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专利号: 2020105164802
申请人: 南京师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种宽流带输电线路自供电电流检测系统,其特征在于,包括套设在输电线路上的电流检测装置和取能装置,电流检测装置用于一次侧电流检测,取能装置为电流检测装置提供电能;

取能装置包括取能磁芯、取能绕组、补偿绕组II、取能装置励磁电流补偿单元、开关单元、能量处理单元、超级电容C和能量分配单元,取能磁芯与电流检测装置的电流检测主磁芯呈并行排列,且输电线路穿过取能磁芯内环,取能绕组和补偿绕组II均缠绕在取能磁芯上,取能装置励磁电流补偿单元输入端与信号处理单元输出端相连,取能装置励磁电流补偿单元输出端通过开关单元与补偿绕组II连接,取能绕组与能量处理单元连接,能量处理单元输出端与能量分配单元连接,且并联连接有超级电容C,能量分配单元的输出端分别与电流检测装置励磁电流补偿单元、信号处理单元、取能装置励磁电流补偿单元和开关单元的能量输入端相连;

开关单元包括电压比较器Ι、电压比较器II、滤波电路Ⅲ、滤波电路IV、驱动电路Ι、驱动电路II、电压继电器Ι和电压继电器II,电压比较器Ι、滤波电路Ⅲ、驱动电路Ι和电压继电器Ι依次串联连接,滤波电路Ⅲ对电压比较器Ι的输出起到稳幅作用,去除串扰引发的信号尖刺,驱动电路Ι提升电压比较器Ι经滤波后驱动电压继电器Ι的能力;电压比较器II、滤波电路IV、驱动电路II、电压继电器II依次串联连接,滤波电路IV对电压比较器II的输出起到稳幅作用,去除串扰引发的信号尖刺,驱动电路II提升电压比较器II经滤波后驱动电压继电器II的能力;

电压继电器Ι和电压继电器II均处于常开状态且并联连接,并联后与取能装置励磁电流补偿单元、补偿绕组II形成串联回路,两种电压继电器的动作信号分别由各自电压比较器输出的高低电平控制,预先输入取能磁芯随输变电线路电流变化的非线性特征,两种电压比较器的输入信号为一次侧电流RMS(I1),参考信号分别为RMS(I1min)和RMS(I1max),I1min表示超级电容开启充电状态的输变电线路最小电流,超级电容开启充电状态表示流过超级电容的电流等于漏电流,处于I1min工作环境下的励磁电流为I0min,I1max表示取能磁芯处于临界饱和状态的输变电线路电流,处于I1max工作环境下的励磁电流为I0max。

2.根据权利要求1所述的宽流带输电线路自供电电流检测系统,其特征在于,电流检测装置包括电流检测主磁芯、电流检测辅助磁芯、检测绕组Ⅰ、反馈绕组、检测绕组II、补偿绕组Ⅰ、高精度采样电阻Zp、信号处理单元和电流检测装置励磁电流补偿单元,检测绕组Ⅰ和反馈绕组均缠绕在电流检测主磁芯上,检测绕组II和补偿绕组Ⅰ均缠绕在电流检测辅助磁芯上,电流检测辅助磁芯嵌套于电流检测主磁芯内环,输电线路穿过电流检测辅助磁芯内环,且反馈绕组和补偿绕组Ⅰ通过电流检测装置励磁电流补偿单元连接,检测绕组Ⅰ和检测绕组II通过高精度采样电阻Zp相连,信号处理单元与高精度采样电阻Zp并联连接。

3.根据权利要求2所述的宽流带输电线路自供电电流检测系统,其特征在于,电流检测装置励磁电流补偿单元包括信号放大电路Ⅰ、滤波电路Ⅰ、移相电路Ⅰ、V‑I转换电路Ⅰ和微控制单元Ⅰ,信号放大电路Ⅰ、滤波电路Ⅰ、移相电路Ⅰ和V‑I转换电路Ⅰ依次串联连接,微控制单元Ⅰ分别与信号放大电路Ⅰ、移相电路Ⅰ和V‑I转换电路Ⅰ相连,信号放大电路Ⅰ呈高输入阻抗特性,实现反馈绕组感应电动势的信号放大,移相电路Ⅰ移相角度为90°或‑270°,微控制单元Ⅰ根据反馈绕组中感应电动势的大小判断铁芯中磁通情况,对流过补偿绕组Ⅰ的电流幅值实时控制。

