第6脚位和第7脚位之间；
所述DC/DC输入电压测量电路包括第二电阻、第三电阻以及第三电容，所述第二电阻跨接于V0UT端和VoltDet端之间，所述第三电阻和第三电容并联后跨接于VoltDet端和接地端之间。 所述的电源管理模块包括充电控制电路和输出功率控制电路，其中
所述的充电控制电路包括第九、十电阻、第二接口、场效应管和三极管；所述的场效应管的第2脚位接电源、第1脚位接所述充电控制电路的三极管的集电极，第3脚位接所述第二接口的第3、4脚位；所述第十电阻跨接在电源端和所述的三极管的集电极之间；所述第九电阻一端接C即—ChgEN而另一端接所述三极管的基极，所述三极管的发射极接地；所述第二接口的第一、二脚位短接后接V—C即+，第3、4脚短接后接地，外接所述法拉电容；
所述的输出功率控制电路包括第十一、十二、十八、十九电阻、第十电容、第一接口和单片机；所述第i^一电阻一端V—C即+，另一脚接C即—VoltMSR ;所述第十二电阻和第十电容并联后一端接C即—VoltMSR，另一端接地；所述单片机的第2脚接C即—ChgEN，第3脚接地、第6脚接电源、第9脚接所述第一接口的第3脚位、第10脚接所述第一接口的第二脚位、第11脚接Cap—VoltMSR端、第12脚接PriCrrtDct端、第13脚接SecCrrtDct端、第14脚接VoltDet端，第23脚接RelayCtrl端；第一接口为所述单片机程序下载接口 ，其第1脚位接电源、第4脚位接地。 作为本发明的一种优选方案，所述的稳压输出模块包括稳压芯片、第二电感、第三、四、十一、十二电容、第十四、十五电阻以及第七二极管，所述稳压芯片的第5脚位接V—Cap+端、第1脚位经所述第十三电阻和第十一电容接地、第3脚位悬空、第六、七脚位接地、第2脚位经第十五电阻接地且经第十四电阻接电源、第8脚位接所述第七二极管的正极，所述第二电感跨接在所述稳压芯片的第五、八脚位之间；所述第三电容跨接于V_fep+端和接地端之间，所述第七二极管负极接电源，所述第四、十二电容跨接于电源端和接地端之间。
本发明取电磁芯线圈从高压输电线路上感应出交流电压后，经整流滤波电路把交流电压变成直流电压提供给DC/DC模块，电源管理模块实时监测高压输电线路的电流计算出在当前高压输电线路电流的情况下，输入到DC/DC模块最佳的电压、电流值，然后通过改变法拉电容的充电电流，动态调整输入到DC/DC模块最佳的电压、电流值，直至其输出功率等于系统所需功率，这样取电装置没有多余的热量产生。稳压输出模块负责把法拉电容的电压稳定在+5V输出。当法拉电容充电完毕后，电源管理模块切断过压保护及切换继电器中的切换继电器，此时取电线圈副边短路，工作在备用状态。当法拉电容的电压低于阀值电压时，电源管理模块吸合过压保护及切换继电器中的切换继电器，此时取电线圈工作在供电状态。 本发明的技术效果在于，通过对互感器输出功率点的控制，可在输电线路负载电流为30-1000A时稳定输出1W的功率并且在输电线路电流较大时，磁芯不饱和，也不存在发
7热问题。
