一种模块化感应取电电源及其控制方法与流程

本发明属于电气设备及电气工程建设领域，涉及一种模块化感应取电电源及其控制方法。

背景技术：

1、随着我国输电线路建设规模的逐年增大，对于在线监测设备的需求越来越大，对于在线监测设备的供电电源也产生了多样化的需求。与其他取能方式相比，线路感应取能方式具有受环境影响小、输出电能稳定的优势。然而，对于当前的感应取能电源而言，或无法提供足够的用电功率，或难以在线路波动的情况下稳定输出电能。因此，亟待引入新技术，来改善感应取能电源的性能。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种模块化感应取电电源，以解决现有的感应取能电源存在的无法提供足够的用电功率、难以在线路波动的情况下稳定输出电能的问题。

2、本发明实施例所采用的一个技术方案是：一种模块化感应取电电源，包括：

3、多路并联的感应取电电源，多路并联的感应取电电源基于输电线路进行磁感应取能，并输出负载所需的电能；

4、其中，每一路感应取电电源包括：

5、感应取电装置，感应取电装置基于输电线路进行磁感应取能；

6、可调电子负载，可调电子负载与感应取电装置的二次侧连接，进行磁芯二次侧的阻抗模拟；

7、dc-dc调压电路，dc-dc调压电路用于对每一路感应取电电源的可调电子负载的输出进行调压，对各路感应取电电源进行并联均流控制。

8、进一步的，每个所述的dc-dc调压电路包括第一开关管、第二开关管和lc电路，其中：

9、第一开关管的漏极与可调电子负载一端连接，第一开关管的源极一方面与lc电路的电感一端连接、另一方面与第二开关管的漏极连接，第二开关管的源极与可调电子负载的另一端连接，第一开关管和第二开关管的栅极分别连接对应的控制信号；

10、lc电路的电感另一端一方面与其电容一端连接、另一方面与负载的一端连接；

11、lc电路的电容另一端一方面与第二开关管的源极连接、另一方面与负载的另一端连接。

12、本发明实施例所采用的另一技术方案是：一种模块化感应取电电源的控制方法，包括以下步骤：

13、步骤s1、建立单个感应取电装置的等效电路模型，经过空载试验测量磁芯二次侧电压u2、二次侧电流i2、临界饱和电压us，折算磁芯的励磁电阻rm与励磁电抗xm；

14、步骤s2、以磁芯的临界饱和电压us为依据，根据折算临界饱和电流值i1s，根据临界饱和电流值i1s确定单个感应取电装置对应的可调电子负载的控制模式，n2为磁芯二次侧绕组匝数；并以单个感应取电装置的磁芯励磁特性为依据，控制可调电子负载进行对应控制模式下的阻抗模拟；

15、步骤s3、以可调电子负载的控制模式为依据，通过控制各感应取电电源的dc-dc调压电路，进行模块化感应取电电源的均流控制。

16、进一步的，步骤s1基于磁芯结构，经过空载试验测试，测量磁芯二次侧电压u2、二次侧电流i2和临界饱和电压us，根据及折算关系，获取磁芯的励磁电阻rm与励磁电抗xm，p2为磁芯二次侧功率值，zm为磁芯的励磁阻抗；

17、以空载试验测试结果为依据，运用变压器折算法，将每个感应取电装置的磁芯一次侧电流i1、励磁阻抗z1＝rm+jxm折算至二次侧，建立感应取电装置的等效电路模型，j为虚数单位。

18、进一步的，步骤s2根据临界饱和电流值i1s确定单个感应取电装置对应的可调电子负载的控制模式的过程如下：

19、当感应取电装置的磁芯一次侧电流值i1小于等于临界饱和电流值i1s时，对应的可调电子负载运行于最大磁通控制模式即最大功率控制模式，即r2＝rm，x2＝-xm，r2为磁芯二次侧电阻，x2为磁芯二次侧电抗；

