專利名稱：一種有源電流/電壓互感器的非接觸供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓和電流互感器的供電技術(shù)，具體涉及一種基于諧振耦合式的、有源CT的非接觸式供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在電站系統(tǒng)廣泛使用的電壓和電流互感器，傳統(tǒng)上是電磁感應(yīng)式的，具有類似變壓器的結(jié)構(gòu)。隨著電力系統(tǒng)傳輸?shù)碾娏θ萘康脑黾樱妷旱燃壴絹碓礁?，各種有源電流/電壓互感器逐步取代傳統(tǒng)互感器。以混合式光纖電流互感器為例，其工作原理是在高電位側(cè)
用Rogowski線圈將母線電流變成電壓信號，該電壓信號為模擬量，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，用電光轉(zhuǎn)換(E/D)電路將此數(shù)字信號變?yōu)楣庑盘?，然后通過光纖送到地電位側(cè)，再由地電位側(cè)的光電轉(zhuǎn)換器件(0/E)和數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)將其轉(zhuǎn)換為電信號。在有源型光電電流互感器的設(shè)計中，能量的提供是這種有源互感器的一個關(guān)鍵問題。有源式光纖交流電流/電壓互感器常用的高壓供電技術(shù)通常有3種1)感應(yīng)供能。該方法利用電磁感應(yīng)原理，通過電流互感器直接從母線獲取電能。由于電流互感器一次側(cè)電流變化很大，從數(shù)安培到數(shù)千安培變化，因此，對供電可靠性提出了較高要求。此外，這種方法顯然不適用于高壓直流輸電。2)激光供能。低壓側(cè)電能首先被轉(zhuǎn)換為激光，通過光纖將光能量傳遞到高壓側(cè)，然后在高壓側(cè)通過一種光電轉(zhuǎn)換器重新轉(zhuǎn)換成電能給監(jiān)測設(shè)備供電。激光供能的優(yōu)點是電源能量供給穩(wěn)定，擺脫了高壓母線電流和電壓的影響，但也存在成本高、供電量小的缺點，且由于激光發(fā)射器、光電轉(zhuǎn)換器易老化，極易影響供電質(zhì)量。3)太陽能-蓄電池供能。該方法優(yōu)點是成本低、易實現(xiàn)，但也存在易受光照、積塵和電池板老化等環(huán)境因素的影響，且太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種完全實現(xiàn)一次和二次系統(tǒng)的電氣隔離的有源電流/電壓互感器的非接觸供電系統(tǒng)。本發(fā)明內(nèi)容可通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)
一種有源電流/電壓互感器的非接觸供電系統(tǒng)，其包括由射頻功率電源、發(fā)射電路、接收電路、直流變換電路、信號處理與轉(zhuǎn)換電路、一次電流/電壓互感器和無線信號發(fā)射器，其中，射頻功率電源與發(fā)射電路直接相連，接收電路與直流變換電路直接相連，直流變換電路與信號處理與轉(zhuǎn)換電路和無線信號發(fā)射器相連，信號處理與轉(zhuǎn)換電路與一次電流/電壓互感器和無線信號發(fā)射器相連；所述發(fā)射電路置于低壓側(cè)，由完全耦合的供能線圈和發(fā)射線圈A組成；所述接收電路置于高壓側(cè)，由完全耦合的接收線圈B和負載線圈組成；發(fā)射線圈A和接收線圈B各自的固有頻率與射頻功率電源的頻率一致，所述發(fā)射電路和接收電路之間間無接觸；所述的信號處理與轉(zhuǎn)換電路，將一次電流/電壓互感器采樣的電流/電壓信號，進行濾波和A/D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)所述的無線信號發(fā)射器進行發(fā)射
