本發(fā)明涉及電磁感應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

我國配電網(wǎng)自動化涉及的范圍廣，但由于早期缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜薄弱，故障概率高，尤其是架空線路。據(jù)統(tǒng)計90%的停電和故障擾動發(fā)生在配電網(wǎng)中；其中查找并排除線路故障點，成為提高供電質(zhì)量的重要因素。使用配網(wǎng)自動化終端（FTU（饋線終端設(shè)備）和DTU（開閉所終端設(shè)備））可以實現(xiàn)主干線大分段、大分支的故障定位與隔離。但是該方案投資較大，而我國配網(wǎng)地域?qū)拸V，不利于配網(wǎng)自動化全覆蓋。國家能源局能電力【2015】290號文件《配電網(wǎng)建設(shè)改造行動計劃》明確要求，從2015-2020年配電自動化覆蓋率從目前的20%達到90%以上。支撐大比例覆蓋的主要產(chǎn)品是故障指示器類產(chǎn)品，從規(guī)劃上數(shù)據(jù)推算得知未來5年故障指示器類產(chǎn)品的需求量不少于300萬套。因此，經(jīng)濟、安裝便攜的二遙基本型配電在線監(jiān)測與故障定位終端成為實現(xiàn)大比例配網(wǎng)自動化覆蓋的主要產(chǎn)品。

現(xiàn)有的架空二遙基本型配電終端主要有以下幾種，均存在較多缺陷，特別是電源系統(tǒng)取電方面較為突出，嚴重影響產(chǎn)品應(yīng)用。一是太陽能取電；該方式受陰雨天、夜晚及空氣質(zhì)量影響，容易出現(xiàn)電源系統(tǒng)取電不足，無法支撐終端長時間運行。二是CT感應(yīng)取電；采用電力電子開關(guān)，目前最小可取電電流為10A，更小電流取電無法實現(xiàn)，電流取電死區(qū)和熱設(shè)計需要突破，不能對感應(yīng)取電進行自動調(diào)節(jié)和防護。 三是內(nèi)置一次性鎳氫電池供電，使用壽命短，3~4年后探頭無法工作。四是高壓電容取電或無線取電，源自于電壓傳感思路，安全性和能量傳遞效率是難點，并且不適合帶電作業(yè)安裝。這些缺陷嚴重影響了配網(wǎng)自動化在線監(jiān)測與定位的應(yīng)用效果，進而影響供電可靠性。

因此，電源系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)創(chuàng)新是未來的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢，現(xiàn)有技術(shù)還有待改進和提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)及其方法，以解決現(xiàn)有架空二遙基本型配電終端電源系統(tǒng)存在電流取電死區(qū)過大，以及不能進行自動調(diào)節(jié)和防護的問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

一種自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)，與微功率負載連接，其包括：

CT感應(yīng)取電模塊，用于對預(yù)設(shè)范圍電流進行取電獲得交流電壓；

全波整流模塊，用于對交流電壓進行全波整流后輸出直流電壓；

自調(diào)節(jié)功率防護模塊，用于根據(jù)直流電壓對內(nèi)置的能量池充電；檢測能量池電壓大于保護電壓時，對CT感應(yīng)取電模塊進行泄放；檢測能量池電壓小于等于保護電壓時，輸出能量池電壓；

能量搜集控制模塊，用于根據(jù)能量池電壓的大小調(diào)整對微功率負載的供電狀態(tài)和超級電容的充電狀態(tài)。

所述的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)中，所述CT感應(yīng)取電模塊包括兩個半圓環(huán)體的鐵芯，兩個鐵芯閉合組成一圓環(huán)體；任一鐵芯上設(shè)置的繞組為納米晶材料的線圈，繞組的一端引出兩根接線端連接全波整流模塊。

所述的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)中，所述圓環(huán)體的內(nèi)圓直徑為54.4mm，外圓直徑為80.6mm；半圓環(huán)體的高為12.6mm，半圓環(huán)體的寬為13.1mm。

所述的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)中，所述設(shè)置繞組的鐵芯上設(shè)置有禁止繞線區(qū)。

所述的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)中，所述自調(diào)節(jié)功率防護模塊包括第一MOS管、二極管、能量池、第一電阻和過壓控制單元；

