电子式电流互感器的组合式电源系统

摘要

电流互感器是电力系统中最重要的高压设备之一。它被广泛应用于继电保护、系统监测、电力系统分析之中，关系到电力系统的安全性与可靠性。随着电力系统向高电压、大容量和数字化方向的发展，传统的电磁式电流互感器很难满足电力系统发展的进一步要求。因此，研究基于计算机技术、现代通信技术及数字处理技术的以电子式电流互感器(ECT)为代表的、新型的高精度电流互感器成了大势所趋。在电子式电流互感器的应用研究中，ECT高压侧的电源问题是关键技术之一。 本文对国内外电子式电流互感器发展的现状进行了描述，并对已有的电子式电流互感器的高压侧供能方式进行了总结。论文根据本课题组所研究的电子式电流互感器的特点，对电子式电流互感器的高压侧供能系统的设计进行了研究，提出一种将两种供能方式结合使用的组合电源，并设计了这两种电源之间的切换方法。 本文首先设计了一种应用于高压电子式电流互感器的数字化激光电源，包括大功率激光器的驱动电路、基于16位低功耗单片机MSP430的过流保护电路和恒温控制电路、输入电路、显示电路、以及高压侧变换电路。其供能部分由低电位侧的大功率激光光源产生激光输出，经光纤将激光能量传输到达高电位侧的光电池，再由光电池进行光功率到电功率的光电变换后，形成满足光电电流互感器传感头部分所需的电压输出。实验结果表明，该电源可以提供稳定的6V电压，其功率不少于300mW。 本文又设计了了一种应用于高压侧电子装置中的CT电源方案：通过一个特制的电流互感器(CT)，直接从高压侧一次母线电流获取电能，凭借在CT和整流桥之间串联的一个电感，大大降低了施加在整流桥上的的感应电压并限制了CT的输出电流，起到了稳定电压和保护后续电路的作用。实验结果表明，该电源能输出稳定的5V直流电压，纹波不超过25mV。 最后，本文提出了一种将两种供能方式结合使用的组合电源，并设计了这两种电源之间的切换方法，解决了取电CT电源的死区问题，延长了激光器的使用寿命。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1本课题的选题背景及其研究意义

1.2国内外电子式互感器的研究现状

1.3论文的主要工作及章节安排

2 ECT的供能方式

2.1激光供能方式

2.2母线自具式供能方式

2.3其它供能方式

2.3.1高压电容分压器供能方式

2.3.2蓄电池供能方式

2.3.3超声电源供能方式

2.4采用组合式供能方式

2.5本章小结

3激光供能电源

3.1激光供能电源的系统结构

3.2激光供能电路设计应注意的问题

3.3激光光源部分

3.3.1激光器工作原理

3.3.2激光器驱动电路

3.4基于MSP430的保护电路

3.4.1 MSP430系统及接口电路

3.4.2过流保护电路

3.4.3 LD自动恒温控制

3.5光纤和光纤耦合器件

3.5.1光纤的主要技术指标

3.5.2光纤连接器机构及性能

3.6光电池部分

3.6.1光电池的工作原理

3.6.2光电池的三种工作状态

3.6.3光电池特性

3.7整体工作时光电池的输出实验

3.7.1 LD驱动电流与光电池输出电压的关系

3.7.2 LD光电池工作温度与输出电压的关系

3.8本章小结

4取电CT电源

4.1工作原理

4.2平波电抗器

4.2.1电抗器电流特性

4.2.2电抗器电压特性

4.3取电CT电源系统设计

4.3.1取电CT铁心材料的选择

4.3.2线圈最佳匝数

4.3.3能量泄放电路

4.3.4宽范围DC/DC降压模块

4.4 OrCAD建模与仿真

4.4.1磁心元件模型

4.4.2 DC/DC模块宏模型

4.4.3模块化仿真

4.5试验结果

4.6本章小结

5组合式电源系统

5.1组合式电源的意义

5.2组合式电源的切换设计

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