20、当感应取电装置的磁芯一次侧电流值i1大于临界饱和电流值i1s时，对应的可调电子负载运行于恒磁通控制模式即恒电压控制模式，即x2＝-xm。

21、进一步的，可调电子负载通过恒电流控制模式进行阻抗模拟，具体过程为：

22、(1)生成指令电流：指令电流分为有功指令电流与无功指令电流有功指令电流幅值无功指令电流幅值有功指令电流的实时相位与无功指令电流的实时相位通过锁相环对磁芯二次侧电压u2进行锁相获得；利用幅值实时相位得到有功指令电流利用幅值实时相位得到无功指令电流

23、(2)将有功指令电流与无功指令电流相加得到总指令电流；

24、(3)总指令电流与磁芯实际二次侧电流i2做差得到电流偏差值，使用准比例谐振控制模块进行整定，准比例谐振控制模块的传递函数表达式为：

25、

26、其中，kp为比例系数，kr为谐振系数，ω0为谐振频率，s为复数频率；

27、(4)spwm模块根据准比例谐振控制模块的输出，在电流偏差值为正时控制可调电子负载的开关管使得磁芯的二次侧电流i2增加，使电流偏差值降低，在电流偏差值为负时控制可调电子负载的开关管使得磁芯的二次侧电流i2降低，使电流偏差值增加；最终将偏差值维持在0即实现对总指令电流的跟踪，从而实现可调电子负载对阻抗的模拟功能。

28、进一步的，步骤s3的模块化感应取电电源的dc-dc调压电路的控制方法为：

29、如dc-dc调压电路的输出功率已超过磁芯二次侧最大功率级输出最大功率或可调电子负载未达到平衡时，为恒功率均流控制模式，控制使dc-dc调压电路的第一开关管保持开通、第二开关管保持关断；

30、如可调电子负载已达到平衡且dc-dc调压电路的输出功率未超过磁芯二次侧最大功率，为恒压均流控制模式，此时各dc-dc调压电路分别采用双闭环控制模块进行控制，且各双闭环控制模块共用电压环，共用的电压环将计算得到的参考电压值uref与dc-dc调压电路输出的实际电压值做差；得到的电压差值经pi整定后再送给各双闭环控制模块的电流环，与各感应取能装置的lc电路的电感电流做差，最后的电流差值经过pi整定，转化为pwm信号；随后，将各感应取电电源的pwm信号进行延迟，延迟角度为＝360°/n，n为并联感应取电电源数目，从而控制感应取电电源的dc-dc调压电路的第一开关管和第二开关管的开断，实现并联均流与稳定电压输出。

31、进一步的，模块化感应取电电源的dc-dc调压电路的控制方法为：

32、

33、其中，dup、ddown对应为dc-dc调压电路的第一开关管占空比和第二开关管占空比；δu2为磁芯二次侧电压有效值的变化百分比，uo是dc-dc调压电路的输出电压，io是dc-dc调压电路的输出电流；po为n路并联的感应取电电源组成的模块化感应电源的期望输出功率，磁芯二次侧最大功率u2s为二次侧饱和电压即us；为可调电子负载进行阻抗模拟时的有功指令电流；uref为模块化感应取电电源的dc-dc调压电路的双闭环控制模块共用的电压环参考电压，rl为负载电阻阻值，pno为各感应取电电源的均分功率，pno＝po/n。

34、本发明实施例的有益效果是：

35、1.电源模块化设计，可多个取能电源并联，且并联数目灵活可调，各并联单元取能电源出力相等，可进一步提高取能电源最大功率输出能力；同时输出电压灵活可调整，可满足不同在线监测设备的电压与功率需求，解决了现有的感应取能电源存在的无法提供足够的用电功率的问题；

36、2.大电流波动范围下的稳定取能能力，输电线路50-500a的波动下保持磁芯处于临界饱和状态，输出功率稳定，提高取能电源的可靠性，解决了现有的感应取能电源难以在线路波动的情况下稳定输出电能的问题。