图1是本发明的基于功率控制法的高压输电线路CT取电装置的电路方框 图2是本发明的过压保护及切换电器、整流滤波电模块和电压电流检测模块的电路原理图； 图3是本发明的DC/DC模块的电路原理图； 图4是本发明的电源管理模块和稳压输出模块的电路原理图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括取电磁芯线圈1、取电磁芯2、测量磁芯线圈4、测量磁芯5、取样电路6、过压保护及切换继电器7、整流滤波电路8、DC/DC模块9、电压电流检测电路10、电源管理模块11、法拉电容12以及稳压输出电路13，高压输电线路3先后从取电磁芯2和测量磁芯5中间穿过，取电磁芯2和测量磁芯5外面分别为取电磁芯线圈1、测量磁芯线圈4，取电磁芯线圈1与过压保护及切换继电器7连接，过压保护及切换继电器7、整流滤波电路8、DC/DC模块9、电源管理模块11、稳压输出电路13依次连接；整流滤波电路8进一步与电压电流检测电路10连接，电压电流检测电路10又连接到电源管理模块11 ;电源管理模块11进一步与法拉电容12连接，法拉电容12又连接到稳压输出电路13 ;测量磁芯线圈4与取样电路连接6，取样电路6连接进一步与电源管理模块11连接。
如图2所示，所述的过压保护及切换继电器7电路包括包括第一、二大功率稳压二极管D1、D2、瞬态抑制管D3、继电器U8及其驱动，所述继电器U8的驱动包括一电阻R23、一肖特基二极管D8以及一三极管Q4，其中，所述第一大功率稳压二极管D1的正极接所述继电器U8的第7脚位，其负极接所述第一大功率稳压二极管D2的负极；所述第二大功率稳压二极管D2的正极接所述继电器U8的第4脚位；所述瞬态抑制管D3的负极接所述整流滤波模块8，其正极接地；所述继电器U8的第3脚位和第8脚位接所述取电磁芯线圈1的副边输出端，其第2脚位和第9脚位短接，其第1脚位经所述驱动的电阻R23接+5VDC并同时接所述驱动的肖特基二极管D8的负极，其第10脚位接所述驱动的三极管Q4的集电极并同时接所述肖特基二极管D8的正极，所述驱动的三极管Q4的基极接RelayCtrl端子；所述驱动的三极管Q4的发射极接地，其基极接所述电源管理模块11。所述第一、二大功率稳压二极管Dl、 D2为12V/50W的大功率稳压二极管，当输电线路负载电流较低时，第一、二大功率稳压二极管D1、D2都不导通，保证取电线圈获得的功率全部都可以输送给负载，当输电线路负载电流较高时所述第一、二大功率稳压二极管D1、 D2分别在整流桥的正、负半波电压超过12V时导通，把取能线圈的输出电压峰值钳位在13V左右，从而保护后级电路不被高压击坏。瞬态抑制二极管D3始终把输入到DC/DC模块9的输入电压限制在15V以下，保证DC/DC模块9不被高压击坏。继电器U8作为取电线圈工作状态切换继电器兼保护继电器，当电源管理模块11检测到第一运算放大器U5A的输出突然增大(输电线路发生短路故障)时，电源管理模块ll的第23脚位(RelayCtrl)输出低电平，继电器U8线圈失电，继电器的触点处于常闭状态，此时取电线圈副边短路且和后级断开，保护后级电路不被高压击坏。
如图2所示，所述的整流滤波电路8包括整流桥Ul和相互并联的第一、二滤波电 容El、 C2，其中，所述整流桥Ul的第2脚位接所述过压保护及切换继电器模块7的继电器 U8的第7脚位，其第3脚位接所述电压电流检测模块10的霍尔电流传感器U6的第3脚位； 所述第一滤波电容E1的正极接所述整流桥U1的第1脚位，其负极接地。所述整流桥U1为 耐压100V，额定电流为6A的整流桥，其负责把取电线圈输出的交流电压变成直流电压。所 述第一电容E1为耐压68V容量为1000uF的电解电容，主要用来减少整流桥输出电压的纹 波。所述第二滤波电容C2为0. luF的高频退耦电容，主要滤出电源上面的高频尖峰。
