本發(fā)明屬于交流配網(wǎng)智能化一二次融合，涉及一種基于并聯(lián)諧振補償?shù)拇蠊β孰娙萑‰娧b置與方法。

背景技術(shù)：

1、隨著配電網(wǎng)裝備水平升級，設(shè)備本體智能化水平提升，功能一體化，輕量化、低功耗設(shè)備逐步推行，10kv柱上開關(guān)取電pt(電壓互感器)體積大，安裝不便，鐵磁諧振等問題飽受詬病，逐漸不適應(yīng)新技術(shù)的方向。電容取電技術(shù)因其小型化，無鐵磁諧振，易于集成等優(yōu)勢，成為了新技術(shù)的發(fā)展方向。

2、現(xiàn)階段電容取電技術(shù)主要分三種，第一種是電容直接串聯(lián)隔離tv(pt電壓互感器)的方式，第二種是電容直接串聯(lián)隔離tv，隔離tv原邊側(cè)并聯(lián)電容的方式，第三種是利用高壓cvt(電容式電壓互感器)的原理，電抗器串聯(lián)補償?shù)姆绞健?/p>

3、配網(wǎng)取電電容取電裝置，由于一次側(cè)泄露電流有限制，一次電容一般不超過5nf，與隔離tv串聯(lián)后分壓，總功率不超過52w，隔離變最高可分25w，在一次電容c1有限制的前提下過高的功率會使得原邊側(cè)電壓過高，影響長期可靠性，再加上tv能量傳輸效率的損失，一般要配低功耗ftu使用。因此提高傳輸效率就顯得尤為重要，目前配網(wǎng)取電所采用的主流方案是一次側(cè)電容直接串接隔離tv的方式，即第一種方式。該方式中，電容取電裝置一次部分由一次高壓電容串聯(lián)隔離tv的方式實現(xiàn)，在沖擊過電壓下，隔離tv兩側(cè)會感應(yīng)很大過電壓，因而隔離tv繞組在雷電沖擊等電壓作用下，易產(chǎn)生較大過電壓，長時間使用可能造成絕緣失效，如果絕緣裕度不夠極易產(chǎn)生破壞，為了保證雷電及沖擊過電壓tv可靠性，在原邊側(cè)并聯(lián)防護器件，增加防護器件后，由于防護器件分布參數(shù)較小，沖擊下易產(chǎn)生過電壓，防護器件容易損壞，長期絕緣壽命存在隱患，另外隔離tv原邊側(cè)電位較高，從一次引線出來后與開關(guān)殼體接觸，一二次沒有分開，有漏電風險。第二種方式中，并聯(lián)電容容值遠大于一次電容，而電容取電裝置一次電容一般在幾nf級，補償電容可能高達數(shù)十nf，補償電容過小會產(chǎn)生較大過電壓，補償電容過大會分流嚴重，要求補償電容較大(幾十nf)，能量傳遞效率勢必大大降低，故需要采取相應(yīng)的措施，第三種方式是增加電抗器，通過串連諧振的方式提高能量效率，但體積偏大，成本較高，對于配網(wǎng)深度融合小型化不是很適用，不適合配網(wǎng)批量化應(yīng)用。

4、綜上所述，現(xiàn)有的電容取電裝置中有以下幾點需要改善：配網(wǎng)方面新技術(shù)所帶來的可靠性評估關(guān)注及評估手段略顯不足，整體可靠性尤其是長期過電壓下使用壽命有待于加強；另外一次二次沒有完全分開，取能裝置tv置于機構(gòu)殼體內(nèi)部，會有高壓引線從固封極柱引出，高壓引線要在開關(guān)殼體內(nèi)部接觸及連接要用絕緣套管包覆，工藝處理不當會造成漏電擊穿；配網(wǎng)適應(yīng)性不足。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于以上分析，本發(fā)明提供一種基于并聯(lián)諧振補償?shù)拇蠊β孰娙萑‰娧b置與方法裝置與方法，可有效降低設(shè)備過電壓，降低空間及成本，提高使用壽命，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計上實現(xiàn)一二次側(cè)徹底分開。

