一种CT取电的电源自动控制系统及方法
文献发布时间：2023-06-19 11:57:35
技术领域
本发明涉及电磁感应领域，特别涉及一种CT取电的电源自动控制系统及方法。
背景技术
智能电网已经成为世界电网发展的新趋势。面对新形势、新挑战，国家电网公司根据我国基本国情，提出了加快建设以特高压为骨干网架、发展新能源为低碳方向，各级电网协调发展，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网战略目标。在整个智能电网架构中，高压输电线路是非常重要的一环，承担着将发电厂发出的电能送往千万用户端的任务，一旦发生故障将产生难以估量的影响，因此，需要在输电线路配置线路上的监测设备；随着输电线路等级的不断提高，监测设备处于一个高电压、强磁场的复杂环境中，对电源的稳定性的要求很高。
在现有技术中，检测设备的供电方式较多，一是通过电池对设备进行供电，电池供能的原理是将化学能转化为电能，最大优势的就是稳定但如果应用在大功率场合，电池的使用寿命比较短，在高压侧经常对其更换非常不方便，成本也会累积增加。
二是太阳能供能：该方式受阴雨天、夜晚及空气质量影响，容易出现电源系统取电不足，无法支撑终端长时间运行。
三是电流互感器感应供能(CT取电)：该方案高压线缆最低取电是9A；而且容易受到输电线电流波动的影响，CT取能的效率低，容易磁饱和，也不能对输电线电流取电进行自动调节和防护，合理的泄能方式和电源供能死区的优化是当前要突破的一个技术点。
四是低压侧供能(激光供电)该方案的缺点主要有，造价高，输出功率小，寿命有限，容易受环境温度影响。第五电场耦合供能：该供能方案优点是电路简单，成本较低，但是安全性差，需考虑备用电源，增加了系统的复杂性，温度、杂散电容等多种因素都将对电源的稳定性产生影响，使电源可靠性降低。
有鉴于此，提出本申请。
发明内容
本发明提供了一种CT取电的电源自动控制系统及方法，旨在解决电流互感器感应供能中，泄放存在死区的问题。
本发明第一实施例提供了一种CT取电的电源自动控制系统包括:CT取能电路、泄放电路、控制器、电池控制电路、及与所述电池控制电路连接的储能单元；
所述CT取能电路的输入端用于连接至互感器，所述泄放电路的输出端并在所述CT取能电路的输入端，所述泄放电路的输入端、以及所述电池控制电路的输入端连接在所述CT取能电路的输出端，所述控制器与所述CT取能电路、泄放电路以及所述电池充电控制电路电气连接。
优选地，所述CT取能电路包括：接入端子、压敏电阻、整流回路、稳压二极管、滤波回路、超级电容及第一分压电路；
其中，所述电阻并在所述接入端子的两端，所述整流回路电气连接在所述压敏电阻的两端，所述稳压二极管并在所述整流回路的两端，所述滤波回路并在所述稳压二极管的两端，所述滤波回路的输出端与所述第一分压回路的输入端电气连接，所述超级电容并在所述第一分压回路上，所述第一分压回路的输出端与所述控制器的输入端电气连接。
优选地，所述泄放电路包括：第二分压电路、第一电容、比较回路、光电隔离电路、吸收电路；
其中，所述第一电容并在所述第二分压回路上，所述第二分压电路与所述比较回路的输入端电气连接，所述比较回路的输出端与所述光电隔离电路的输入端电气连接，所述光电隔离电的输出端与所述吸收回路的控制端电气连接，所述吸收回路并在所述CT取能电路的输入端。
优选地，所述电池控制电路包括：第一开关回路、充电回路、第二开关回路、第三分压回路、及第二电容；
其中，第一开关回路的控制端与所述控制器的输出端电气连接，所述CT取能电路的输出端通过所述第一开关电路与所述充电回路的输入端电气连接，所述充电回路的输出端与所述储能单元电气连接，所述储能单元与通过所述第二开关回路连接至用电设备,所述储能单元的输出端与第三分压回路电气连接,所述第二电容并在所述第三分压回路上。
优选地，还包括：升压回路；
其中，所述升压回路的第一输入端与所述CT取能电路的输出端电气连接，所述升压回路的第二输入端与所述电池控制电路的输出端电气连接，所述升压回路的输出端用于连接用电设备。
本发明第二实施例提供了一种基于如上任意一项所述的控制方法，包括：
所述控制器获取所述CT取能电路上超级电容的第一电压值；
所述控制器根据所述第一电压值，控制所述CT取能电路与所述电池控制电路对用电设备进行供能。
优选地，所述根据所述第一电压值，控制所述CT取能电路与所述电池控制电路对用电设备进行供能，具体为：
所述控制器在判断到所述第一电压值大于第一预设值时，控制所述CT取能电路对储能单元进行充电，同时对用电设备进行供能；
所述控制器在判断到所述第一电压值在所述第一预设值与所述第二预设值之间时，控制所述CT取能电路与所述电池控制电路交替对所述用电设备供能。
优选地，还包括：
所述控制器获取储能单元的第二电压值，在判断到第二电压值大于第三预设值、所述第一电压值低于第二预设值，控制所述电池控制电路单独对用电设备进行供能。
