CN101093943A - 高压/超高压输电系统供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压/超高压输电系统供电装置，包括一个激光送能电源、一个与该激光送能电源并联的CT取能电源，以及一个对该激光送能电源和CT取能电源并联电路工作情况进行监测和控制的单元。并联电源检测和控制功能实现了CT取能电源和激光送能电源根据实际运行情况的自动切换，使本发明供电装置不依赖于高压/超高压输电系统线路的工作情况，能够为高压/超高压输电系统提供连续的电源供给，且连续工作寿命长、成本较低。本发明供电装置还包括一个储能单元，储能单元使CT取能电源和激光送能电源之间的切换对于负载来说是平滑、无缝的。

Description

高压/超高压输电系统供电装置

技术领域

本发明涉及一种供电装置，尤其涉及一种高压/超高压输电系统供电装置。

背景技术

高压/超高压输电系统(装置)，例如超高压交流输电线路可控串联补偿/固定串联补偿装置中，其测量部分所采用的数据采集装置为有源测量方式，这就需要为超高压平台上的数据采集装置提供电源。超高压输电系统平台上装置的供电方式不同于地面电源系统，它具有如下特点：

1、超高压输电系统平台上的大电流、高场强会对电源电路造成极大的电磁干扰，这要求电源装置具有极强的抗电磁干扰能力；

2、超高压输电系统平台上的自然环境恶劣，这要求电源装置具有耐受高温、潮湿、高寒、覆冰等严酷环境的能力。

3、超高压输电系统平台上虽然可以方便的从高压线路取得电源，但是由于该电源依赖于线路的运行情况，所以工作并不稳定可靠；如果从地面为超高压平台提供能源，就要考虑超高压绝缘等问题而使送到平台上的能源变得非常宝贵而有限，这就要求平台上的供电电源及其监控电路都必须具有极低的功耗。

4、为了满足超高压输电系统平台上数据采集装置高精度、高可靠性的要求电源装置必须能够提供品质良好的电源，满足数据采集装置对电压精度和纹波的要求，确保在任何情况下均能为数据采集装置提供稳定、可靠、连续的电源。

这些都使得超高压输电系统平台上电源装置的设计具有一定的特殊性和技术难度。

目前高压/超高压输电系统供电装置主要有两种，一种是对仅要求在线路正常时供电的负载采用的是CT(电流互感器)取能电源；另一种是对要求在任何工况下都要正常工作的负载采用的是激光送能电源。

CT取能电源是在高压平台上通过取能CT从高压母线上耦合得到交流电，然后经过能量转换电路得到所需要的直流电，为超高压平台测量系统提供稳定可靠的直流电源。CT取能电源是一种在电力工业领域广泛应用的传统供能方式，它具有取能简单方便、技术成熟、成本低廉、寿命长等优点；缺点是对线路本身的工作状况依赖性大，只有当线路电流达到一定的门槛值时才能取得能量，在线路故障、检修甚至轻载期间无法取得能量。

激光送能电源是由地面的激光驱动装置发生激光，通过送能光纤把激光能量传送到高压平台，再通过光伏转换器件及相应的外围电路将光能转换为直流电，为超高压平台测量系统提供稳定的直流电源。它具有不受电磁干扰、不依赖线路的工作状况、电源连续可靠等优点；缺点是连续工作寿命较短、成本较高、控制比较复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种不依赖于高压/超高压输电系统线路的工作情况，能够为高压/超高压输电系统提供连续的电源供给，且连续工作寿命长、成本较低的供电装置。

为解决上述技术问题，本发明的高压/超高压输电系统供电装置包括一个激光送能电源和一个与该激光送能电源并联的CT取能电源，还包括一个对该激光送能电源和CT取能电源并联电路工作情况进行监测和控制的单元。

检测和控制单元实时检测并联电源的工作情况，当检测信息表明CT取能电源正常工作时，发出控制命令使激光送能电源处于热备用状态，当检测信息表明CT取能电源工作不正常时，立即发出控制命令启动激光送能电源为高压/超高压输电系统供电，当CT取能电源恢复正常工作时，激光送能电源自动退出运行，处于热备用状态。

激光送能电源包括一个地面激光驱动单元、激光二极管、送能光纤和一个高压/超高压平台上的光伏转换器件，所述激光驱动单元为激光二极管提供激光驱动电流，激光二极管发生激光后通过送能光纤将激光能量发送到平台上，平台上的光伏转换器件将激光能量转换为直流电。

CT取能电源电路由一次CT、二次CT、整流桥T1～T4、串联二极管G1～Gn(5≤n≤50)、滤波、电压变换和稳压电路组成。一次CT固定在高压母线上，其余部分均位于平台负载内，其中整流桥和串联二极管固定在散热器上。该CT取能电源电路的串联二极管G1~Gn也可以由做成集成形式的硅堆代替。