所述第一MOS管的源極通過第一電阻連接整流橋的第2腳和二極管的正極；所述二極管的負極連接能量搜集控制模塊、能量池的一端和過壓控制單元的輸入端；第一MOS管的柵極連接過壓控制單元的控制端，第一MOS管的漏極連接能量池的另一端和地。

所述的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)中，所述過壓控制單元包括比較芯片、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻和第二MOS管；

所述比較芯片的+IN腳連接第二電阻的一端、第三電阻的一端和第五電阻的一端；比較芯片的VS腳連接第二電阻的另一端、能量池的一端和第四電阻的一端；比較芯片的OUT腳連接第四電阻的另一端、第五電阻的另一端、第六電阻的一端和第二MOS管的柵極；比較芯片的GND腳連接第三電阻的另一端和地，第二MOS管的源極連接MOS管的柵極，第二MOS管的漏極連接第七電阻的一端，第七電阻的另一端連接第六電阻的另一端和比較芯片的VS腳。

所述的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)中，所述過壓控制單元還包括第一電容和第二電容；

所述第一電容的一端連接比較芯片的VS腳，第一電容的另一端接地，第二電容的一端連接比較芯片的OUT腳和第二MOS管的柵極，第二電容的另一端連接比較芯片的GND腳和地。

所述的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)中，所述能量搜集控制模塊包括：

電池；

超級電容；

MPPT控制單元，用于判斷能量池電壓的大小并輸出對應(yīng)的控制信號；

升降壓單元，用于根據(jù)對應(yīng)的控制信號進行升壓獲得升壓電壓、或降壓獲得降壓電壓；

電源轉(zhuǎn)換單元，用于對降壓電壓進行電壓轉(zhuǎn)換后輸出供電電壓給微功率負載供電，還獲得充電電壓；以及對升壓電壓、電池電壓、或電容電壓進行電壓轉(zhuǎn)換后輸出供電電壓給微功率負載供電；

后備電源控制單元，用于在電池供電時，輸出電池電壓給電源轉(zhuǎn)換單元；

充放控制單元，用于將充電電壓對超級電容充電；以及在超級電容供電時，控制超級電容放電輸出電容電壓給電源轉(zhuǎn)換單元。

一種采用所述的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)的電源控制方法，其包括：

步驟A、對預(yù)設(shè)范圍電流進行取電獲得交流電壓，對交流電壓進行全波整流后輸出直流電壓；

步驟B、根據(jù)直流電壓對能量池充電；檢測能量池電壓大于保護電壓時，對CT感應(yīng)取電模塊進行泄放；檢測能量池電壓小于等于保護電壓時，輸出能量池電壓；

步驟C、根據(jù)能量池電壓的大小調(diào)整對微功率負載的供電狀態(tài)和超級電容的充電狀態(tài)。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)，通過CT感應(yīng)取電模塊對預(yù)設(shè)范圍電流（3~630A）進行取電獲得交流電壓，電流為5A即可感應(yīng)取電獲得滿足架空二遙基本型配電終端全功能運行所需的電能，延長二遙基本型配電終端的使用壽命和應(yīng)用范圍；全波整流模塊對交流電壓進行全波整流后輸出直流電壓；自調(diào)節(jié)功率防護模塊根據(jù)直流電壓對內(nèi)置的能量池充電；檢測能量池電壓大于保護電壓時，對CT感應(yīng)取電模塊進行泄放；檢測能量池電壓小于等于保護電壓時，輸出能量池電壓；能量搜集控制模塊根據(jù)能量池電壓的大小調(diào)整對微功率負載的供電狀態(tài)和超級電容的充電狀態(tài)，使感應(yīng)取電電能功率始終維持在最大輸出，電能得到利用，減少浪費和發(fā)熱；自調(diào)節(jié)功率防護模塊對電源系統(tǒng)大電流感應(yīng)取電或雷擊浪涌等瞬間沖擊電流進行自動調(diào)節(jié)和防護，能自動存儲電能、切換能量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)應(yīng)用實施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明提供的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)中CT感應(yīng)取電模塊的示意圖。

圖3是本發(fā)明提供的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)中CT感應(yīng)取電模塊的尺寸示意圖。

圖4是本發(fā)明提供的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)中CT感應(yīng)取電模塊、全波整流模塊、自調(diào)節(jié)功率防護模塊的電路圖。

圖5是本發(fā)明提供的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)中能量搜集控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