如图3所示，所述的DC/DC模块9包括DC/DC芯片U2，第一、四、五、七、八、九、二 电容C1、C4、C5、C7、C8、C9、E2，第四、五、六、七、八电阻R4、R5、R6、R7、R8以及第五、六二极 管D5、 D6，其中，所述DC/DC芯片U2第3、4脚位接V0UT端，其第8脚位经所述第四电阻R4 接地，其第9脚位经所述第四电容C4接地，其第11脚位经所述第五电容C5接地，其第一脚 位经所述第一电容Cl接地，其第17、 18、 19脚位短接后经所述第六电容C6接至其第20脚 位且同时接第五二极管D5的负极，其第15、16脚位短接后接至所述第五二极管D5的正极， 其第12脚接+6VD ;所述第五电阻R5和所述第八电容C8串联后分别接到所述DC/DC芯片 U2的第6脚位和第7脚位；所述第七电阻R7跨接+6VD和所述DC/DC芯片U2的第12脚位 之间；所述第八电阻R8跨接在所述DC/DC芯片U2的第12脚位和接地端之间；所述第七电 容C7 —端接所述DC/DC芯片U2的第17脚而另一端接所述第六电阻R6，所述第六电阻R6 的另一端接地；第一电感Ll 一端接DC/DC芯片U2的第17脚；所述第二电容E2的正极接 +6乂0而负极接地；所述第九电容C9与所述第二电容E2并联。其工作原理为成熟技术，不 做赘述。 如图2所示，所述的电压电流检测电路10包括原边电流测量电路，DC/DC输入电流 测量电路和DC/DC输入电压测量电路，其中所述原边电流测量电路包括罗氏电流互感器 U4以及由第一运算放大器U5A、第十六电阻R16和第十三电容C13构成的积分电路，所述高 压输电线路3从所述罗氏电流互感器U4的中心穿过，所述罗氏电流互感器U4的副边输出 分别接所述第一运算放大器U5A的第2脚位和第3脚位，所述第十三电容C13与第十六电 阻R16并联后跨接至所述第一运算放大器U5A的第1脚位和第2脚位之间，所述第一运算 放大器U5A的第8脚位接+5V而第4脚位接地。所述的积分电路把罗氏电流互感器U4的 副边输出调理成和输电线路负载电流成比例的且幅值在一定范围内的电压信号，供测量单 片机U7自带AD转换器采样。 所述DC/DC输入电流测量电路包括霍尔电流互感器U6以及由第二运算放大器 U5B、第十七电阻R17和第十四电容C14构成的积分式低频电流传感器测量电路，所述过压 保护及切换继电器模块7的继电器U8和所述整流滤波模块8的整流桥Ul之间的连线从所 述霍尔电流互感器U6中心穿过，所述霍尔电流互感器U6副边输出分别接所述第二运算放 大器U5B的第5脚位和第6脚位，所述第十四电容C14和第十七电阻R17并联后跨接至所 述第二运算放大器U5B的第6脚位和第7脚位之间。所述的积分式低频电流传感器测量电 路把取能线圈副边输出电流值转换成幅值电压信号，供测量单片机U7自带AD转换器采样。
所述DC/DC输入电压测量电路包括第二电阻R2、第三电阻R3以及第三电容C3，所 述第二电阻R2跨接于V0UT端和VoltDet端之间，所述第三电阻R3和第三电容C3并联后
9跨接于VoltDet端和接地端之间。所述的第二电阻R2、第三电阻R3以及第三电容C3构成 分压器把取能线圈副边的电压信号分压成可供单片机自带AD转换器采集的电压。
如图4所示，所述的电源管理模块11包括充电控制电路、输出功率控制电路，其 中 所述的充电控制电路包括第九、十电阻R9、 R10、第二接口 J2、场效应管Ql和三极 管Q2 ;所述的场效应管Ql的第2脚位接+5乂6、第1脚位接所述充电控制电路的三极管Q2 的集电极，第3脚位接所述第二接口 J2的第3、4脚位；所述第十电阻R10跨接在+5V6和所 述的三极管Q2的集电极之间；所述第九电阻R9 —端接C即—ChgEN而另一端接所述三极管 Q2的基极，所述三极管Q2的发射极接地；所述第二接口 J2的第1、2脚位短接后接V_Cap+， 第3、4脚短接后接地，外接所述法拉电容12。当所述三极管Q2基极为高电平时三极管Q2 导通，所述三极管Q2的集电极为低电平时所述场效应管Q1导通，充电电路导通，开始充电， 控制信号为P丽波形，通过调节每个周期的占空比来改变法拉电容的充电电流；
