基于并联谐振的双磁路在线取电方法研究

在线取电装置对高压输电线路监测设备稳定供能有重要作用。针对目前应用较为广泛的电流互感器在线取电装置存在磁路易饱和、取电功率较小等问题,提出双磁路拓扑结构与谐振功率控制相结合的在线取电方法。在双磁路结构中,通过其中一磁路并联电容,使磁路励磁电感与电容发生谐振或脱离谐振,控制该磁路阻抗值从而控制流入另一取电磁路的电流和取电功率。利用Maxwell软件对取电磁心进行有限元分析,由Simplorer软件搭建取电装置模型,与Maxwell进行联合仿真,通过对磁场与电路耦合分析,验证了该取电方法的正确性。初步搭建的取电装置实验表明,取电功率满足高压输电线路监测设备需求,为取电装置的进一步试制奠定了基础。     

基于阻抗匹配的输电线路在线取能方法

针对常规电流互感器感应取能方法启动电流大、输出功率较小的缺点,提出基于阻抗匹配的输电线路在线取能方法。该方法通过在开气隙磁芯的副边绕组串接电容与其励磁阻抗匹配,发生并联谐振,从而增加磁芯所在的阻尼支路等效阻抗,使得负载能通过另一支路分得更多电流,获得更多电能。该取能方法具有成本低、易安装、取电范围广、供电功率大且稳定等优点。最后的仿真以及实验都表明:基于阻抗匹配的输电线路在线取能方法相比常规电流互感器感应取能方法,在相同母线电流和磁芯时,能够获得更多功率。     

基于阻抗自适应调整的输电线路取能装置稳定取能方法

针对电流互感器在线取能装置存在的小电流难以取能、大电流磁芯饱和等问题,该文提出基于阻抗自适应调整的稳定取能方法。通过并联谐振,构建包含阻尼支路与取能支路的双支路模型,实现电流转移,解决小电流难以取能的问题。提出基于品质因数调节的阻抗调整方法,在一定电流范围内,稳定负载功率。提出基于反向电流注入的阻抗调整方法,解决线路大电流下的磁芯饱和问题。针对线路电流突变情况,提出基于旁路电阻投切的阻抗调整方法,实现阻抗的快速调整,避免能量冲击。搭建仿真和实验系统,实验结果表明取能方法不仅可以实现较大功率输出,还能在宽电流范围内稳定负载功率,满足输电线路在线监测设备的供能需求。     

基于阻抗匹配的输电线路在线取能方法研究

针对常规电流互感器在线取能方法无法在较宽的输电线路电流变化范围内,实现稳定较大功率输出的问题,提出了基于阻抗匹配的输电线路在线取能方法。该方法利用套在输电线路上磁芯的励磁电感与磁芯副边匹配电容实现并联谐振,大幅增加线路阻抗从而抑制线路上的电流。同时通过分流的方式将输电线路上的负荷电流导入负载实现功率输出。通过分析该方法取能原理,建立基于阻抗匹配的输电线路在线取能电路模型,推导出取能电路模型中各参数与取能功率间的关系,继而实现取能电路与负载阻抗相匹配,提高在线取能功率。最后的仿真以及实验表明:在输电线路电流为50A时,取能电路的输出能达到15.44W,折算得到功率密度达到了25733W/m~3。是相同条件下常规电流互感器取能方法输出功率密度2倍以上,已经能够支撑一些低功耗监测仪器的供电需求。当线路电流达到80A以上,取能电路的输出功率更是可以达到30W左右,已具有足够的供能能力。     

一种改进的输电线缆取电电源的研究

本文针对基于开口式磁芯的常规电流互感器取能电源输出功率小、传递效率低的特点,在分析在线取能电源等效电路模型的基础上,为了让在线取能电源在给定负载情况下能够实现大功率、高效率输出,提出了在电流互感器副边并联匹配电容实现并联谐振大幅度增加线路阻抗从而抑制线路电流,通过分流将输电线路的负荷电流导入负载实现功率输出。通过建立电流互感器电路模型,给出了整流电路的控制方法,并且进行了数学推导。最后,通过simulink仿真与实验验证,结果显示改进的取电电源取得的能量比常规电流互感器取能在相同条件下能够获取更多电能。     