圖6是是本發(fā)明提供的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)的電源控制方法流程圖。

具體實施方式

針對現(xiàn)有架空二遙基本型配電終端電源系統(tǒng)不能通過小電流進行感應(yīng)取電獲得全功能運行所需的電能，嚴重影響其產(chǎn)品的使用壽命等問題。本發(fā)明提供一種自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)及其方法，涉及電磁感應(yīng)技術(shù)、電力電子控制和測量技術(shù)；應(yīng)用于線路負荷電流為3~600A，為10kV及35k配電線路在線監(jiān)測及故障定位裝置提供工作電源的電源系統(tǒng)；具有功率自動調(diào)節(jié)和防護電路，能夠在3A~630A電流范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠的感應(yīng)取電。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。請參閱圖1，本發(fā)明提供的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)與微功率負載連接，包括CT感應(yīng)取電模塊10、全波整流模塊20、自調(diào)節(jié)功率防護模塊30和能量搜集控制模塊40。所述CT感應(yīng)取電模塊10、全波整流模塊20、自調(diào)節(jié)功率防護模塊30、能量搜集控制模塊40依次連接。所述CT感應(yīng)取電模塊10對預(yù)設(shè)范圍電流（3A~630A）進行取電獲得交流電壓（AC±），電流小至5A也能感應(yīng)取電獲得滿足架空二遙基本型配電終端全功能運行所需的電能。全波整流模塊20對交流電壓進行全波整流后輸出直流電壓V。自調(diào)節(jié)功率防護模塊30根據(jù)直流電壓V對內(nèi)置的能量池充電；檢測能量池電壓DC大于設(shè)定的保護電壓時，對CT感應(yīng)取電模塊10內(nèi)的感應(yīng)取電線圈進行泄放（通常泄放至閾值電壓時停止）；檢測能量池電壓DC小于等于保護電壓時，輸出能量池電壓DC。能量搜集控制模塊40根據(jù)能量池電壓DC的大小調(diào)整對微功率負載的供電狀態(tài)和超級電容（super capacitor，又叫電化學(xué)電容器、法拉電容）的充電狀態(tài)，使感應(yīng)取電電能功率始終維持在最大輸出，電能得到利用，減少浪費和發(fā)熱。

請一并參閱圖2和圖3，所述CT感應(yīng)取電模塊10即電流互感器。本實施例的CT感應(yīng)取電模塊10包括兩個半圓環(huán)體的鐵芯110，兩個鐵芯閉合組成一圓環(huán)體，鐵芯上的繞組120為納米晶材料的線圈（即感應(yīng)取電線圈）。所述鐵芯帶有涂層，涂層厚為0.3mm。所述圓環(huán)體的內(nèi)圓直徑d1為54.4mm，外圓直徑d2為80.6mm；半圓環(huán)體的高h為12.6mm，半圓環(huán)體的寬w為13.1mm。僅一個鐵芯上繞線圈，較佳的匝數(shù)為600，從繞組的一端引出兩根接線端（即圖2左邊的兩個平行線）分別連接全波整流模塊20。且該鐵芯上設(shè)置有禁止繞線區(qū)130，如圖3所示的陰影區(qū)域。所述禁止繞線區(qū)130包括位于半圓環(huán)體一端部的第一高度H1（5mm）所在區(qū)域和半圓環(huán)體另一端部的第二高度H2（14mm）所在區(qū)域。設(shè)置禁止繞線區(qū)130更方便用戶安裝。本實施例中所有尺寸的誤差為±0.2mm；對鐵芯的繞線匝數(shù)、繞線區(qū)域等設(shè)置可根據(jù)實際應(yīng)用進行調(diào)整，此處對其不作限制。

兩個半圓環(huán)體可分開，將圓環(huán)體套在電纜上后通過固定件閉合固定開口。電流互感器中間通過一次電流，二次繞組便可感應(yīng)出微弱電壓，將二次繞組的接線端接到全波整流模塊20，再經(jīng)過后續(xù)的自調(diào)節(jié)功率防護模塊30和能量搜集控制模塊40進行處理，即可取得所需的電源電壓。通過上述尺寸設(shè)置和線圈的材料選擇，這樣即可實現(xiàn)架空二遙基本型配電終端對更小電流（如5A）的取電，滿足微功耗負載所需的工作電源，而現(xiàn)有技術(shù)只能對最小10A的小電流取電。