所述的输出功率控制电路包括第i^一、十二、十八、十九电阻Rll、 R12、 R18、 R19、 第十电容C10、第一接口 Jl和单片机U7 ;所述第十一电阻Rll —端V_Cap+，另一脚接Cap_ VoltMSR ;所述第十二电阻R12和第十电容CIO并联后一端接C即—VoltMSR，另一端接地；所 述单片机U7的第2脚接Cap_ChgEN，第3脚接地、第6脚接电源、第9脚接所述第一接口 Jl 的第3脚位、第10脚接所述第一接口 Jl的第2脚位、第11脚接C即—VoltMSR端、第12脚 接PriCrrtDct端、第13脚接SecCrrtDct端、第14脚接VoltDet端，第23脚接RelayCtrl 端；第一接口 Jl为所述单片机U7程序下载接口，其第一脚位接+3￥、第四脚位接地。
取能线圈在工作状态时，所述单片机U7的23脚(RelayCtrl)输出高电平切换继 电器U8吸合，单片机U7通过内置AD转换器实时测量PriCrrtDct、SecCrrtDct、VoltDet的 值，然后根据电流互感器、电压分压器的比例关系得到输电线路负载电流11 ，输入到DC/DC 模块9的电流12，输入到DC/DC模块9的电压U2，所述单片机U7计算在11条件下，提供负 载所耗功率时的磁化电流值，进一步计算出所需输入到DC/DC模块9的电流I2，然后通过调 节充电电路中P丽波形的占空比，改变法拉电容充电电流的大小，进一步改变输入到DC/DC 模块9的电流，从而使取电线圈的输出功率始终等于负载所需功率。此工作方式可有效的 解决取电装置发热问题。当超级电容的电压达到5.4V时，所述单片机U7的23(RelayCtrl) 脚输出低电平继电器释放，取能线圈副边短路，工作在轻载状态，亦无热量产生。当所述单 片机U7检测到超级电容电压下降至4. 5V时，所述单片机U7的23脚输出高电平切换继电 器U8吸合，取能线圈又切换至正常工作状态。 如图4所示，所述的稳压输出电路13包括稳压芯片U3、第二电感L2、第三、四、 i^一、十二电容E3、 E4、 Cll、 C12、第十四、十五电阻R14、 R15以及第七二极管D7，所述稳压 芯片U3的第5脚位接V_Cap+端、第1脚位经所述第十三电阻R13和第十一电容Cll接地、 第3脚位悬空、第6、7脚位接地、第二 2脚位经第十五电阻R15接地且经第十四电阻R14接 +5乂0(]、第8脚位接所述第七二极管D7的正极，所述第二电感L2跨接在所述稳压芯片U3的 第五、八脚位之间，所述第三电容E3跨接于V_fep+端和接地端之间，所述第七二极管D7负 极接+5乂0(:，所述第四、十二电容E4、 C12跨接于+5VDC端和接地端之间。稳压输出电路13 把超级电容的输出电压经变换后稳定的输出在+5V，其为现有技术不做赘述。