优选地，泄放电路判断到第一电容的值超过预设阈值时，短接所述CT取能电路的输入端，以关断所述CT取能电路输出功率。
基于本发明提供的一种CT取电的电源自动控制系统及方法，所述泄放电路采集其第一电容的电压值，在判断第一电容的电压值大于保护电压时，将所述CT取能电路进行短接，以使得所述CT取能电路输出的功率为0，以避免对后端的用电设备造成干扰，所述控制器采集所述CT取能电路中超级电容的电压值、以及储能单元的电压值，控制所述CT取能电路及所述电池控制电路交替对用电设备供电，使感应取电电能功率始终维持在最大输出，电能得到利用，减少浪费和发热。
附图说明
图1本发明提供的一种CT取电的电源自动控制系统的模块示意图。
图2本发明提供的CT取能电路示意图；
图3本发明提供的泄放电路示意图；
图4本发明提供的电池控制电路示意图；
图5本发明提供的升压电路示意图；
图6本发明提供的控制器的电路示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明提供了一种CT取电的电源自动控制系统及方法，旨在解决电流互感器6感应供能中，泄放存在死区的问题。
请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种CT取电的电源自动控制系统包括:CT取能电路3、泄放电路4、控制器1、电池控制电路2、及与所述电池控制电路2连接的储能单元5；其中，所述控制器的电路示意图如图6所示。
所述CT取能电路3的输入端用于连接至互感器6，所述泄放电路4的输出端并在所述CT取能电路3的输入端，所述泄放电路4的输入端、以及所述电池控制电路2的输入端连接在所述CT取能电路3的输出端，所述控制器1与所述CT取能电路3、泄放电路4以及所述电池充电控制电路电气连接。
需要说明的是，在现有技术中，会将泄放电路4配置整流回路31的后端，由于泄放的地和MCU的地是一起的，MOS泄放的时候会经常有开关动作，在开关动作的瞬间有时候会有尖峰电压产生，对于输入到升压芯片会有一定的损坏性，长期以往下去，会有一定的风险造成能量过大导致器件不稳定。
在本实施例中，所述通过将泄放电路4的输出端并在所述CT取能电路3的输入端上，在所述控制器1采集到所述CT取能电路3的超级电容C37的电压大于预设值时，短接所述交流电，具体地，互感器6的线圈可以是200砸输出的，可以利用双向可控硅，把交流电短路在一起，相当于就是把线圈200砸短路在一起，这时候线圈就类似变成一个闭环导通体，可以有效的避免因为泄放导致器件的不稳定性。
如图2所示，在本实施例中，所述CT取能电路3包括：接入端子、压敏电阻R92、整流回路31、稳压二极管D9、滤波回路32、超级电容C37及第一分压电路33；
其中，所述电阻并在所述接入端子的两端，所述整流回路31电气连接在所述压敏电阻R92的两端，所述稳压二极管D9并在所述整流回路31的两端，所述滤波回路32并在所述稳压二极管D9的两端，所述滤波回路32的输出端与所述第一分压回路的输入端电气连接，所述超级电容C37并在所述第一分压回路上，所述第一分压回路的输出端与所述控制器1的输入端电气连接。
需要说明的是，所述接入端子包括J11、J12、13三个端子都是互感器6输入接口，经过取电CT互感器6的磁生电的原理，输入为交流电压，所述压敏电阻R92，作为一级电路防护作用，防止浪涌浪压对系统造成的伤害。交流电压经过所述整流回路31(由D5、D6、D14、D21组成，但不仅限于此)的全波整流，所述滤波回路32(由CD1、CD2、CD3组成，但不仅限于此)可以对超级电容C37进行滤波，可以向后级输出平滑的直流电流，其中，所述滤波回路32还有一个重要作用，其构成的电容启到能量缓存的作用。所述稳压二极管D9可以为5.5V的稳压管，对电路进行稳压，起到一个保护作用，本实施例中，所述第一分压电路33(由R85,R91组成，但不仅限于此)用于为所述超级电容C37采集电压，其中，电阻R85和电阻R91对超级电容C37进行分压，所述控制器1检测口对其进行AD转换得到相应设置的电压，以获取所述超级电容C37目前所处的状态，所述控制器1会根据所述电容当前的电压值将系统运行在全功能模式、部分功能模式和睡眠模式；其中，在所述超级电容C37电压大于4.5V，所述超级电容C37同时为用电设备和储能单元5供电，即此时处于全功能模式，在超级电容C37电压大于2V时，所述超级电容C37与储能单元5为用电设备交替供电，即此时处于部分功能模式，当超级电容C37小于2V同时储能单元5电压大于2.8V时，所述储能单元5单独为设备供电。
如图3所示，在在本实施例中，所述泄放电路4包括：第二分压电路44、第一电容C64、比较回路43、光电隔离电路42、吸收电路41；
其中，所述第一电容C64并在所述第二分压回路上，所述第二分压电路44与所述比较回路43的输入端电气连接，所述比较回路43的输出端与所述光电隔离电路42的输入端电气连接，所述光电隔离电的输出端与所述吸收回路的控制端电气连接，所述吸收回路并在所述CT取能电路3的输入端。