作为本发明的一种改进，高压/超高压供电装置还包括一个储能单元，其核心元件可以是一个超级电容。该储能单元位于CT取能电源的输出端，通过二极管跟CT取能电源并联后再通过二极管同激光送能电源回路并联。

作为本发明的另一种改进，检测和控制单元包括对该激光送能电源和CT取能电源并联电路工作情况进行检测的检测单元和对检测信息进行分析和发出相应控制命令的地面控制单元，该检测单元和地面控制单元之间用通信光纤连接；所述检测单元采用带有电压比较功能的电路对并联电压进行检测，检测电路通过ST接口的HFBR-1414光发送器和光纤相连，将检测信号通过光通道发送到地面，地面控制单元通过ST接的HFBR-2412接收信号。

作为本发明的又一种改进，CT取能电源和激光送能电源的并联是通过二极管实现的，该CT取能电源和激光送能电源先分别与一只二极管串联，然后两个串联支路并联。

本发明还有一种改进，高压/超高压输电系统平台上下电气隔离采用的是光纤。

采用以上技术方案，并联电源检测和控制功能实现了CT(电流互感器)取能电源和激光送能电源根据实际运行情况的自动切换，因此本发明供电装置不依赖于高压/超高压输电系统线路的工作情况，能够为高压/超高压输电系统提供连续的电源供给，且连续工作寿命长、成本较低。储能单元使CT取能电源和激光送能电源之间的切换对于负载来说是平滑、无缝的。另外采用本发明技术方案，由于CT(电流互感器)取能电源直接取用超高压线路的能源，与高压平台等电位，而且其稳压电路设计简单可靠，具有很强的抗电磁干扰能力，激光送能电源采用激光传输能量，也很好的避免了电磁干扰问题，同时，滤波和电压变换都采用的是屏蔽模块化设计，其电磁兼容能力都已经达到四级标准，所以本发明供电装置具有极强的抗电磁干扰能力。本发明利用二极管导通电压恒定的特性，在CT取能电路中采用多个二极管串联来嵌位直流电压，由于不需要采用辅助的电子器件，所以可靠性很高。采用本发明技术方案还可以通过CAN网与其他装置进行通信。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明高压/超高压输电系统供电装置的原理框图。

图2是本发明高压/超高压输电系统供电装置中的CT取能电源原理框图。

图3是图2所示CT取能电源的硬件结构示意电路。

图4是图1所示本发明高压/超高压输电系统供电装置中CT取能电源和激光送能电源并联及检测示意电路。

图5是地面控制单元硬件结构图。

图6是激光控制主程序流程图。

具体实施方式

本发明供电装置包括激光送能电源、与该激光送能电源并联的CT(电流互感器)取能电源、以及一个对该激光送能电源和CT取能电源并联电路工作情况进行监测和控制的单元。激光送能电源和CT取能电源并联后共同为高压平台上的负载供电，同时通过送能光纤和通信光纤与地面设备进行能量和信息的传输。图1所示为本发明供电装置的原理框图，主要完成从高压线路取得能量并通过整流滤波转换为直流电、发生激光并通过光纤将激光传输至高压平台、接收激光并将激光能量转换为直流电、检测平台并联电源运行状态并将检测信息通过光纤下发到地面、接收高压平台下传的检测信息并与其他装置通过CAN网进行通讯、通过储能单元对数据采集装置进行无间断供电等功能。

图1中，地面激光驱动单元10为激光二极管9提供激光驱动电流，激光二极管9发生激光后通过送能光纤7将激光能量发送到平台上，平台上的光伏转换器件5将激光能量转换为直流电，与CT取能电源并联共同为负载供电。电源检测单元6实时检测CT取能电源和激光送能电源的运行情况，电源检测信息在平台上转换为光信号后，通过通信光纤下发至地面部分。地面部分可以通过CAN网和其他装置进行通信，通信协议符合CAN 2.0A标准。检测单元6采用带有电压比较功能的电路对并联电压进行检测，电压比较电路主要由电压比较器LM119、三端稳压源以及与要求电压相匹配的电阻电容组成，通过比较器判断取能电源电压是否达到要求的定值，比较器输出高低电平来驱动ST接口的HFBR-1414光发送器发光或不发光，然后通过光纤将检测信号通过光通道发送到地面，地面控制单元11通过ST接口的HFBR-2412将信号接收。地面控制单元11对平台上下发的检测信息进行分析，当检测信息表明CT取能电源正常工作时，即表明高压线路和CT取能电源自身都工作正常，发出控制命令给激光驱动单元10，使激光送能电源处于热备用状态，以延长激光送能电源的工作寿命；当检测信息表明CT取能电源工作不正常时，如线路故障、检修、轻载或CT取能电源自身故障等，立即给激光驱动单元10发出控制命令启动激光送能电源为数据采集装置供电；当CT取能电源恢复正常工作时，激光送能电源会自动退出运行，处于热备用状态。并联电源检测功能实现了CT取能电源和激光送能电源根据实际运行情况的自动切换，使本发明供电装置能够为高压/超高压输电系统提供连续的电源供给，储能单元使CT取能电源和激光送能电源之间的切换对于负载来说是平滑、无缝的。图1中，粗箭头代表能量流，细箭头代表信号流。