本实施例取电磁芯线圈1从高压输电线路3上感应出交流电压后，经整流滤波电路8把交流电压变成直流电压提供给DC/DC模块9，电源管理模块11实时监测高压输电线 路3的电流，计算出在当前高压输电线路3电流的情况下，输入到DC/DC模块9最佳的电压、 电流值，然后通过改变法拉电容12的充电电流，动态调整输入到DC/DC模块9最佳的电压、 电流值，直至其输出功率等于系统所需功率，这样取电装置没有多余的热量产生。稳压输出 模块13负责把法拉电容12的电压稳定在+5V输出。当法拉电容12充电完毕后，电源管理 模块11切断过压保护及切换继电器7中的切换继电器，此时取电磁芯线圈1副边短路，工 作在备用状态。当法拉电容12的电压低于阀值电压时，电源管理模块11吸合切断过压保 护及切换继电器7中的切换继电器，此时取电磁芯线圈1工作在供电状态。
权利要求
一种基于功率控制法的高压输电线路CT取电装置，包括取电磁芯(2)、环绕于所述取电磁芯(2)的取电磁芯线圈(1)、穿设于所述取电磁芯(2)的高压输电线路(3)，用以构成电流互感器而获取感应后的交流电压和交流电流；整流滤波模块(8)，用以将所述感应后的交流电压和交流电流转变成直流电压和直流电流；稳压输出模块(13)，用以输出稳定电压；其特征在于，还包括过压保护及切换继电器模块(7)，其连接所述取电磁芯线圈(1)和整流滤波模块(8)，用以避免所述高压输电线路(3)发生短路或产生高感应电流和感应电压对后级电路的破坏；DC/DC模块(9)，其与所述整流滤波模块(8)相连，用以接收所述整流滤波模块(8)产生的固定直流电压和直流电流并将其转化为可变的直流电压和直流电流；以及电源管理模块(11)，其连接所述DC/DC模块(9)和稳压输出模块(13)，用以实时检测所述高压输电线路(3)的感应电流并动态调整输入到所述DC/DC模块(9)的电流和电压使得输出功率等于系统所需功率。
2. 如权利要求1所述的基于功率控制法的高压输电线路CT取电装置，其特征在于与取电磁芯(2)并排设置的是测量磁芯(5)，高压输电线路(3)同时穿设于电磁芯(2)和测量磁芯(5)，环绕于所述测量磁芯(5)的测量磁芯线圈(4)以及连接所述测量磁芯线圈(4)与电源管理模块(11)的取样电路(6)，用以辅助所述电源管理模块(11)对所述高压输电线路(3)的感应电流的实时检测。
3. 如权利要求1所述的基于功率控制法的高压输电线路CT取电装置，其特征在于在整流滤波模块(8)和电源管理模块(11)之间设置电压电流检测模块(10)，用以计算于所述高压输电线路(3)的当前电流下输入到所述DC/DC模块(9)的最佳电流和电压值。
4. 如权利要求1所述的基于功率控制法的高压输电线路CT取电装置法，其特征在于在电源管理模块(11)和稳压输出模块(13)之间设置法拉电容(12)，用以辅助所述电源管理模块(11)的动态调整输入到所述DC/DC模块(9)的电流和电压。
5. 如权利要求1所述的基于功率控制法的高压输电线路CT取电装置，其特征在于所述过压保护及切换继电器模块(7)包括第一、二大功率稳压二极管(Dl、 D2)、瞬态抑制管(D3)、继电器(U8)及其驱动，所述继电器(U8)的驱动包括一电阻(R23)、一肖特基二极管(D8)以及一三极管(Q4)，其中，所述第一大功率稳压二极管(Dl)的正极接所述继电器(U8)的第7脚位，其负极接所述第一大功率稳压二极管(D2)的负极；所述第二大功率稳压二极管(D2)的正极接所述继电器(U8)的第4脚位；所述瞬态抑制管(D3)的负极接所述整流滤波模块(8)，其正极接地；所述继电器(U8)的第3脚位和第8脚位接所述取电磁芯线圈(1)，其第2脚位和第9脚位短接，其第1脚位经所述驱动的电阻(R23)接电源并同时接所述驱动的肖特基二极管(D8)的负极，其第IO脚位接所述驱动的三极管(Q4)的集电极并同时接所述肖特基二极管(D8)的正极；所述驱动的三极管(Q4)的发射极接地，其基极接所述电源管理模块(11)。