進一步優(yōu)化的，所述發(fā)射線圈A和接收線圈B是具有相同結(jié)構(gòu)的多匝空間螺旋線圈或平面螺旋線圈。進一步優(yōu)化的，所述供能線圈直接與射頻功率電源相連，為射頻功率電源的負載。進一步優(yōu)化的，所述射頻功率電源的輸出為MHz級正弦波。進一步優(yōu)化的，所述的直流變換電路包括整流、濾波和DC-DC變換電路，其中，整流電路將負載線圈上的高頻交流電整流濾波，通過DC-DC變換電路變換成設(shè)備所需要的電壓級別的直流電，給位于高壓側(cè)的信號處理與轉(zhuǎn)換電路以及無線信號發(fā)射器供電。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果該系統(tǒng)利用耦合諧振原理，僅通過分別放置于電站地面低壓側(cè)和母線高壓側(cè)間的兩個無接觸的諧振線圈實現(xiàn)有源電流/ 電壓互感器的無接觸式供電。本發(fā)明實現(xiàn)了有源電流/電壓互感器供電系統(tǒng)的高、低壓電路的完全隔離。


圖I為實施方式中有源電流/電壓互感器的非接觸供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，實線箭頭是電能傳遞路徑，虛線箭頭是信號傳遞路徑。
具體實施例方式 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施作進一步說明，但本發(fā)明的實施和保護范圍不限于此。如圖1，一種有源電流/電壓互感器的非接觸供電系統(tǒng)，其包括由射頻功率電源I、發(fā)射電路2、接收電路3、直流變換電路4、信號處理與轉(zhuǎn)換電路5、一次電流/電壓互感器6和無線信號發(fā)射器7，其中，射頻功率電源I與發(fā)射電路2直接相連，接收電路3與直流變換電路4直接相連，直流變換電路4與信號處理與轉(zhuǎn)換電路5和無線信號發(fā)射器7相連，信號處理與轉(zhuǎn)換電路5與一次電流/電壓互感器6和無線信號發(fā)射器7相連；所述發(fā)射電路置于低壓側(cè)，由完全耦合的供能線圈和發(fā)射線圈A組成；所述接收電路置于高壓側(cè)，由完全耦合的接收線圈B和負載線圈組成；發(fā)射線圈A和接收線圈B各自的固有頻率與射頻功率電源的頻率一致，所述發(fā)射電路和接收電路之間間無接觸；所述的信號處理與轉(zhuǎn)換電路，將一次電流/電壓互感器采樣的電流/電壓信號，進行濾波和A/D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)所述的無線信號發(fā)射器進行發(fā)射。所述的發(fā)射線圈A和接收線圈B是非接觸電能傳輸?shù)闹饕b置，由具有相同結(jié)構(gòu)的多匝螺旋線圈或平面螺旋線圈，具有高品質(zhì)因數(shù)且諧振線圈固有頻率(/=1/LC，其中L為線圈電感，C為線圈分布電容)與射頻電源的頻率保持一致。所述的直流變換電路，包括整流、濾波、DC-DC變換。其將負載線圈上的高頻交流電整流濾波，通過DC-DC變換成設(shè)備所需要的電壓級別的直流電，給位于高壓側(cè)的信號處理與轉(zhuǎn)換電路以及無線信號發(fā)射器供電。所述的信號處理與轉(zhuǎn)換電路，將一次電流/電壓互感器采樣的電流/電壓信號，進行濾波和A/D轉(zhuǎn)換。作為實例，發(fā)射線圈A和接收B是無接觸電能傳輸?shù)陌l(fā)射和接收線圈，分別置于低壓和高壓側(cè)，二者是具有相同結(jié)構(gòu)的多匝螺旋線圈，其諧振固有頻率與射頻電源的頻率保持一致；射頻功率電源置于低壓側(cè)，由電站內(nèi)很容易得到的常規(guī)單相交流電供電，產(chǎn)生MHz級的高頻正弦波，供能線圈為射頻功率電源的負載；供能線圈和發(fā)射線圈A完全耦合，使電源功率最大化地傳遞給發(fā)射線圈A ;通過耦合諧振，能量從發(fā)射線圈A無接觸地傳遞到接收線圈B ;接收線圈B與負載線圈完全耦合，使負載線圈獲取最大電能；負載線圈獲得電能，通過直流變換電路整流濾波后變成直流電，給位于高壓側(cè)的信號處理與轉(zhuǎn)換電路以及無線信號發(fā)射器供電；有源電流/電壓采樣母線電流，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)信號處理與轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)調(diào)制后由無線信號發(fā)射器發(fā)射出 