高压CT在线取能装置的优化分析与实现

发布时间：2020-03-02 03:08

【摘要】：高压输电线路作为电力系统的重要组成部分,担负着输送和分配电能的任务,其正常运行关系到电力系统的安全稳定。为保证高压输电线路的安全运行,越来越多的在线监测设备被安装在高压线路上。但是,由于安装位置的特殊性,在线监测设备的供电问题是一技术难点。本文对目前常用的几种取能方式进行了讨论,针对电流互感器取能应用过程中存在的问题,通过理论推导与仿真计算的方式分析了 CT取能电源的功率输出特性。推导了在不考虑铁心饱和及考虑铁心饱和两种情况下,CT输出功率与滤波电容电压的关系,得出不论铁心是否发生饱和,CT输出功率随着滤波电容电压的增加先增加后减小,具有最大功率输出点,且最大功率与匝数无关。当最大功率在铁心未饱和阶段取得时,最大功率与一次侧电流的平方成正比,当最大功率在铁心饱和阶段取得时,最大功率近似与一次侧电流成正比。通过理论分析可知,可以通过限制滤波电容电压最大值的方式来防止铁心饱和。在Saber软件下建立了仿真模型,仿真了 CT输出功率特性,仿真结果与理论分析是一致的。利用Saber软件下的MCT工具建立了不同铁心材料(硅钢、纳米晶、坡莫合金)的CT模型,铁心磁化曲线采用J-A模型,通过仿真得出在一次侧电流较小时,磁导率高的纳米晶材料最大输出功率较大,而在一次侧电流较大时,饱和磁感应强度大的硅钢材料最大输出功率较大。分析了 CT取能电源的输出功率稳定性,得出稳定区域为功率曲线上滤波电容电压高于最大功率点对应的电压部分,随着负载消耗功率的变化,平衡点在输出功率曲线上移动,能够达到最大功率点,但最大功率点是临界稳定点。以最低输出0.5W为目标,选用硅钢铁心,对CT取能电源进行了优化设计。建立了 CT模型,仿真得出在启动电流附近时,由于整流回路压降的影响,CT输出最大功率随匝数的增加而增加并趋于饱和,据此给出匝数优化选取方法。分析了在启动电流附近时,DC-DC启动电压对能否达到功率平衡状态的影响,据此给出了 DC-DC电路启动电压的确定方法。设计了 CT取能电源硬件电路,主要包括DC-DC启动控制电路,以保证取能电源在启动电流附近时能够正常输出功率;滤波电容过压保护电路,以泄放CT多余能量,防止滤波电容过压,同时防止铁心饱和。通过实验可知,相同尺寸的纳米晶和硅钢CT分别在一次侧电流较小和较大时最大输出功率较大;在启动电流附近,由于整流回路损耗,CT输出最大功率随匝数的增加而增加,验证了仿真结果的正确性;所设计的DC-DC启动控制电路能够保证取能电源在启动电流附近输出正常功率;所设计的滤波电容过压保护电路能够保证在母线大电流时,可靠地泄放CT能量,维持滤波电容电压稳定。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM75;TM724

【参考文献】