自励式磁状态主动调节的地线调谐取能电抗器制造技术

本发明专利技术提供一种自励式磁状态主动调节的地线调谐取能电抗器，铁芯由硅钢和磁粉芯材料组合而成，工作绕组分为一次侧和二次侧，其中一次侧与取能地线并联，二次侧与负载并联；分压绕组与工作绕组二次侧串联，向整流模块提供电压，从而为控制绕组提供电流

【技术实现步骤摘要】
自励式磁状态主动调节的地线调谐取能电抗器


[0001]本专利技术属于高压工程
，具体涉及一种自励式磁状态主动调节的地线调谐取能电抗器
。

技术介绍

[0002]随着智能电网概念的提出，将智能输电线作为智能电网的重要组成部分映入了未来电网建设的蓝图，使得在输电线路上装设各种监测设备已成为智能输电线建设的必然趋势之一
。
然而，作为电力系统中覆盖范围最广
、
运行环境最复杂
、
外界影响因素最多的电力环节，高压架空输电线路的运行状态深刻影响着电力系统的安全性和可靠性
。
若发生故障，将给生产和生活造成严重的影响和损失
。
因此，为了及时准确地反映线路运行状况，以便采取相应的防范措施将损失降到最低，有必要对输电线路的运行状态进行在线和实时监测
。
[0003]目前，架空线路的在线监测技术发展迅速，随着电力系统设备的不断精细化，在线监测设备的供电性能也需满足更高要求
。
在线监测设备的供电方式受装设的地形条件
、
温度条件
、
绝缘条件
、
装置设计复杂性以及负载能力等因素的直接影响
。
传统的监测设备供电方式主要有：太阳能
‑
蓄电池供电
。
该种供电方式通过太阳能电池板将太阳能转换并储存为电能，可以直接为电压要求不高的监测设备进行供电；但是，这种供电方式受蓄电池寿命，地区光照强度等因素影响暂时无法实现大规模应用
。
风能供电
。
风能蕴量巨大，是一种可再生绿色能源，该种供电方式应用范围较广，通过合理的设计与匹配，基本能够实现在各种环境情况下对系统进行供电；但是，风力发电的效率主要取决于风力
、
风速和风向等环境因素，系统供能会随着风力资源的变化不断波动，使得电力系统的暂态稳定性受到影响
。
激光供电
。
激光供电作为一种新型供电方式，采用半导体激光器作为光源，借助光纤传输光能，然后利用光电转换器，将光能转换为电能；然而，此种方式转换效率较低
。
总的来说，这些供能方式具有各自独特的优势，也仍存在相应的缺陷，难以满足目前输电线路大规模在线监测装置和智能巡检装备的供电要求
。
[0004]作为架空输电线路一种应用前景广泛的新型在线监测装置供电方式，地线取能已成为近年来的研究热点
。
地线取能主要有分段绝缘
、
单点接地地线和全绝缘地线两种方式
。
分段绝缘
、
单点接地的地线主要利用相导线产生交变磁场激发的涡旋感应电势进行取能，其取能功率由负荷电流大小决定
。
当负荷电流较小时，取能功率也随之变低，难以适用于大规模在线监测装置和智能巡检装备的场合
。
近年来，为实现地线融冰和节能的目的，在保证线路防雷性能基本不受影响的前提下，许多地区对分段绝缘地线进行全绝缘化改造
。
全绝缘地线根据静电感应和调谐原理可以实现从地线中回收能量，具有输出功率大
、
稳定性优异
、
受负荷电流影响小等优点，是输电线路大规模在线监测装置和智能巡检装备稳定大功率电能供应难题的理想解决方案
。
[0005]然而，实际运行环境中，输电线路所处的气象和环境参数始终处于变化状态，特别是环境温度和风速，其值在数秒内便可能产生显著变化，具有极强的时空尺度波动特性
。
覆冰的极端天气对取能等值回路参数也有显著影响
。
取能等值回路参数扰动可能带来输出功
率和电压波动，造成取能装置发生绝缘击穿故障
。
因此，分析提出输出功率和电压的协同调控方法，决定着获取目标功率的同时能否保证地线绝缘子及取能装置的电压水平在允许值以内
。
在提出有效的输出功率和电压协同调控机制后，如何设计调谐取能电抗器的磁路拓扑结构和磁场调控方法，决定着所提出的动态调谐机制能否真正实现
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的空白和不足，本专利技术的目的在于提供一种自励式磁状态主动调节的地线调谐取能电抗器，该装置包括由硅钢材料与铁硅铝材料联合制成的铁芯及绕制两侧高
、
低压绕组的铜线组成
。
