本发明专利技术公开了一种电流互感器双频点取能电路系统及电流互感器装置，属于AC‑DC电能变换领域，包括：双频参考信号生成电路、H桥AC‑DC电路及PWM信号生成模块；所述双频参考信号生成电路包括串联的电流传感器和补偿网络；电流传感器用于提供输电线路的电流信息；补偿网络用于根据输电线路的电流信息得到H桥AC‑DC电路的参考电流信号；所述参考电流信号的工频分量和三倍频分量在对应的工频和三倍频频点处满足负载的等效阻抗与电流互感器端等效电阻共轭匹配；在滞环电流控制下，H桥AC‑DC电路将电流互感器的输出电流限制在以参考电流信号为中心的迟滞宽度之内。本发明专利技术能够同时提取工频和三次谐波频率的磁场能量，并增加磁场取能器的输出功率密度。
2、ct通过与输电线的磁场耦合，可直接从输电线的交流电流中感应出电能。为了提高ct的输出功率，取得更多的电能，现有技术中一般在ct的输出端加入电容对励磁电感进行补偿，且负载等效电阻与源端等效电阻相等。由于电感和电容在工频处匹配，使得传统的ct取能电路只能够提取到工频的能量。
3、然而，随着非线性的电力电子用电负载逐渐增多，配电网上的电流谐波分量大大增加。从多地的实际测量结果可以发现，目前配电输电线路上有大量的三次谐波电流分量。在相同磁场强度下，频率越高，电流互感器的感应电压越大，可以输出的功率越高。因此，三次谐波频率的磁场能量十分可观，甚至有可能会超过工频磁场能量。如果能同时收集工频和三次谐波频率处的磁场能量，将极大地增加ct可以获取的电能。
1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种电流互感器双频点取能电路系统及电流互感器，其目的在于同时提取工频和三次谐波频率的磁场能量，以增加磁场取能器的输出功率密度。
>3、所述双频参考信号生成电路包括串联的电流传感器和补偿网络；所述电流传感器用于提供输电线路的电流信息；所述补偿网络用于根据所述输电线路的电流信息得到所述h桥ac-dc电路的参考电流信号iref；其中，所述参考电流信号iref的工频分量和三倍频分量在对应的工频和三倍频频点处满足负载的等效阻抗与电流互感器端等效电阻共轭匹配；4、所述h桥ac-dc电路与电流互感器的输出连接，用于在所述pwm信号生成模块生成的pwm信号控制下，将所述电流互感器的输出电流限制在以所述参考电流信号iref为中心的迟滞宽度之内。
5、进一步地，所述补偿网络在工频和三倍频频点处同时满足：
6、
7、
8、其中，g为补偿网络的传递函数，rm1和rm3分别表示电流互感器励磁电阻的工频分量和三倍频分量，ω1和ω3分别表示工频和三倍频，lm1和lm3分别表示电流互感器励磁电感的工频和三倍频分量；n是电流互感器匝数，θ是电流传感器的耦合系数。
9、进一步地，所述补偿网络的传递函数g(s)为：
10、
11、其中，m1～m4为四个与rm1、rm3、lm1、lm3、n及θ相关的常数；令s分别取jω1和jω3，并将g(s)分别对应代入g(jω1)和g(jω3)得到m1～m4。
12、进一步地，所述补偿网络包括：电阻r1～r4、电容c1～c4、第一运算放大器及第二运算放大器；
13、电阻r1和电容c1并联构成所述第一运算放大器的反馈支路，电阻r3和电容c3并联构成所述第一运算放大器的输入支路；
14、电阻r2和电容c2并联构成所述第一运算放大器的反馈支路，电阻r4和电容c4并联构成所述第二运算放大器的输入支路；
15、所述第二运算放大器的输出和所述第一运算放大器的输入串联；
16、其中，电阻r1～r4、电容c1～c4与所述补偿网络的传递函数g(s)之间满足：
17、
18、进一步地，所述pwm信号生成模块包括：滞环电流控制器、pwm生成电路及驱动电路；所述滞环电流控制器包括电流采样电路和迟滞比较器；
19、所述电流采样电路用于采集电流互感器的输出电流；
20、所述迟滞比较器用于将所述电流互感器的输出电流与所述参考电流信号iref进行迟滞比较，得到原始pwm波形；
21、所述pwm生成电路用于根据对所述原始pwm波形进行逻辑运算并经过所述驱动电路后，生成控制所述h桥ac-dc电路四个开关管的pwm信号。
22、进一步地，所述电流传感器为空心线圈或带有高频磁芯的线圈。
23、进一步地，所述电流采样电路为差分放大电路；
24、所述驱动电路包括串联的电平位移电路和自举驱动电路。
25、进一步地，所述h桥ac-dc电路由4个nmos开关管组成。
26、按照本专利技术的第二方面，提供了一种电流互感器双频点取能方法，包括：
27、获取输电线路的电流信息；
28、根据所述输电线路的电流信息得到h桥ac-dc电路的参考电流信号iref；其中，所述参考电流信号iref的工频分量和三倍频分量在对应的工频和三倍频频点处满足负载的等效阻抗与电流互感器端等效电阻共轭匹配；其中，所述h桥ac-dc电路与电流互感器的输出连接；
