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结合超级电容和锂电池的电流互感器取能电源研究

周健瑶  
【摘要】:输电线路在电网构架中承担着电能输送的作用,若发生故障后将对整个电网造成巨大影响,在线监测技术为输电线路的安全运行提供了保障。由于输电线路电压等级高,所处环境复杂,监测设备的电源供给问题一直是制约在线监测技术发展的瓶颈之一。 本文对现有供电电源进行了归纳总结,并在前人研究的基础上,针对本实验室的雷电计数器远程监测系统研制了一种结合超级电容和锂电池的电流互感器(CT)取能电源。该电源利用CT通过电磁感应从高压侧输电线路上截取能量,经过后续电路处理后输出稳定直流电压为监测设备供能。研究CT进行功率传输的基本电磁关系,建立取能电源等效电路模型,分析各参数对CT输出功率的影响,实现参数匹配以保证CT处于高效率取能状态。依照分级供能的原则对电源进行系统和硬件电路设计,使用锂电池作为备用电源,针对线路电流的变化使电源工作在不同状态,电源具有良好的适应性。利用超级电容的电压钳制作用有效防止铁芯饱和,其瞬时大功率特性能够满足带有通信模块的监测设备的需求;锂电池作为备用电源在线路电流较小时自动接入为监测设备续能,消除了取能死区;开关管和继电器自动调节电源工作状态,以适应线路电流的大范围变化;过压保护、过流保护、锂电池充放电保护模块有效的保证了电源安全稳定的运行。 通过模拟实验对电源的不同工作状态进行测试,结果表明:在0到800A的线路电流范围内,铁芯均不会饱和,电源能以5V直流电压实现2.5W稳定功率输出,例如:当线路电流小于70A时,电源需锂电池辅助供能(输电线彻底断电时,锂电池能单独供能2小时以内);线路电流大于70A时,电源通过超级电容能单独供能,并同时对锂电池进行充电。此外,电源具备瞬时大功率特性,可瞬时输出12W以上功率。 可见,本文所研制的CT取能电源能在宽范围线路电流下为监测设备实现稳定供能,无取能死区,且能提供瞬时大功率。


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