4.根据权利要求1所述的宽流带输电线路自供电电流检测系统,其特征在于,信号处理单元包括依次串联连接的信号放大电路II、滤波电路II和V‑I转换电路II,信号放大电路II对高精度采样电阻Zp的电压值进行放大,滤波电路II采用低通滤波电路滤除高频信号,V‑I转换电路II对滤波后的电压信号进行压流转换,从而实现一次侧电流的测量,并且输出电流作为取能装置励磁电流补偿单元的输入电流。

5.根据权利要求1所述的宽流带输电线路自供电电流检测系统,其特征在于,取能装置励磁电流补偿单元信号包括信号放大电路Ⅲ、移相电路II和微控制单元II,信号放大电路Ⅲ和移相电路II依次串联连接,微控制单元II分别与信号放大电路Ⅲ和移相电路II相连;

信号放大电路Ⅲ对所述信号处理模块输出电流进行幅值放大处理,移相电路II对所述放大电流采取移相措施,微控制单元II基于取能磁芯磁动势平衡原理采用信号放大电路Ⅲ和移相电路II调节补偿电流幅值与相位。

6.根据权利要求1所述的宽流带输电线路自供电电流检测系统,其特征在于,能量处理单元包括整流电路和滤波电路Ⅴ,整流电路将取能装置输出的感应交流电变换成直流电,滤波电路Ⅴ滤除直流电的纹波成分。

7.权利要求1‑6任一项所述宽流带输电线路自供电电流检测系统的检测方法,其特征在于,包括以下步骤:

(1)电流检测主磁芯中反馈绕组检测到的感应电压经过电流检测装置激励电流补偿单元产生补偿电流,该电流通过补偿绕组Ⅰ中产生反向激励磁动势,使电流检测主磁芯处于“零磁通”状态,将励磁电流降至极低水平,通过所述信号处理电路调理所述高精度采样电阻电压信号实现一次侧电流检测;

(2)若所述开关单元判断一次侧电流小于RMS(I1min),数字信号控制电压继电器Ⅱ闭合,取能装置励磁电流补偿单元控制补偿绕组II处于电流正向激励状态,电流正向激励状态表示取能装置补偿电流提高励磁电流有效值,从而增大感应电压;若开关模块判断一次侧电流大于RMS(I1max),数字信号控制电压继电器Ι闭合,取能装置励磁电流补偿单元控制补偿绕组II处于电流反向激励状态,电流反向激励状态表示取能装置补偿电流减小励磁电流有效值,缓解取能磁芯饱和程度;若一次侧电流工作在阈值电流区间内,则开关单元不动作,取能装置励磁电流补偿单元处于休眠状态;

(3)取能磁芯通过能量处理单元为超级电容供电,超级电容在一次侧电流过小时为电流检测装置供能,同时能量处理单元输出的电能通过能量分配单元分别为电流检测装置励磁电流补偿单元、信号处理单元、取能装置励磁电流补偿单元和开关单元提供不同电压等级的实时能量供给。

8.根据权利要求7所述的宽流带输电线路自供电电流检测系统的检测方法,其特征在于,步骤(2)中忽略磁化电流,取能装置励磁电流补偿单元补偿幅值和相位具体参数配置方法表示为:

其中,|I3|为流过补偿绕组Ⅱ的电流有效值,δ为I3与一次侧电流I1的相位角,I2为取能磁芯二次侧输出电流,α为I2与e2之间的相位角,e2为取能磁芯二次侧感应电动势,RL和XL分别为二次侧等效负载电阻和等效负载电抗,Rw和Xw分别为二次侧线圈的等效电阻和等效漏阻抗,N2为取能绕组匝数,N3为补偿绕组Ⅱ匝数,R3,R4分别为取能磁芯的圆环内外圈半径,μ为纳米晶软磁合金磁导率,f为一次侧输电线路电流I1的频率,I0'为取能装置励磁电流补偿后取能磁芯励磁电流值;通过微控制器Ⅱ合理配置参数|I3|和δ将取能磁芯励磁电流控制在阈值区间内。