2、本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

3、本發(fā)明第一方面提出一種基于并聯(lián)諧振補償?shù)拇蠊β孰娙萑‰娧b置，包括一次取電電容c1、隔離tv、補償電容器c2及電源模塊；

4、一次取電電容c1和隔離tv澆筑在固封極柱內(nèi)部；

5、一次取電電容c1兩端分別連接輸電線路及隔離tv原邊側(cè)；

6、補償電容器c2并聯(lián)于隔離tv原邊側(cè)，通過參數(shù)匹配，與隔離tv原邊側(cè)并聯(lián)諧振，并抑制沖擊過電壓；

7、電源模塊分別連接隔離tv副邊側(cè)和智能終端。

8、優(yōu)選地，所述一次取電電容c1還能夠獨立封裝，實現(xiàn)外置取電。

9、優(yōu)選地，基于公式(1)和(2)匹配隔離tv參數(shù)，實現(xiàn)補償電容器c2與隔離tv原邊側(cè)的并聯(lián)諧振；

10、

11、其中，

12、r1為隔離tv原邊側(cè)繞組電阻；

13、lm(t)為t時刻隔離tv原邊側(cè)勵磁電感瞬時值；

14、l1(t)為t時刻隔離tv原邊側(cè)漏磁電感瞬時值；

15、c2為補償電容器容值；

16、ω表示電力系統(tǒng)中的角速度；

17、t為偏差率；

18、l1為隔離tv原邊側(cè)漏磁電感實際值；

19、lm為隔離tv原邊側(cè)勵磁電感實際值。

20、優(yōu)選地，基于公式(1)和(2)匹配隔離tv參數(shù)，實現(xiàn)補償電容器c2與隔離tv原邊側(cè)的并聯(lián)諧振的方式為：

21、根據(jù)公式(2)匹配得到的隔離tv原邊側(cè)勵磁電感和漏磁電感，按照匹配得到的隔離tv原邊側(cè)勵磁電感和漏磁電感繞制線圈，并控制勵磁電感、漏磁電感，使勵磁電感、漏磁電感實際值在隔離tv電壓在(80％～120％)un范圍時，根據(jù)公式(1)得到的偏差率t在±5％以內(nèi)，實現(xiàn)補償電容器c2與隔離tv原邊側(cè)的并聯(lián)諧振，在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)c2參數(shù)以抑制隔離tv原邊側(cè)沖擊過電壓，其中un為一次線路額定電壓。

22、優(yōu)選地，所述隔離tv還通過如下自飽和設(shè)計抑制隔離tv副邊側(cè)過電壓：

23、選用硅鋼片30q120作為鐵芯材料，并匹配隔離tv的鐵芯截面積及鐵芯氣隙長度，使得原邊側(cè)電壓超過1.3un后，鐵芯磁通密度達到1.8t以上，進而通過鐵芯飽和來抑制隔離tv副邊側(cè)過電壓。

24、優(yōu)選地，所述調(diào)節(jié)c2參數(shù)以抑制隔離tv原邊側(cè)沖擊過電壓的方式為：

25、基于公式(3)調(diào)節(jié)c2的電容值，使得在沖擊下，tv原邊側(cè)過電壓u2小于5000v；

26、

27、式中，c1為一次取電電容值。

28、優(yōu)選地，所述隔離tv澆注于固封極柱內(nèi)部，通過一次取電電容c1將輸電線路接入原邊側(cè)，副邊輸出通過二次引線引出固封極柱，輸出接入外部電源模塊。

29、優(yōu)選地，所述智能終端包括ftu、后備電源及超級電容。

30、優(yōu)選地，所述電源模塊包括整流電路、功率控制模塊和功率輸出控制模塊；

31、所述電源模塊中，輸入功率經(jīng)tvs防護后進入整流電路，整流電路將隔離tv輸入的交流整成直流后經(jīng)過功率控制模塊將功率分為三路，一路給后級ftu直接供電，一路給后備電源充電，一路給超級電容充電，同時智能終端反饋指令到輸出功率控制模塊；