請一并參閱圖4，所述全波整流模塊20為整流橋，其內(nèi)部的二極管可采用肖特基二極管或低損耗二極管。整流橋的第1腳連接CT感應(yīng)取電模塊10的負接線端，整流橋的第3腳連接CT感應(yīng)取電模塊10的正接線端，整流橋的第2腳連接自調(diào)節(jié)功率防護模塊30，整流橋的第4腳接地。

所述自調(diào)節(jié)功率防護模塊30包括低阻抗大功率可控的第一MOS管Q1（型號為CSD18563Q5A）、二極管D、能量池C0（電容能量池）、第一電阻R1和過壓控制單元310；所述第一MOS管Q1的源極通過第一電阻R1連接整流橋的第2腳和二極管D的正極；所述二極管D的負極連接能量搜集控制模塊40、能量池C0的一端和過壓控制單元310的輸入端in；第一MOS管Q1的柵極連接過壓控制單元310的控制端ct，第一MOS管Q1的漏極連接能量池C0的另一端和地。

全波整流模塊20輸出的直流電壓V對能量池C0充電。假設(shè)能量池C0的保護電壓為U0、額定電壓為Ut。過壓控制單元310檢測能量池電壓DC小于等于保護電壓時，輸出關(guān)閉信號控制第一MOS管Q1截止，能量池電壓DC至后續(xù)的能量搜集控制模塊40。當過壓控制單元310檢測能量池電壓DC大于設(shè)定的保護電壓U0時，輸出開啟信號控制第一MOS管Q1導(dǎo)通，則全波整流模塊20的輸出端被短接。直流電壓V跨過能量池C0泄放到地（相當于對線圈上的電壓進行泄放，不再對能量池C0充電），同時，能量池C0上的電能也通過過壓控制單元310泄放，能量池電壓DC下降。

由于后續(xù)還可能會對能量池C0充電，須使能量池電壓DC下降至達到閾值電壓時才停止泄放。則所述過壓控制單元310還檢測壓DC下降至達到閾值電壓時輸出關(guān)閉信號控制第一MOS管Q1截止，短路消失停止泄放。

本實施例中，過壓控制單元310由低功耗電壓監(jiān)視元件和比較控制電路組成，具體包括：比較芯片U（型號為LT6703IDC-3#TRMPBF）、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7和第二MOS管Q2；所述比較芯片U的+IN腳連接第二電阻R2的一端、第三電阻R3的一端和第五電阻R5的一端；比較芯片U的VS腳連接第二電阻R2的另一端（即過壓控制單元310的輸入端in）、能量池C0的一端和第四電阻R4的一端；比較芯片U的OUT腳連接第四電阻R4的另一端、第五電阻R5的另一端、第六電阻R6的一端和第二MOS管Q2的柵極；比較芯片U的GND腳連接第三電阻R3的另一端和地，第二MOS管Q2的源極（即過壓控制單元310的控制端ct）連接MOS管Q1的柵極，第二MOS管Q2的漏極連接第七電阻R7的一端，第七電阻R7的另一端連接第六電阻R6的另一端和比較芯片U的VS腳。

其中，所述第二MOS管Q2為NMOS管，比較芯片U判斷能量池電壓DC小于等于保護電壓U0時，輸出低電平控制第二MOS管Q2截止，第二MOS管Q2的源極相當于輸出關(guān)閉信號（無電壓，相當于低電平）。當比較芯片U判斷能量池電壓DC大于保護電壓U0時，輸出高電平控制第二MOS管Q2導(dǎo)通，第二MOS管Q2的源極輸出高電平的開啟信號。

進一步實施例中，所述過壓控制單元310還包括第一電容C1和第二電容C2；所述第一電容C1的一端連接比較芯片U的VS腳，第一電容C1的另一端接地，第二電容C2的一端連接比較芯片U的OUT腳和第二MOS管Q2的柵極，第二電容C2的另一端連接比較芯片U的GND腳和地。所述第一電容C1可對能量池電壓DC進行濾波，使第二MOS管Q2導(dǎo)通時輸出穩(wěn)定的高電平。第二電容C2對第二MOS管Q2的柵極電壓進行濾波，使第二MOS管Q2導(dǎo)通時更加穩(wěn)定。