6. 如权利要求1、3或者5所述的基于功率控制法的高压输电线路CT取电装置，其特征在于所述整流滤波模块(8)包括整流桥(Ul)和相互并联的第一、二滤波电容(E1、C2)，其中，所述整流桥(Ul)的第2脚位接所述过压保护及切换继电器模块(7)的继电器(U8)的第7脚位，其第3脚位接所述电压电流检测模块(10);所述第一滤波电容(El)的正极接所述整流桥(Ul)的第1脚位，其负极接地。
7. 如权利要求1或者3所述的基于功率控制法的高压输电线路CT取电装置，其特征在于所述DC/DC模块(9)包括DC/DC芯片(U2)，第一、四、五、七、八、九、二电容(C1、C4、C5、C7、C8、C9、E2)，第四、五、六、七、八电阻(R4、R5、R6、R7、R8)以及第五、六二极管(D5、D6)，其中，所述DC/DC芯片(U2)第3、4脚位接V0UT端，其第8脚位经所述第四电阻(R4)接地，其第9脚位经所述第四电容(C4)接地，其第11脚位经所述第五电容(C5)接地，其第一脚位经所述第一电容(Cl)接地，其第17、18、19脚位短接后经所述第六电容(C6)接至其第20脚位且同时接第五二极管(D5)的负极，其第15、16脚位短接后接至所述第五二极管(D5)的正极，其第12脚接电源；所述第五电阻(R5)和所述第八电容(C8)串联后分别接到所述DC/DC芯片(U2)的第6脚位和第7脚位；所述第七电阻(R7)跨接电源和所述DC/DC芯片(U2)的第12脚位之间；所述第八电阻(R8)跨接在所述DC/DC芯片(U2)的第12脚位和接地端之间；所述第七电容(C7) —端接所述DC/DC芯片(U2)的第17脚而另一端接所述第六电阻(R6)，所述第六电阻(R6)的另一端接地；所述第二电容(E2)的正极接电源而负极接地；所述第九电容(C9)与所述第二电容(E2)并联。
8. 如权利要求3或者6所述的基于功率控制法的高压输电线路CT取电装置，其特征在于所述电压电流检测模块(10)包括原边电流测量电路，DC/DC输入电流测量电路和DC/DC输入电压测量电路，其中所述原边电流测量电路包括罗氏电流互感器(U4)以及由第一运算放大器(U5A)、第十六电阻(R16)和第十三电容(C13)构成的积分电路，所述高压输电线路(3)从所述罗氏电流互感器(U4)的中心穿过，所述罗氏电流互感器(U4)的副边输出分别接所述第一运算放大器(U5A)的第2脚位和第3脚位，所述第十三电容(C13)与第十六电阻(R16)并联后跨接至所述第一运算放大器(U5A)的第l脚位和第2脚位之间，所述第一运算放大器(U5A)的第8脚位接电源而第4脚位接地；所述DC/DC输入电流测量电路包括霍尔电流互感器(U6)以及由第二运算放大器(U5B)、第十七电阻(R17)和第十四电容(C14)构成的积分式低频电流传感器测量电路，所述过压保护及切换继电器模块(7)的继电器(U8)和所述整流滤波模块(8)的整流桥(Ul)之间的连线从所述霍尔电流互感器(U6)中心穿过，所述霍尔电流互感器(U6)副边输出分别接所述第二运算放大器(U5B)的第5脚位和第6脚位，所述第十四电容(C14)和第十七电阻(R17)并联后跨接至所述第二运算放大器(U5B)的第6脚位和第7脚位之间；所述DC/DC输入电压测量电路包括第二电阻(R2)、第三电阻(R3)以及第三电容(C3)，所述第二电阻(R2)跨接于VOUT端和VoltDet端之间，所述第三电阻(R3)和第三电容(C3)并联后跨接于VoltDet端和接地端之间。