基于辅助磁芯阻抗自适应调整的输电线路在线稳定取能方法

针对输电线路电流大范围波动导致在线取能装置能量溢出的问题,为保障取能需求提出了一种基于辅助磁芯阻抗自适应调整的输电线路在线稳定取能方法。通过增添辅助磁芯,构建取能支路和信号支路的多磁路模型来达到稳定取能的目的。基于母线电流、取能支路线圈电流和信号支路线圈电流之间的联系,在Matlab/Simulink仿真和试验平台上搭建了相应的取能模型。分别在不同电流、有无辅助磁芯两种工况下探究取能支路的运行效果,同时对成本、控制复杂度及可靠性进行分析。最后的仿真和试验结果表明,输电线路电流由30 A上升至100 A,取能负载输出电压仍能维持在稳定范围内,在无须额外供电模块的条件下也能保障取能负载输出电压,满足在线监测装置的供电需求。     

谐振补偿式电流互感器取能方法的研究

为解决传统电流互感器(current transformer,CT)取能装置在输电线路低电流时存在供能死区的问题,该文采用了一种谐振补偿式取能方法,通过对CT取能原理分析,推导出励磁支路参数方程式,针对目前CT取能电路中励磁支路数量级相较于变压器较低且参数难以获取,提出一种变比折算法,即通过测量副边励磁参数折算至原边,该方法可使所测得的励磁支路参数最大限度的接近于实际,从而获取最佳谐振匹配电容值.最后通过实验表明,在输电线路低电流15A时,利用所提出的变比折算法进行谐振匹配,可使CT取能功率高达1.82W,是采用传统非谐振取能方法的6～7倍,可基本满足高压输电线路在线监测设备的功率需求,具有一定的工程应用价值.     

基于阻抗控制的电流互感器取能控制策略研究

针对电流互感器取能电源在输电线路小电流时存在供能死区、大电流时CT铁芯深度饱和导致异常运行状态的问题,提出一种阻抗控制式电流互感器取能控制方法。首先,建立取能CT等效电路模型,运用负载阻抗分析方法,对取能系统励磁特性问题展开研究;其次,给出阻抗控制式取能电路拓扑结构,并考虑不同原边电流工况的影响,对取能电流互感器提出阻抗调节控制策略;最后,搭建电流互感器取能综合实验平台进行实验验证,实验结果表明,容性阻抗运行特性的调节,显著提升了小电流工况下的系统取电功率,而在大电流工况下,感性阻抗运行特性使得铁芯的饱和状态得到抑制,可向负载提供稳定的电压和功率。     

基于电压源型PWM整流电路的输电线路测量与感应取电一体化互感器实现方法

输电线路在线监测技术是实现能源互联与输配电系统安全稳定运行的重要保障。传统的电流互感器（CT）为在线监测设备供电时,输电线电流的大范围波动,不仅会导致小电流时CT取能不足、大电流时CT磁心饱和的问题,而且会进一步影响输电线路电流实时监测的准确性。针对上述问题,该文提出一种基于电压源型PWM整流电路（VSR）的测量与感应取电一体化互感器的实现方法,根据CT一次电流的大小控制VSR工作在不同模式,实现CT二次侧阻抗从容性到感性的动态调节,保证取电CT在一次电流大范围变化时,维持稳定的输出电压。同时通过对二次侧等效阻抗及励磁电流进行等效建模及计算,从而实现对一次电流的精确测量。仿真与实验验证了该方案的有效性。     

输电线缆组合材料式CT低电流取能技术研究与应用

电流互感器（CT）感应取电是目前输电线缆在线监测设备最有效的供能方式。但输电线缆低电流会导致CT无法取能,进而会导致设备供能死区情况发生,危及电力系统安全。因此提出了一种基于锰锌铁氧体与硅钢片串联组合式CT磁芯结构以解决CT低电流取能问题。为验证该磁芯结构低电流取能的有效性,通过采用叠加磁通法给出组合式磁芯结构不同材料占比λ与初始磁导率的关系,进而得到满足实际项目需求的λ值。为了验证理论分析的正确性,搭建了一套CT取能实验平台。实验结果表明,在输电线缆低电流为12 A时,组合式磁芯结构比常规硅钢片取能CT的感应电压提高约30%,重量减少约15%,整体功率提高约24%,进而最大限度解决了供能死区问题,具有一定的工程实用价值。     