图2所示为CT取能电源的原理框图，一次取能CT1从高压线路耦合得到能量，经过二次隔离CT2后获得50Hz正弦电流源。再通过整流滤波电路3得到直流电，最后经过电压变换和稳压电路4得到精度纹波满足要求的电压源，为负载供电。

图3所示为CT取能电源的硬件结构示意电路，整个CT取能电路由一次CT、二次CT、整流桥T1～T4、串联二极管G1～Gn(5≤n≤50)、滤波、电压变换和稳压电路组成。一次CT固定在高压母线上，其余部分均位于平台数据采集装置内，其中由于整流桥和串联二极管都是功率器件，所以固定在散热器上。该CT取能电路的串联二极管G1~Gn也可以由做成集成形式的硅堆代替。因为滤波和电压变换都采用的是屏蔽模块化设计，其电磁兼容能力都已经达到四级标准，抗电磁干扰能力强，因此图中的滤波、电压变换和稳压电路具有很强的抗电磁干扰的能力。同时利用二极管导通电压恒定的特性，采用多个二极管串联来嵌位直流电压，由于不需要采用辅助的电子器件，所以可靠性很高。

图4所示为CT取能电源和激光送能电源并联及检测示意电路。图中CT取能电源和激光送能电源通过二极管进行并联，与储能单元共同为负载提供无间断的电源供给。该CT取能电源和激光送能电源先分别与一只二极管串联，然后两个串联支路并联。这里采用超级电容C2为储能单元的核心器件，该超级电容容量范围为0.1F-1000F。超级电容体积小，容量大，电容量比同体积电解电容容量大30~40倍，寿命可达40万小时以上，电压类型为2.7v-12.0v，由于超级电容充放电快，没有电池的一些记忆效应，因此比电池更加适合用在该场合。该储能单元12位于CT取能电源的输出侧，其能量主要来自CT取能，由取能电源在输电线路工作后小部分分流给储能单元12充电蓄能。储能单元12通过二极管跟CT取能电源并联后再通过二极管同光伏转换器件5为主的激光送能电源回路并联。储能单元12还包括给超级电容器充电时限制其充电电流的电阻R2，稳压二极管Z1，以及跟激光送能电源并联的二极管D4等元件。

如图4所示，电源检测单元6与储能单元12可以整合成一个电源检测及储能单元，该电源监测及储能单元完成了本测量系统两种电源在高压平台上的并联以及电压监测功能，电源检测及储能单元检测CT取能电源输出电压，通过光纤向地面部分下发切换信号，并利用储能环节实现在两种电源切换期间的能量供给。

图5是地面控制单元硬件结构图，地面控制单元11包括采样电路、控制电路、切换电路和CAN通信电路。地面控制单元硬件结构主要采用TI公司的DSP芯片TMS320LF2407A，最高时钟频率可达40MHz，内带A/D模块和CAN模块，在保证系统实时性的同时，可以实现外围电路的精简化。DSP内带的A/D模块通过光纤接收对激光驱动单元10上的驱动电流信号和温度信号进行采样，实现了对激光二极管9工作情况的实时监控。地面控制单元11根据来自控制系统的指令，通过I/O端口来控制激光驱动单元10的开关和故障复归，通过内带的CAN模块与CAN_SOE网进行数据通信，向控制系统汇报工作状态并接收指令。地面控制单元11通过光纤信号接收电路接收来自高压平台的切换信号。

激光控制主程序的流程图如图6所示，初始化模块完成了DSP各模块的配置、变量函数初始化等功能；保护模块完成了软件保护功能，即根据激光驱动板电流和温度的采样值作出相应的保护动作，同时记录SOE(事件顺序记录)事件；软切换模块辅助硬件切换实现CT取能电源和激光送能电源的切换，同时记录两种电源的工作状态。