需要说明的是，所述泄放电路4主要是用硬件方式检测电压，再用电压比较器比较，输出一个电平。来控制可控硅开关，使输入交流电压短路，处于0功率状态，以达到能量泄放作用，保护电路不受破坏。
其泄放电路4的所述比较回路43以电压比较器U10及三极管Q14为核心构成，第一电容C64电压Uc为U10正相输入电压。所述光电隔离电路42可以为光电藕合器MOC3021，可以用作大功率可控硅的光电隔离触发器，最大隔离电压高达7500V,可有效实现了控制电路与CT二次侧的电气隔离，保证了电源各电路模块的安全性。电阻R107、R93、为光电藕合器MOC3021内部的光敏可控硅接通瞬间的保护电阻，导通后对CT二次侧电压进行分压为BTA61提供触发信号。与BTA61并联的R155、C29组成阻容吸收电路41，吸收开通瞬间的尖峰电压。所述第二分压电路44(由R142和R143组成，但不仅限于此),对所述第一电容C64进行一个分压，目前所述电压比较器U10负反馈端所设置的值为3.8V。所述电压比较器的正反馈端的电压由所述第二分压电路44的分压阻值决定。本实施例中,优选地使用5.5V的超低电容。故而其保护值不能高于电压Ucsat(5.5V)。若一次电流足够大，电路工作过程如下:当输入电压Uc>Ucsat(5.5V),U10输出高电平，三极管Q14由截止状态变为导通状态，光电藕合器MOC3021发光二极管接入电源导通，光敏可控硅接收到光信号导通，使BTA61的G极触发而导通，此时CT二次侧接近短路，输出功率为0，负载由所述超级电容C37供能而导致所述第一电容C64的电压Uc降低；当电容电压降低到Uc
如图4所示，在在本实施例中，所述电池控制电路2包括：第一开关回路21、充电回路22、第二开关回路24、第三分压回路23、及第二电容C35；
其中，第一开关回路21的控制端与所述控制器1的输出端电气连接，所述CT取能电路3的输出端通过所述第一开关电路与所述充电回路22的输入端电气连接，所述充电回路22的输出端与所述储能单元5电气连接，所述储能单元5与通过所述第二开关回路24连接至用电设备,所述储能单元5的输出端与第三分压回路23电气连接,所述第二电容C35并在所述第三分压回路23上。
需要说明的是，在所述控制器1检测到所述超级电容C37的电压大于4.5V时，所述控制器1的输出端输出一个高电平,即VSUP的引脚拉高，以使得Q7导通，导致U11也导通，此时,所述整流电路的能量会同时给所述储能单元5充电。所述第三分压回路23(由R79和R84组成,但不仅限于此)为储能单元5的分压电路。会检测所述储能单元5的电压情况，所述控制器1会根据储能单元5的电量会运行不同的模式。全功能模式、部分功能模式和睡眠模式。
如图5所示，在在本实施例中，还包括：升压回路7；
其中，所述升压回路的第一输入端与所述CT取能电路3的输出端电气连接，所述升压回路的第二输入端与所述电池控制电路2的输出端电气连接，所述升压回路的输出端用于连接用电设备。
需要说明的是，在本是实施例中，所述升压回路用于提升所述CT取能电路3的输出电压、或提升所述储能电源的输出电压。
本发明第二实施例提供了一种基于如上任意一项所述的控制方法，包括：
所述控制器1获取所述CT取能电路3上超级电容C37的第一电压值；
所述控制器1根据所述第一电压值，控制所述CT取能电路3与所述电池控制电路2对用电设备进行供能。
优选地，所述根据所述第一电压值，控制所述CT取能电路3与所述电池控制电路2对用电设备进行供能，具体为：
所述控制器1在判断到所述第一电压值大于第一预设值时，控制所述CT取能电路3对储能单元5进行充电，同时对用电设备进行供能；
所述控制器1在判断到所述第一电压值在所述第一预设值与所述第二预设值之间时，控制所述CT取能电路3与所述电池控制电路2交替对所述用电设备供能。
优选地，还包括：
所述控制器1获取储能单元5的第二电压值，在判断到第二电压值大于第三预设值、所述第一电压值低于第二预设值，控制所述电池控制电路2单独对用电设备进行供能。
优选地，泄放电路4判断到第一电容C64的值超过预设阈值时，短接所述CT取能电路3的输入端，以关断所述CT取能电路3输出功率。
基于本发明提供的一种CT取电的电源自动控制系统及方法，所述泄放电路4采集其第一电容C64的电压值，在判断第一电容C64的电压值大于保护电压时，将所述CT取能电路3进行短接，以使得所述CT取能电路3输出的功率为0，以避免对后端的用电设备造成干扰，所述控制器1采集所述CT取能电路3中超级电容C37的电压值、以及储能单元5的电压值，控制所述CT取能电路3及所述电池控制电路2交替对用电设备供电，使感应取电电能功率始终维持在最大输出，电能得到利用，减少浪费和发热。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。