【从高压输电线的架空地线中汲取电能】一个25千瓦受控电源从735千伏线路的架空地线中汲取电能的SimPowerSystems模型附Simulink仿真

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🔥 内容介绍

在高压输电系统中，从架空地线汲取电能为沿线监测设备、通信装置等供电，是实现输电线路智能化运维的重要技术手段。735 千伏高压线路的架空地线具有独特的电磁环境，如何从中稳定获取 25 千瓦电能并通过受控电源实现高效转换与输出，是该技术的核心难点。借助 SimPowerSystems 工具搭建仿真模型，可有效验证取电方案的可行性与稳定性，为实际工程应用提供可靠参考。

模型设计核心目标

该模型需实现三大核心功能：一是从 735 千伏线路架空地线中感应获取电能，克服地线中电磁能量微弱且波动大的特点；二是通过功率变换电路将感应电能转换为稳定的 25 千瓦输出；三是引入控制系统实现输出电压、电流的精准调控，确保供电可靠性。同时，模型需考虑高压环境下的绝缘配合、电磁兼容等问题，避免对输电线路正常运行产生干扰。

架空地线取电模块设计

在 SimPowerSystems 中，架空地线取电模块可采用电磁感应原理搭建。选用 “Three-Phase Transformer (Two Windings)” 模块模拟地线与取电线圈的耦合关系，原边绕组串联接入 735 千伏线路的架空地线等效模型（由 “Distributed Parameter Line” 模块搭建，参数需匹配 735 千伏线路的阻抗、电感等特性），副边绕组作为取电线圈输出感应电能。

考虑到架空地线中的电流主要为零序电流，且受线路运行状态影响波动较大，需在取电模块后增设 “Rectifier” 整流模块，将交流感应电能转换为直流，同时通过 “Capacitor Bank” 电容组进行滤波，初步稳定直流侧电压。整流模块的额定电流需按 25 千瓦输出需求设计，即当输出电压为直流 400 伏时，额定电流应不低于 62.5 安。

功率变换与控制模块设计

功率变换模块采用 “DC-DC Converter” 双向直流变换器，将整流后的不稳定直流电压转换为负载所需的稳定电压。为实现 25 千瓦功率输出，变换器需选用额定功率 30 千瓦以上的器件，开关频率设置为 10kHz，以平衡转换效率与滤波难度。

控制模块是实现 “受控电源” 功能的关键，由 “PI Controller” 比例积分控制器、“PWM Generator” 脉冲宽度调制器及 “Voltage/Current Sensor” 检测模块组成。电压传感器实时采集输出端电压，与设定值（如直流 400 伏）比较后产生偏差信号，经 PI 控制器调节后送入 PWM 发生器，生成占空比可调的驱动信号，控制 DC-DC 变换器的开关管动作，从而稳定输出电压。当负载变化导致电流波动时，电流传感器反馈信号可辅助控制器进行动态调节，确保输出功率稳定在 25 千瓦附近。

负载与保护模块设计

负载模块根据实际应用场景选择 “Three-Phase RLC Load” 或 “DC Load”，额定功率设置为 25 千瓦。为保护取电系统免受过压、过流损害，需在整流模块输出端串联 “Circuit Breaker” 断路器，并通过 “Overcurrent Protection” 和 “Overvoltage Protection” 模块监测电路状态，当检测到异常时立即触发断路器动作。

模型参数配置与仿真验证

架空地线等效线路参数：电阻 0.05Ω/km，电感 1.2mH/km，电容 0.01μF/km，长度按实际线路段设置；变压器变比根据感应电压与输出需求配置，原边额定电压匹配 735 千伏线路零序电压，副边输出电压经整流后控制在 500-600 伏直流；PI 控制器参数需通过调试优化，比例系数 Kp 取 0.5-1.0，积分时间 Ti 取 0.01-0.1 秒，确保系统响应速度与稳定性。

仿真验证时，需模拟 735 千伏线路正常运行、负荷波动、故障等多种工况，观察取电系统的输出电压（波动范围应控制在 ±5% 以内）、电流及功率曲线。重点验证当架空地线电流在 10-100A 范围内变化时，受控电源能否稳定输出 25 千瓦功率，以及系统的动态响应时间（应小于 100ms）和效率（不低于 85%）。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 张乐,周波,程方舜,等.新型电励磁双凸极风力发电机组建模与仿真[J].中国电机工程学报, 2011, 31(24):90-96.

[2] 文艺,陈众,马士英,等.500kV输电系统的物理仿真与数字仿真[J].电力自动化设备, 2004, 24(11):4.DOI:10.3969/j.issn.1006-6047.2004.11.006.

[3] 周跃庆,吴迪.基于Matlab的感应加热电源系统仿真[J].计算机仿真, 2005, 22(7):3.DOI:10.3969/j.issn.1006-9348.2005.07.061.

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