9. 如权利要求1、2、3、4或者5所述的基于功率控制法的高压输电线路CT取电装置，其特征在于所述的电源管理模块(11)包括充电控制电路和输出功率控制电路，其中所述的充电控制电路包括第九、十电阻(R9、R10)、第二接口 (J2)、场效应管(Ql)和三极管(Q2);所述的场效应管(Ql)的第2脚位接电源、第1脚位接所述充电控制电路的三极管(Q2)的集电极，第3脚位接所述第二接口 (J2)的第3、4脚位；所述第十电阻(R10)跨接在电源端和所述的三极管(Q2)的集电极之间；所述第九电阻(R9) —端接C即—ChgEN而另一端接所述三极管(Q2)的基极，所述三极管(Q2)的发射极接地；所述第二接口 (J2)的第·1、2脚位短接后接Vj:即+，第3、4脚短接后接地，外接所述法拉电容(12);所述的输出功率控制电路包括第十一、十二、十八、十九电阻(R11、R12、R18、R19)、第十电容(C10)、第一接口 (Jl)和单片机(U7);所述第十一电阻(R11) —端V—C即+，另一脚接C即—VoltMSR ;所述第十二电阻(R12)和第十电容(C10)并联后一端接C即—VoltMSR，另一端接地；所述单片机(U7)的第2脚接C即—ChgEN，第3脚接地、第6脚接电源、第9脚接所述第一接口 (Jl)的第3脚位、第IO脚接所述第一接口 (Jl)的第2脚位、第11脚接C即—VoltMSR端、第12脚接PriCrrtDct端、第13脚接SecCrrtDct端、第14脚接VoltDet端，第23脚接RelayCtrl端；第一接口 (Jl)为所述单片机(U7)程序下载接口 ，其第一脚位接电源、第四脚位接地。
10.如权利要求1或者4所述的基于功率控制法的高压输电线路CT取电装置，其特征在于所述的稳压输出模块(13)包括稳压芯片(U3)、第二电感(L2)、第三、四、十一、十二电容(E3、E4、C11、C12)、第十四、十五电阻(R14、R15)以及第七二极管(D7)，所述稳压芯片(U3)的第5脚位接V—C即+端、第1脚位经所述第十三电阻(R13)和第十一电容(C11)接地、第3脚位悬空、第6、7脚位接地、第二2脚位经第十五电阻(R15)接地且经第十四电阻(R14)接电源、第8脚位接所述第七二极管(D7)的正极，所述第二电感(L2)跨接在所述稳压芯片(U3)的第五、八脚位之间，所述第三电容(E3)跨接于V—C即+端和接地端之间，所述第七二极管(D7)负极接电源，所述第四、十二电容(E4、C12)跨接于电源端和接地端之间。
全文摘要
本发明提供一种高电压技术领域的基于功率控制法的高压输电线路CT取电装置。高压输电线路先后从取电磁芯和测量磁芯中间穿过，取电磁芯和测量磁芯外面分别取电磁芯线圈、测量磁芯线圈，取电磁芯线圈与过压保护及切换继电器连接，过压保护及切换继电器、整流滤波电路、DC/DC模块、电源管理模块、稳压输出电路连接；整流滤波电路与电压电流检测电路连接，电压电流检测电路连接到电源管理模块；电源管理模块与法拉电容连接，法拉电容连接到稳压输出电路；测量磁芯线圈与取样电路连接，取样电路与电源管理模块连接。本发明实现在较大的电流范围内输出稳定的功率，并且在输电线路电流较大时，避免发生磁芯不饱和现象，也不存在发热问题。
文档编号G01R19/00GK101697430SQ20091030962
公开日2010年4月21日 申请日期2009年11月12日 优先权日2009年11月12日
发明者刘亚东, 曾奕, 李振家, 江秀臣, 盛戈皞 申请人:上海交通大学;