基于CT取电和超级电容储能的配电设备电源系统 2.doc

基于CT取电和超级电容储能的配电设备电源系统 A power supply system based on current transformer feeding and super capacity storage Abstract:This paper first analyzes the theory model of the feeding coil. And then put forward the corresponding solving methods to solve the existing difficult problems of , and design a power supply system suitable for distribution network monitoring equipment based on current transformer(CT) feeding and super capacity storage; The experiments proved that the effectiveness and feasibility of the power supply system. KEY WORDS: feeding coil power supply distribution network monitoring super capacity 摘要：文章首先分析了取电线圈的理论模型；然后根据感应取电存在的难点问题提出了相应的解决方法，并设计了一套基于CT取电和超级电容储能的配电网监测设备电源系统；最后实验证明了电源系统的有效性与可行性。 关键字：取电线圈 电源 配电网 监测 超级电容0 引言 随着智能配电网的发展，工作在导线上的电力监测与指示设备越来越多。传统的PT供电方式，由于户外电压互感器价格昂贵，工作性能受环境因素影响较大；很大程度上影响了农网配网自动化改造的进程[1-2]。 CT取电是在导线上套装取能线圈，将导线产生的交变磁场转换成电能，实现隔离式供电。由于电流互感器较电压互感器价格便宜，且可方便的安装在配电开关箱体内部或制成开口形式直接挂在配电线路上，所以对于架空线路的电力监测与指示设备CT取电法是一种极具应用前景的供电方式[3-5]。目前CT取电存在的难点问题：（1）在导线电流波动范围内提供稳定的电源输出，且需尽量降低工作死区电流；（2）能够防止大电流的冲击；（3）能够长期低热耗运行； 文献[6]对感应取电原理进行了详细的分析，给出了感应取电的理论模型；文献[7]提出功率控制法通过控制法拉电容的充电电流来调节CT的输出功率和控制发热，但控制方式过于复杂，同时继电器寿命有限，影响取电电源正常工作时间。文献[8]提出增加磁芯气隙的方式能够有效地防止磁芯饱和，控制铁芯发热，但该方法只适用于电流较大的输电线路；对于电流在几安到几十安波动的配电分支线路上此方法显然不适用。 本文在分析取电线圈的理论模型基础上，以实际应用为目的设计完成了一套基于CT取电和超级电容储能的电源系统，并成功将其应用在配电线路监测设备中。 1 取电线圈模型[6] 取电铁心的工作原理可等效于变压器负载模型。线路导线从铁心穿过，原边匝数，如图1所示： 图1 取电线圈等效模型 Fig.1 Equivalent model of feeding coil 根据电机学理论可知： 由上式推导可得： （1） 式中：、为原、副边电流，为励磁电流；为次级输出电压；f为电流频率；为取电线圈磁芯内通过的磁通有效值；为磁感应强度有效值；为铁芯内磁场强度有效值；S为铁芯截面积；为磁导率；为铁芯磁路长度；为铁芯磁化电流。 CT的二次输出电压与电流频率、铁芯的截面积、磁导率、铁芯磁化电流、副边匝数成正比，与铁芯磁路长度成反比。 励磁电流可分为两部分：和；忽略原副边漏感、线圈内阻后, 取电线圈负载模型相量图如图2所示： 图2取电线圈负载模型相量图 Fig.2 Load model equivalent vector of feeding coil 忽略，取电线圈输出功率 （2） 在磁化电流小于饱和电流时，输出功率与磁芯的磁导率、磁路长度及截面积、一次侧电流、副边负载有关，与副边线圈匝数无关。 由此我们可以根据式（1）式（2）并结合实际应用中所需要的功率和电压来选择取电线圈的尺寸和参数。2 取电电源系统设计 取电电源系统拓扑图如下： 图3 取电电源系统拓扑图 Fig.3 Power supply system structure diagram 2.1 取电线圈的选择 配电网分支线路电流通常在5