电力线感应取电电磁仿真与实现开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

电能给我们的生活带来的许多的便捷之处,如今几乎每个人的生活中都离不开电力,因此保障供电系统的正常运行是十分重要的。出现故障的供电系统如果得不到及时发现和补救,就会对其供电地区造成很大的损失。因此很多国家都进行了智能电网的改革,我国也提出“以特高压电网为骨干网络、各级电网协调发展的坚强电网为基础,利用先进的通信、信息和控制技术,构建以信息化、自动化、互动化为特征的统一坚强智能化电网。”电网智能化的实现离不开配电网中的智能监测监控设备的应用,通常智能监测监控设备要求的电压不高,采用低压直流供电,而且要求具有较高的稳定性和绝缘性,如配电网供电线路中故障检测定位装置,高压开关柜测温系统,电力参数监测系统,电子式电流互感器,导线温度监测装置等。这些设备目前多采用电池供电,这样的方式虽然稳定,但供电时间有限,对装置的功率限制较大,不利于设备大范围的使用。同时在野外、山区等偏僻、交通不便的地方,线路电池更换不便。因此,设计一种能代替电池、在与一次系统保持很好的电气隔离的情况下从一次侧获取能量的电源成为智能电网,智能监测设备供电一直是制约智能电网发展的一个突出问题。

配电网智能设备取能电源要求在一次侧电流较小、短路及雷击时能够稳定的供能。通过材料的选择、电路布局设计等实现较小的启动电流,增大工作范围。同时装置需要合理的电路设计,掌控各种工作模式的切换。对于能量的获取及存储有多种方式,如互感器取能,锂电池储能,补偿线圈泄放能量等。最后通过直流变换将电流转换为合适的等级,供后续电路使用。现有的智能监测设备供电方式主要有电池供电、太阳能供电、分压电容取电法、激光供能法和感应取电法等。

利用太阳能对配电网装置进行供电的技术已经较为成熟,在一些情况下已经有应用实例,例如气象局监测降雨量设备供电、监控摄像头太阳能供电、光电式电流互感器高压侧供电等,太阳能供电方式清洁无污染、可再生,符合智能电网的要求。但是从该方式实现的角度分析,太阳能供电的方式使整个装备沉重、安装较为繁琐,工作量较大而且太阳能电池板易受天气、环境温度、昼夜的影响,不能保证随时随地的标准电压的供给,带负载能力有限;需要长期的维护,耗费人力。此外,蓄电池的寿命、电池板的面积都会影响到太阳能供电的功率,这些都导致了太阳能供电方式应用的局限性。

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2. 研究的基本内容与方案

感应取电技术难点在与难以在输电线路较大的电流范围内平稳地输出功率,通常输电线路电流较小时,输出功率不足,输电线路电流较大时,输出功率过高,取电装置发热严重。本文通过利用电磁仿真软件优化设计感应取电的感应线圈绕组和增强电磁的硅钢铁芯,在通过电路仿真软件设计整流和稳压电路,最后设计锂电池充电电路使感应取电电源能够输出5v的稳定电压,提供3w以上直流电能,并具有过冲和过压保护功能。

为实现取电电源的设计要求,将装置的设计分为以下几个部分:第一部分为电流互感器的设计。电流互感器利用电磁感应原理变换电流,主要由铁芯和绕组构成,其中,互感器铁芯材料选择、铁芯形状设计、线圈匝数计算是主要研究内容,需要使电流互感器取到足够大的能量以满足功率需求。首先根据铁芯磁化的性质确定铁芯工作区域,当铁芯处于非饱和状态时,磁化曲线为线性段,二次侧电压会随着母线电流的变化而变化,当铁芯达到饱和状态,电流继续增加时磁通变化较小,二次侧输出电压不再随着一次侧线性变化,让铁芯工作于饱和状态有利于供能的稳定性。但铁芯长期工作与饱和状态容易过热,最终通过设计带气隙的铁芯,减小相对导磁率来使得铁芯工作在线性区域,同时能够满足一次侧电流波动时的正常取能。铁芯的形状采用双c型,易于安装的同时可以有效抑制磁芯深度饱和。电流互感器一次侧串联在测量线路中,且一次侧的线圈匝数较少,二次侧匝数比较多,利用一次侧电流与二次侧电流与线圈匝数的比成反比例关系将主回路中的大电流转变成小电流,一次侧线圈匝数在实际情况下一般为1,根据所需电流通过计算可以得出二次侧的匝数。

第二部分是电流互感器的保护、整流滤波部分,该部分需设置雷电冲击防护装置以保证线路大电流时装置的正常运行,整流滤波部分能将获得的交流电能转换为稳定的直流电源;第三部分为稳压模块,将上级直流电压转换为要求的电压,满足负载对电压的要求;第四部分是锂电池充电部分,主要解决不同取能方式之间的切换问题:线路电流很小时,通过合理的切换装置让锂电池供电,保证电源在此时的正常供电。

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3. 研究计划与安排

1、第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需理论知识和软件工具。确定方案,完成开题报告。

2、第4-6周:进行理论学习和仿真软件学习。

3、第7-8周:进行仿真设计计算。

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4. 参考文献(12篇以上)

黄心怡,高性能电流互感器及其取电电源设计[d].华南理工大学.2016.

韦捷, 周强, 李玉香. 电流互感器取电技术在智能配网中的应用研究[j]. 企业科技与发展, 2013
曹祥红,杨超,张华.2013.应用于高压设备测温系统的感应取电电源设计.科学技术与工程

付小轉.2009.有源电子式互感器高压侧电路供能方案的研究 .中国科技信息

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