在利用绝缘地线静电感应电压进行取能时，通过低压侧绕组分流的方式为控制绕组供电，实现磁控电抗器的自励磁调控，实现地线取能系统中取能功率与电压的协同控制
。
[0007]具体地，包括铁芯
、
工作绕组
、
分压绕组控制绕组和整流模块
。
铁芯由硅钢和磁粉芯材料组合而成，工作绕组分为一次侧和二次侧，其中一次侧与取能地线并联，二次侧与负载并联；分压绕组与工作绕组二次侧串联，向整流模块提供电压，从而为控制绕组提供电流
。
在利用该电抗器进行架空绝缘地线调谐取能时，基于电抗器铁芯的非线性磁化特性，分压绕组经过整流模块向控制绕组提供直流电流，改变铁芯的饱和程度，从而改变电抗器的电感量，最终改变工作绕组二次侧的输出电流，获得不同的取能功率，同时将工作绕组一次侧两端的电压限制在绝缘水平以下，并借助负反馈
PI
控制系统实现输出功率与电压的自适应协同控制
。
[0008]该装置可在利用静电感应和调谐原理进行地线取能时，通过整流模块开关元件晶闸管的自适应控制，自动调节直流励磁电流的大小，改变电抗器铁芯的饱和程度，进而调节电抗器的电感值，获得一定取能功率的同时保证电抗器一次侧电压维持在绝缘水平以下
。
当因取能等值参数扰动造成一次侧电压过高时，降低电感量，反之提高电感量，起到自适应调节效果
。
该装置具有集成度高
、
体积较小
、
取能功率大
、
工作电压可控等特点
。
[0009]本专利技术解决其技术问题具体采用的技术方案是：
[0010]一种自励式磁状态主动调节的地线调谐取能电抗器，其特征在于：在利用该电抗器进行架空绝缘地线调谐取能时，基于电抗器铁芯的非线性磁化特性，分压绕组经过整流模块向控制绕组提供直流电流，以改变铁芯的饱和程度，从而改变电抗器的电感量，最终改变工作绕组二次侧的输出电流，获得不同的取能功率；同时将工作绕组一次侧两端的电压限制在绝缘水平以下，实现输出功率与电压的自适应协同控制
。
[0011]进一步地，所述铁芯由硅钢和磁粉芯组合而成；其中，硅钢用于流过工作磁通；磁粉芯用于流过控制磁通；所述磁粉芯的作用一方面是延长磁路，获得所需要的电感值；另一方面是磁粉芯易饱和，通过调节控制绕组注入电流大小，以实现电抗器电感量的主动调节
。
[0012]进一步地，所述工作绕组分为一次侧和二次侧，其中一次侧与取能地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种自励式磁状态主动调节的地线调谐取能电抗器，其特征在于：在利用该电抗器进行架空绝缘地线调谐取能时，基于电抗器铁芯的非线性磁化特性，分压绕组经过整流模块向控制绕组提供直流电流，以改变铁芯的饱和程度，从而改变电抗器的电感量，最终改变工作绕组二次侧的输出电流，获得不同的取能功率；同时将工作绕组一次侧两端的电压限制在绝缘水平以下，实现输出功率与电压的自适应协同控制
。2.
根据权利要求1所述的自励式磁状态主动调节的地线调谐取能电抗器，其特征在于：所述铁芯由硅钢和磁粉芯组合而成；其中，硅钢用于流过工作磁通；磁粉芯用于流过控制磁通；所述磁粉芯的作用一方面是延长磁路，获得所需要的电感值；另一方面是磁粉芯易饱和，通过调节控制绕组注入电流大小，以实现电抗器电感量的主动调节
。3.
根据权利要求2所述的自励式磁状态主动调节的地线调谐取能电抗器，其特征在于：所述工作绕组分为一次侧和二次侧，其中一次侧与取能地线并联，二次侧与负载并联；分压绕组与工作绕组二次侧串联，取出一部分能量为整流模块提供电压，向控制绕组输出电流
。4.
根据权利要求3所述的自励式磁状态主动调节的地线调谐取能电抗器，其特征在于：所述工作绕组绕制在铁芯的硅钢部分，控制绕组绕制在铁芯的磁粉芯部分
。5.
根据权利要求4所述的自励式磁状态主动调节的地线调谐取能电抗器，其特征在于：所述整流模块为单相全桥整流电路，通过改变开关元件晶闸管的触发角，控制直流偏置电流的大小，使电抗器的饱和度发生相应变化，进而调节电抗器的电感值
。6.
根据权利要求5所述的自励式磁状态主动调节的地线调谐取能电抗器，其特征在于：所述整流模块的输出电压为：式中：
U
d

【专利技术属性】
技术研发人员：舒胜文，陈晓峰，盖晓蕾，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：