本发明高压/超高压输电系统平台上下电气隔离采用的是光纤，地面部分通过光缆连接到超高压平台下，再通过光纤绝缘子和平台部分构成光回路，利用光纤隔离不受电磁干扰。

采用以上技术方案，并联电源检测和控制功能实现了CT(电流互感器)取能电源和激光送能电源根据实际运行情况的自动切换，因此本发明供电装置不依赖于高压/超高压输电系统线路的工作情况，能够为高压/超高压输电系统提供连续的电源供给，且连续工作寿命长、成本较低。储能单元使CT取能电源和激光送能电源之间的切换对于负载来说是平滑、无缝的。另外采用本发明技术方案，由于CT取能电源直接取用超高压线路的能源，与高压平台等电位，而且其稳压电路设计简单可靠，具有很强的抗电磁干扰能力，激光送能电源采用激光传输能量，也很好的避免了电磁干扰问题，同时，滤波和电压变换都采用的是屏蔽模块化设计，其电磁兼容能力都已经达到四级标准，所以本发明供电装置具有极强的抗电磁干扰能力。本发明利用二极管导通电压恒定的特性，在CT取能电路中采用多个二极管串联来嵌位直流电压，由于不需要采用辅助的电子器件，所以可靠性很高。采用本发明技术方案还可以通过CAN网与其他装置进行通信。

本发明不限于上述实施方式，凡是用CT(电流互感器)取能电源与激光送能电源并联并通过电路检测与控制单元的作用为负载不间断供电的装置或方法都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种高压/超高压输电系统供电装置，包括一个激光送能电源，其特征在于：所述高压/超高压输电系统供电装置还包括一个与该激光送能电源并联的CT取能电源，以及一个对该激光送能电源和CT取能电源并联电路工作情况进行检测和控制的单元；

所述检测和控制单元实时检测并联电源的工作情况，当检测信息表明CT取能电源正常工作时，发出控制命令使激光送能电源处于热备用状态，当检测信息表明CT取能电源工作不正常时，立即发出控制命令启动激光电源为高压/超高压输电系统供电，当CT取能电源恢复正常工作时，激光送能电源自动退出运行，处于热备用状态。

2、根据权利要求1所述的高压/超高压输电系统供电装置，其特征在于：所述激光送能电源包括一个地面激光驱动单元(10)、激光二极管(9)、送能光纤(7)和一个高压/超高压平台上的光伏转换器件(5)，所述地面激光驱动单元(10)为激光二极管(9)提供激光驱动电流，激光二极管(9)发生激光后通过送能光纤(7)将激光能量发送到平台上，平台上的光伏转换器件(5)将激光能量转换为直流电。

3、根据权利要求1所述的高压/超高压输电系统供电装置，其特征在于：所述CT取能电源由一次CT、二次CT、整流桥T1～T4、串联二极管G1～Gn、滤波、电压变换和稳压电路组成，一次CT固定在高压母线上，其余部分均位于平台负载内，其中整流桥和串联二极管固定在散热器上，该CT取能电源的串联二极管G1～Gn也可以由做成集成形式的硅堆代替。

4、根据权利要求1所述的高压/超高压输电系统供电装置，其特征在于：所述高压/超高压供电装置还包括一个储能单元(12)，该储能单元(12)位于CT取能电源的输出端，通过二极管跟CT取能电源并联后再通过二极管同激光送能电源回路并联。

5、根据权利要求4所述的高压/超高压输电系统供电装置，其特征在于：所述储能单元(12)的核心元件为一个超级电容，该超级电容容量范围为0.1F-1000F。

6、根据权利要求1至5任一项所述的高压/超高压输电系统供电装置，其特征在于：所述检测和控制单元包括对该激光送能电源和CT取能电源并联电路工作情况进行检测的检测单元(6)和对检测信息进行分析和发出相应控制命令的地面控制单元(11)，该检测单元(6)和地面控制单元(11)之间用通信光纤(8)连接；

所述检测单元(6)采用带有电压比较功能的电路对并联电压进行检测，检测电路通过ST接口的HFBR-1414光发送器和光纤相连，将检测信号通过光通道发送到地面，地面控制单元(11)通过ST接口的HFBR-2412接收信号。

7、根据权利要求6所述的高压/超高压输电系统供电装置，其特征在于：所述地面控制单元(11)通过CAN网与其他装置连接，相互可以进行通信，其通信协议符合CAN 2.0A标准。

8、根据权利要求6所述的高压/超高压输电系统供电装置，其特征在于：所述储能单元(12)与检测单元(6)整合在一起成为一个检测与储能单元。

9、根据权利要求1所述的高压/超高压输电系统供电装置，其特征在于：所述CT取能电源和激光送能电源的并联是通过二极管实现的，该CT取能电源和激光送能电源先分别与一只二极管串联，然后两个串联支路并联。

10、根据权利要求1、2、3、4、5和9中任一项所述的高压/超高压输电系统供电装置，其特征在于：所述高压/超高压输电系统平台上下电气隔离采用的是光纤。

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