去；遠端的控制室接收無線信號，從而獲得母線電流/電壓的實時數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種有源電流/電壓互感器的非接觸供電系統(tǒng)，其特征在于包括由射頻功率電源、發(fā)射電路、接收電路、直流變換電路、信號處理與轉(zhuǎn)換電路、一次電流/電壓互感器和無線信號發(fā)射器，其中，射頻功率電源與發(fā)射電路直接相連，接收電路與直流變換電路直接相連，直流變換電路與信號處理與轉(zhuǎn)換電路和無線信號發(fā)射器相連，信號處理與轉(zhuǎn)換電路與一次電流/電壓互感器和無線信號發(fā)射器相連；所述發(fā)射電路置于低壓側(cè)，由完全耦合的供能線圈和發(fā)射線圈A組成；所述接收電路置于高壓側(cè)，由完全耦合的接收線圈B和負載線圈組成；發(fā)射線圈A和接收線圈B各自的固有頻率與射頻功率電源的頻率一致，所述發(fā)射電路和接收電路之間間無接觸；所述的信號處理與轉(zhuǎn)換電路，將一次電流/電壓互感器采樣的電流/電壓信號，進行濾波和A/D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)所述的無線信號發(fā)射器進行發(fā)射。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種有源電流/電壓互感器的非接觸供電系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射線圈A和接收線圈B是具有相同結(jié)構(gòu)的多匝空間螺旋線圈或平面螺旋線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種有源電流/電壓互感器的非接觸供電系統(tǒng)，其特征在于所述供能線圈直接與射頻功率電源相連，為射頻功率電源的負載。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種有源電流/電壓互感器的非接觸供電系統(tǒng)，其特征在于所述射頻功率電源的輸出為MHz級正弦波。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種有源電流/電壓互感器的非接觸供電系統(tǒng)，其特征在于所述的直流變換電路包括整流、濾波和DC-DC變換電路，其中，整流電路將負載線圈上的高頻交流電整流濾波，通過DC-DC變換電路變換成設(shè)備所需要的電壓級別的直流電，給位于高壓側(cè)的信號處理與轉(zhuǎn)換電路以及無線信號發(fā)射器供電。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種為有源電流/電壓互感器提供非接觸式供電的電源系統(tǒng)，包括正弦輸出射頻電源、發(fā)射和接收電路、直流變換電路、有源電流/電壓互感器和無線信號發(fā)射器。其中，發(fā)射電路置于低壓側(cè)，接收電路置于高壓側(cè)，發(fā)射線圈A和接收B是具有相同結(jié)構(gòu)的多匝螺旋線圈，其固有頻率與射頻電源的頻率保持一致。工作時，線圈A和B處于諧振狀態(tài)，電能通過電磁場從發(fā)射線圈A傳遞到接收線圈B，線圈B與負載線圈完全耦合，使負載線圈獲得電能，然后通過直流變換電路整流濾波，給位于高壓側(cè)的有源電流/電壓互感器和其他信號處理和發(fā)射裝置提供直流電。本發(fā)明實現(xiàn)了有源電流/電壓互感器供電系統(tǒng)的高、低壓電路的完全隔離。
文檔編號H02J17/00GK102957220SQ201210497779
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者王學(xué)梅, 羅兵, 張波, 丘東元, 明哲 申請人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責任公司, 華南理工大學(xué)