32、功率輸出控制模塊，用于接收智能終端指令，控制功率控制模塊的功率分配，優(yōu)先保證終端ftu供電，終端ftu可靠供電的前提下，將多余的能量分別給后備電源或超級電容儲能，依據(jù)后備電源狀態(tài)控制充放電。

33、本發(fā)明第二方面提出一種基于并聯(lián)諧振補償?shù)拇蠊β孰娙萑‰姺椒?，包括?/p>

34、在隔離tv原邊側(cè)串一次取電電容c1后，從輸電線路取高壓功率輸入，經(jīng)隔離tv副邊轉(zhuǎn)化成低壓功率后，低壓功率輸出至電源模塊；

35、電源模塊將低壓功率整流濾波為27v或系統(tǒng)要求的直流電后，向智能終端輸出功率；

36、上述過程中，與隔離tv原邊側(cè)并聯(lián)的補償電容c2，通過參數(shù)匹配，與隔離tv原邊側(cè)并聯(lián)諧振，并抑制沖擊過電壓，在保證系統(tǒng)可靠的前提下，使輸出功率達到10w及以上。

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少包括：

38、本發(fā)明基于配網(wǎng)方面新技術(shù)所帶來的可靠性評估關(guān)注點及評估手段略顯不足的問題，提出高可靠，高效率的配網(wǎng)電容取電裝置，可有效降低設(shè)備過電壓，降低空間及成本，提高使用壽命。具體的：

39、本發(fā)明可將一次取電電容c1和隔離tv一起澆筑在固封極柱內(nèi)部，電源模塊裝于殼體內(nèi)部，無需高壓引線引入殼體，保證中壓電源部分在固封極柱內(nèi)，避免了中間的連接導(dǎo)線引出固封極柱外部直接與殼體支架接觸，從設(shè)計上避免了高壓線接近殼體的風險，實現(xiàn)了一二次完全隔離，從設(shè)計源頭上分開了高壓及低壓部分，杜絕了高壓漏電的可能，大大提高了取電裝置的可靠性，確保系統(tǒng)長期運行無漏電風險。

40、本發(fā)明補償電容器c2并聯(lián)于隔離tv原邊側(cè)，并基于公式(1)-(2)與隔離tv原邊側(cè)并聯(lián)諧振，同時，基于公式(3)，通過在電容取電隔離tv原邊并聯(lián)補償電容器的方式降低隔離tv繞組沖擊過電壓，從源頭上降低了隔離tv雷擊過電壓幅值，并通過并聯(lián)補償電容與二次隔離tv勵磁及漏磁并聯(lián)諧振，抑制能量損失，降低隔離tv原邊側(cè)雷電沖擊過電壓，在保證大功率輸出前提下提高了系統(tǒng)可靠性的。

41、本發(fā)明隔離tv的勵磁電感、漏磁電感在(80％～120％)un(額定電壓)下，基本維持較低變化，防止在工作電壓下脫諧，且為防止一次系統(tǒng)過電壓后隔離tv副邊及后側(cè)電源模塊不被燒壞，通過調(diào)整鐵芯截面積，及鐵芯氣隙長度使得原邊側(cè)電壓超過1.3un后，鐵芯磁通密度迅速達到1.8t以上，如匹配硅鋼片30q120等鐵磁材料，通過鐵芯飽和來抑制隔離tv副邊側(cè)過電壓。

42、本發(fā)明補償電容器c2與隔離tv勵磁電感并聯(lián)諧振，提高傳輸功率，依據(jù)公式(3)補償c2容值來降低原邊側(cè)在一次沖擊下過電壓低至5000v以下方可保證系統(tǒng)安全可靠。但要保證功率10w以上，還要求滿足公式(1)、(2)，偏差率在5％以內(nèi)在大功率的前提下減小了隔離tv的體積，減小了空間及設(shè)備成本，提高了裝置的可靠性。

43、本發(fā)明中一次取電電容c1、隔離tv、補償電容器c2及電源模塊中整流電路構(gòu)成的二次功率模塊可接受a、b、任意一相的進出線到三相的能量注入，一個模塊可采多路功率，減少了設(shè)備數(shù)量，大大節(jié)約空間，降低使用成本。