請一并參閱圖5，所述能量搜集控制模塊40包括MPPT（Maximum Power Point Tracking，最大功率點跟蹤）控制單元41， 升降壓單元42、電源轉(zhuǎn)換單元43、后備電源控制單元44、充放控制單元45、3.3V的電池（鎳氫電池）46和5.5V的超級電容47。所述MPPT控制單元41內(nèi)置電壓比較器，通過對能量池電壓DC的大小進行比較來進行后續(xù)升降壓調(diào)整，能始終維持CT感應(yīng)輸出在最大功率點附近，整體提高取電能力。所述MPPT控制單元41用于判斷能量池電壓的大小并輸出對應(yīng)的控制信號。升降壓單元42用于根據(jù)對應(yīng)的控制信號進行升壓獲得升壓電壓、或降壓獲得降壓電壓。電源轉(zhuǎn)換單元用于對降壓電壓進行電壓轉(zhuǎn)換后輸出供電電壓給微功率負載供電，還獲得充電電壓；以及對升壓電壓、電池電壓、或電容電壓進行電壓轉(zhuǎn)換后輸出供電電壓給微功率負載供電。后備電源控制單元用于在電池供電時，輸出電池電壓給電源轉(zhuǎn)換單元。充放控制單元，用于將充電電壓對超級電容充電；以及在超級電容供電時，控制超級電容放電輸出電容電壓給電源轉(zhuǎn)換單元。

具體為：當MPPT控制單元41判斷能量池電壓DC大于上限閥值時，控制升降壓單元42降壓獲得降壓電壓。電源轉(zhuǎn)換單元43對降壓電壓進行電壓轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換為）后輸出供電電壓給微功率負載供電，還輸出充電電壓通過充放控制單元45給超級電容充電。

當MPPT控制單元41判斷能量池電壓DC小于下限閥值時，控制升降壓單元42升壓獲得升壓電壓。電源轉(zhuǎn)換單元43對升壓電壓進行電壓轉(zhuǎn)換后輸出供電電壓給微功率負載供電，此時僅供電不對超級電容充電。

所述電池46作為后備電源，當需要電池供電時，由后備電源控制單元44輸出電池電壓，經(jīng)電源轉(zhuǎn)換單元43轉(zhuǎn)換為供電電壓給微功率負載供電。不需要電池供電時，后備電源控制單元44斷開電池46的輸出通路。

需要超級電容供電時，充放控制單元45控制超級電容47放電，經(jīng)電源轉(zhuǎn)換單元43轉(zhuǎn)換為供電電壓給微功率負載供電。充放控制單元45采用硬件式自動調(diào)節(jié)充電電流方法，可根據(jù)線路負荷電流大小以及系統(tǒng)微功率負載狀況，自動調(diào)節(jié)對超級電容的充電電流，最大程度提高能量利用率，均衡能量的使用，減少能量發(fā)熱浪費。

在具體實施時，所述能量搜集控制模塊40可采用型號為ADP5091的智能集成式能量采集電源管理芯片。

基于上述的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制方法，請一并參閱圖6，所述電源控制方法包括：

S100、對預(yù)設(shè)范圍電流進行取電獲得交流電壓，對交流電壓進行全波整流后輸出直流電壓；

S200、根據(jù)直流電壓對能量池充電；檢測能量池電壓大于保護電壓時，對CT感應(yīng)取電模塊進行泄放；檢測能量池電壓小于等于保護電壓時，輸出能量池電壓；

S300、根據(jù)能量池電壓的大小調(diào)整對微功率負載的供電狀態(tài)和超級電容的充電狀態(tài)。

綜上所述，本發(fā)明的自適應(yīng)CT感應(yīng)取電的電源控制系統(tǒng)，針對現(xiàn)有架空二遙基本型配電終端的電源系統(tǒng)缺陷現(xiàn)狀，采用多通道電源管理體系，集CT取電最大效率點跟蹤（MPPT），電池、超級電容于一體，具備自調(diào)節(jié)功率防護電路，自動存儲電能、切換能量的電源取電控制功能，可在線路3A~630A范圍內(nèi)連續(xù)取電，線路5A即可滿足配電網(wǎng)在線監(jiān)測與故障定位采集單元正常運行所需的能量，無需借助電池，從而有效延長產(chǎn)品壽命，極大提高了二遙配電自動化終端的工作電源可靠性，滿足了架空二遙基本型配電終端的工作電源需求。

針對線路故障過電流以及雷電沖擊，通過自調(diào)節(jié)功率防護模塊進行自適應(yīng)泄放防護，從而實現(xiàn)感應(yīng)取電自動調(diào)節(jié)和防護。

應(yīng)當理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。