面向换流阀状态监测用传感器节点电磁取能仿真分析与设计

特高压直流输电技术应用在我国发展非常迅速,对特高压直流输电系统核心设备-换流阀-实现多物理量在线状态监测的需求变得越来越迫切。低功耗无线智能传感网络技术是实现换流阀设备多物理量在线监测一种有效手段,但在实际工程应用中必须解决传感器节点自取电这一瓶颈问题。该文根据实际工程应用换流阀的电气和结构设计,提出并验证了一种用于晶闸管表面温度在线监测传感节点的小型化非侵入式电磁取能方案,即利用换流器桥臂电流的开通和关断暂态过程获取能量。文章首先建模分析了换流器桥臂电流在阀组件周围空间的磁场分布情况,在此基础上提出了电磁取能线圈设计方案,利用仿真并结合大电流实验提取取能线圈互感等关键参数,建立电磁取能回路感应部分的等效电路模型。最后在等效电路模型的基础上,用换流阀接近实际工况电流波形对取能模块的输出电压和输出功率特性进行仿真研究,评估取能模块在实际运行工况条件下的有效性。

基于无线传感网络的换流阀温度传感器节点温差取能建模仿真

随着特高压直流输电换流阀的快速发展和应用,对换流阀的状态监测和可靠性分析也变得越来越重要。利用智能传感器对换流阀关键物理量进行长期的数据采集和监测,也将为换流阀等输变电设备全寿命周期内老化机理分析和寿命评估提供基础依据。智能传感器的取能问题是制约其应用于换流阀中的一大瓶颈,针对这一瓶颈文章提出了利用温差发电为传感器供电。首先建模分析了换流阀环境中的温度场信息,并建立了温差发电模型,在此基础上研究了温差发电在换流阀温度环境下的取能特征,结果显示换流阀环境中大概率存在16K左右的温差,利用该温差可实现取能模块毫瓦级的取能,该结果支撑了温差发电在换流阀中应用的可行性。