Concept of a combined short circuit limiter and series compensator[power lines]

A novel concept for a combined short circuit limiter and dynamic series compensator is presented. The device consists of a fixed capacitor, thyristor switched capacitors, and a thyristor switch inductance. The circuit is designed to regulate the impedance in steps. The series compensation is controlled by the capacitors switching on and off, while the current limitation is achieved by the insertion of a resonant LC circuit in the transmission line. The thyristor switches are operated at zero current crossing, which eliminates the harmonics generation. The system operation has been analyzed and realistic components have been selected. The results have demonstrated that the device can regulate the short circuit current. It can be built with commercially available components; the significant operation improvement is expected to justify the cost of the new device     

不同频率和脉宽的方波激励下无线电能传输效果分析

磁谐振式无线电能传输技术是基于磁谐振耦合现象利用近区磁场进行非辐射性、中距离输电的新技术。许多结果采用正弦交变电流作为激励,计算耦合电压和传输功率。脉冲激励也可以产生交变磁场从而感生交变电流,此方式下的无线电能传输有其自身特点。文中分析了脉冲激励下的电路响应过程及谐振耦合机理,其耦合过程本质上也是正弦波的耦合。在同一输出电压的情况下,与正弦激励相比,用脉冲方波做激励,负载可以获得较大的传输功率。最后,通过实验比较了几种脉宽和频率不同的方波激励的传输效果。实验结果表明,可以使用低频脉冲信号控制高频谐振线圈,从而实现更为有效的无线电能传输。     

负载对CT取能的影响分析及实验研究

随着智能电网的发展,诸多监测设备被应用在电力系统之中。研究在线监测设备的供电问题受到很多学者关注。对使用纳米晶铁芯和硅钢铁芯的取电线圈进行了实验,验证了使用纳米晶铁芯的线圈在接阻性负载情况下能够获取更大功率的特性,讨论了取电线圈接桥式整流加电容滤波电路后的输出特性,设计了一种功率控制电路,在高压线路电流较大时能够限制取能线圈的输出功率,从而防止后续电路过压,同时抑制铁芯的饱和,并通过实验验证了电路的有效性。     

基于传输线变压器的功率合成/分配器的原理与设计

基于传输线变压器的功率合成/分配器具有宽频带、应用频率高、体积小、承受功率大、损耗小的特点,是一种良好的射频器件.本文根据传输线变压器的基本理论,通过分析功率合成/分配电路的两大组成部分--功率合成/分配网络和阻抗匹配网络,分别得到对传输线和磁芯的不同要求.总结出一种设计功率合成/分配器的通用方法,为设计功率合成/分配器提供了理论参考.     

磁共振式无线电能传输相控电容调谐新方法

研究了磁共振式无线电能传输的传输效率,指出获得高传输效率的关键在于提高谐振电路的品质因数;针对高品质因数谐振电路的易失谐性,提出一种基于相控电容的谐振电路调谐方法:通过改变相控电容的相位角,等效形成一个可变电容,用此可变电容对谐振电路进行调谐,从而稳定传输效率和功率。分析相控电容调谐原理,设计相控电容调谐电路,给出相位与等效电容之间的对应关系,并采用仿真和实验的方法对其调谐特性进行了验证。结果表明:相控电容调谐具有一定的可行性,可使磁共振式无线电能传输在耦合改变时,通过谐振补偿来维持电能传输的稳定性,因而对其推广应用具有重要意义。     