29、通过滞环电流控制，将所述电流互感器的输出电流限制在以所述参考电流信号iref为中心的迟滞宽度之内。
30、按照本专利技术的第三方面，提供了一种具有双频点取能的电流互感器装置，包括：电流互感器和第一方面任一项所述的电流互感器双频点取能电路系统；
31、所述电流互感器的输出与所述电流互感器双频点取能电路系统中的h桥ac-dc电路连接。
32、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
33、(1)本专利技术的电流互感器双频点取能电路系统，通过h桥ac-dc电路、双频参考信号生成电路及pwm信号生成模块构成的电子电力电路的方式实现了同时提取工频和三次谐波频率的磁场能量，并在两个频点处实现最大功率跟踪的目的。具体而言，本专利技术的双频参考信号生成电路通过电流传感器提供输电线路的电流信息，基于该输电线路的电流信息，通过补偿网络获得在工频和三倍频处满足阻抗共轭匹配的双频点参考电流信号iref；由于h桥ac-dc电路与电流互感器的输出连接，再通过迟滞电流控制，将ct的实际输出电流控制为与参考电流信号一致(在迟滞宽度内，电流互感器输出电流的工频分量与参考电流信号iref的工频分量一致，电流互感器输出电流的三倍频分量与参考电流信号iref的三倍频分量一致)，进而实现h桥ac-dc电路的等效阻抗在工频和三倍频两个频率处都实现共轭匹配，如此，能够同时提取工频和三次谐波频率最大的磁场能量，增加了磁场取能器的输出功率密度。
34、(2)进一步地，提供了一种具体的补偿网络结构，使双频点取能电路可同时提取电缆线路中的工频和三次谐波频率的磁场能量，能够有效增加电流互感器的输出功率。
35、本专利技术的电流互感器双频点取能电路系统，拓扑上采用h桥ac-dc变换器，控制上使用滞环电流控制，控制信号由双频点参考信号生成电路产生，以实现在两个频率点处的同时最大功率提取。相比与传统的使用电容匹配的电路系统，本专利技术的系统具有更高的输出功率，且可应用在配电网本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电流互感器双频点取能电路系统，其特征在于，包括：双频参考信号生成电路、H桥AC-DC电路及PWM信号生成模块；
2.根据权利要求1所述的电流互感器双频点取能电路系统，其特征在于，所述补偿网络在工频和三倍频频点处同时满足：
3.根据权利要求2所述的电流互感器双频点取能电路系统，其特征在于，所述补偿网络的传递函数G(s)为：
4.根据权利要求3所述的电流互感器双频点取能电路系统，其特征在于，所述补偿网络包括：电阻R1～R4、电容C1～C4、第一运算放大器及第二运算放大器；
5.根据权利要求1-4任意一项所述的电流互感器双频点取能电路系统，其特征在于，所述PWM信号生成模块包括：滞环电流控制器、PWM生成电路及驱动电路；所述滞环电流控制器包括电流采样电路和迟滞比较器；
6.根据权利要求1-4任意一项所述的电流互感器双频点取能电路系统，其特征在于，所述电流传感器为空心线圈或带有高频磁芯的线圈。
7.根据权利要求5所述的电流互感器双频点取能电路系统，其特征在于，所述电流采样电路为差分放大电路；
8.根据权利要求1-4任意一项所述的电流互感器双频点取能电路系统，其特征在于，所述H桥AC-DC电路由4个Nmos开关管组成。
9.一种电流互感器双频点取能方法，其特征在于，包括：
10.一种具有双频点取能的电流互感器装置，其特征在于，包括：电流互感器和权利要求1-8任一项所述的电流互感器双频点取能电路系统；
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【技术特征摘要】
1.一种电流互感器双频点取能电路系统，其特征在于，包括：双频参考信号生成电路、h桥ac-dc电路及pwm信号生成模块；
2.根据权利要求1所述的电流互感器双频点取能电路系统，其特征在于，所述补偿网络在工频和三倍频频点处同时满足：
3.根据权利要求2所述的电流互感器双频点取能电路系统，其特征在于，所述补偿网络的传递函数g(s)为：
4.根据权利要求3所述的电流互感器双频点取能电路系统，其特征在于，所述补偿网络包括：电阻r1～r4、电容c1～c4、第一运算放大器及第二运算放大器；
5.根据权利要求1-4任意一项所述的电流互感器双频点取能电路系统，其特征在于，所述pwm信号生成模块包括：滞环电流控制器、pwm生成...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭晗，肖洪飞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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