电抗器品质因数对TCSC特性的影响及阻抗特性的双解现象

可控串联电容器(Tcsc)装置的晶闸管控制支路电抗器(TCR)品质因数只能是有限值，该文通过时域数字仿真分析了这一参数对TCSC稳态阻抗特性的影响。仿真分析结果表明在电抗器品质因数有限的情况下，TCSC等效阻抗特性的谐振点相对理想情况会出现偏移；同时，在容性运行区间，对于同样的触发角指令，Q值越小，TCSC的等效基频电抗也越小，而在感性运行区间，情况则刚好相反。这种影响在感性和容性运行区间还因TCSC同步触发控制方式不同而存在较大的差异。当以电容电压过零点为同步触发参考时标时，触发角指令与等效阻抗之间是单值对应关系，而以线路电流为同步触发参考时标时，触发角指令与等效阻抗之间是双值对应关系，即所谓的双解阻抗特性。文章进一步研究了线电流同步方式下TCSC等效基频阻抗呈现双解的现象，指出产生该现象的根本原因是采用了不同的触发参考时标。TCSC等效基频阻抗特性的双解现象实际上是在以线路电流过零点为触发参考时标时TCSC表现出的一种特殊运行特性。它与以电容电压同步触发参考时标的阻抗特性之间具有确定的对应关系。在两种不同的触发时标下，通过详细时域仿真验证了上述结论。     

Realization of the powering/regenerative operation of the induction motor by the parallel resonant power converter and proposal of a novel circuit topology

A resonant power converter for the low switching loss power conversion must be achieved for high-frequency zero voltage switching or zero current switching. The important matters of the continuation of resonant phenomena are the control strategy of resonant initial current and the clamp circuit for suppressing the resonant link voltage. The control strategy of the resonant initial current is discussed and the powering and regenerative operation are shown successfully in the steady state and transient state by experimental test. Finally, a new resonant dc link dual converter system is proposed and it is confirmed that the voltage stress of the resonant capacitor and the rms value of electrolytic capacitor current are decreased with experimental test also.     

Noncontact energy transfer system using immittance converter

Noncontact energy transfer systems are widely used in industrial material handling systems. This paper proposes a new noncontact energy transfer system using a tuned pickup coil and an immitance converter inductively coupled to a parallel transmission line excited by a high‐frequency constant‐current source. In a noncontact energy transfer system which supplies continuous energy to movers by electromagnetic induction, the efficiency is low owing to low excitation impedance because of the wide air gap of the magnetic core in the pickup coil. The excitation impedance can be increased by the resonance with a capacitor connected parallel to the pickup coil. The resonant pickup coil works as a high‐frequency constant‐current source for the load. We propose using an immittance converter to transform the high‐frequency constant‐current source into a high‐frequency constant‐voltage source. Then, the high‐frequency constant‐voltage source is rectified into a constant‐voltage dc source, and supplies power to an inverter for motor driving. In this paper, the configuration of this new noncontact energy transfer system and its characteristics are described. The experimental results and simulation waveforms are also described. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 136(4): 58–64, 2001     

串联补偿型故障电流限制器应用研究

随着电网规模和电力需求的不断增大,控制电网的短路电流水平已成为急需解决的问题。文章提出了一种具有串补功能的故障电流限制器,由电容器、电力电子器件控制的旁路电感、串联电感等组成。该装置在系统正常运行时可调节输电线路等效电抗值,提高系统传输能力;系统故障后,可以快速投入旁路电感限制短路电流。以2017年安徽省电网规划运行数据为基础,研究了故障电流限制器在短路电流超标的变电站中的应用点,搭建了仿真模型,仿真结果表明该装置可有效地抑制短路电流,缓解故障引起的电压暂降问题。     

A PWM controlled variable damping resistor for protecting the power capacitor/passive power filter

A protection device for the power capacitor/passive power filter has been proposed. This device includes a control circuit, a conventional switch, a PWM switch and a resistor. The PWM switch is connected in parallel with a resistor to form a variable damper, serially connected to the power capacitor/passive power filter, in order to avoid the resonant amplification phenomenon. A conventional switch is used to switch on/off the power capacitor/passive power filter to the power distribution system. The control circuit calculates the voltage and the current of the power capacitor/passive power filter and compared to their upper tolerance values. The compared results are adapted to determine the duty ratio of PWM switch and the operation of conventional switch in order to protect the power capacitor/passive power filter circuit from the damage of over-voltage/over-current. Besides, this protection device can also improve the inrush current problem of the power capacitor/passive power filter at the instant of turning on. The performance of the proposed protection device has been verified by computer simulation. The simulation results show that the proposed PWM controlled variable damping resistor has the expected performance.