CN103997127B - 一种高压输电线路监测设备的能源综合管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压输电线路监测设备的能源综合管理系统及方法，包括能源管理控制模块，无线传输模块与电压检测模块相连，所述无线传输模块将通过负载功耗检测模块检测的负载用电电量信息及通过电压检测模块检测的储能装置的电压信息传送至能源综合管理中心，所述无线传输模块还与能源管理控制模块通信；本发明将感应取电与太阳能两种供电方式相结合并预留其他能源接口，通过能源控制模块控制储能装置的充放电，对负载供电能源的管理采用了专家系统，实行分类负载管理方式。本发明使得整个高压输电线路监控设备的供电能源合理分配，监控设备分类使用，不仅达到监控的实时性要求，还解决了高压输电线路野外供电困难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压输电线路监测设备的能源综合管理系统及方法。
背景技术
近年来，为了及时地发现输电线路故障并提出预警方案，输电线路中加入了各种监测设备，以提高输电线路电力传输的稳定性、可靠性。
但是这些监测设备又提出了新的供电要求，往往传统的供电方式布线繁琐，野外更换电池麻烦，而目前给这些监测设备供电也仅仅采用太阳能发电这一种单一的方式。太阳能发电是一种将太阳能转换为电能的可再生的环保发电方式，其发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，因此不会对环境造成污染，而野外太阳能能源充足，易于获取，很大程度上节约了能源，降低了成本。基于这些优点，目前电力部门大多采用太阳能电池向高压输电线路监测设备供电。
高压输电线路周围存在着很强的交变磁场，根据法拉利电磁感应定理，从高压线路母线侧感应取电的方法理论可行，这使得采用感应取电方式获取能量的方式向高压输电线路监测设备供电成为可能。太阳能电池在夜间无法发电，并且容易受气候干扰以及受其本身供电能力的限制，这对监测设备的正常工作是一个很大的考验。
现有从高压输电线路感应取电来获取能量的方式，其中依靠接触式感应取电向高压设备供电的形式，需要额外布线才可以将电力传输至监测设备，不仅在传输距离上受到限制，而且布线繁琐，达不到高压输电线路供电绝缘的要求；目前高压输电线路感应取电的方式有所改进，虽然采用无线传输电力的方式向监测设备供电，但当距离较远时，采用该方式获取的能量较弱，在传输距离上受到限制。目前利用感应取电的方式向高压输电线路设备供电的方式面临的问题就是要满足输电线路绝缘、监测设备供电距离上的要求。
本系统旨在弥补太阳能夜间以及恶劣天气时的供电缺陷以及增大感应取电获取的电力无线传输的距离，将采用两种供电模式相互补的形式，同时还预留其他能源接口，以备其他能源的接入，供电方式多样化。采用蓄电池进行储能，对负载进行分类，利用专家系统对能源进行综合管理，提出了一种高压输电线路监测设备的能源综合管理系统及方法，并提出了新的能源管理方法。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种高压输电线路监测设备的能源综合管理系统及方法，通过感应取电无线电力传输系统与太阳能供电系统相互配合，给高压输电线路以及杆塔监测设备供电，并对负载进行分类，通过专家系统对负载用电能源进行管理。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种高压输电线路监测设备的能源综合管理系统，包括能源管理控制模块，所述能源管理控制模块根据检测到的感应取电无线电力传输装置及日光跟踪式太阳能装置获取的能量对供给负载的能源进行充放电控制，所述供给负载还与负载功耗检测模块相连，负载功耗检测模块与无线传输模块相连，无线传输模块与电压检测模块相连，所述无线传输模块将通过负载功耗检测模块检测的负载用电电量信息及通过电压检测模块检测的储能装置的电压信息传送至能源综合管理中心，所述无线传输模块还与能源管理控制模块通信；
所述能源综合管理中心根据上传的数据及时更新专家库，推理预测负载下一阶段用电量，对负载进行分类管理，根据储能装置剩余电量与所预测的负载下一阶段的用电量的匹配程度实现负载的分类切断管理。
所述负载进行分类管理具体为：根据负载的重要性对负载进行分类，将负载分A、B、C三类，A类负载为最重要的负载，全天候开启；B类负载重要性其次，可开启可不开，仅仅在每天特定的时刻开启；C类负载的重要性一般，供电电源匮乏时无需开启，C类负载是使用率不高，偶尔才用到，所述负载就是高压输电线路以及杆塔上的监测设备。
所述感应取电无线电力传输装置包括以感应的方式从高压输电线路母线侧获取电能的感应取电装置，感应取电装置感应出的电流通过整流、滤波模块进行整流、滤波处理，处理后的电流信号再通过高频电源与多频点并行无线电力发射器相连，多频点并行无线电力发射器将电流信号通过中继线圈发射至多频点并行无线电力接收器，多频点并行无线电力接收器将接受的能量通过整流稳压模块进行整流稳压，整流稳压后的电能输送到储能装置。
所述中继线圈固定于绝缘子串中部一个盘状绝缘体的外侧，中继线圈平面垂直于绝缘子串方向。
所述感应取电装置安装于高压输电线路母线侧。
所述储能装置为多个12V的蓄电池。
所述无线传输模块为3G无线传输模块。
所述日光跟踪式太阳能装置包括检测太阳能光信号的照度传感器，照度传感器将采集的信号传送至单片机，单片机根据接受的信号控制日光跟踪式太阳能装置的旋转与俯仰角度，从而使太阳能装置能最大程度地捕获光信号。
所述蓄电池的外壁附有电加热丝，温度检测装置及控制器，蓄电池最外侧装有真空保温装置，所述温度检测电路用于检测蓄电池工作环境温度并传送至控制器，控制器将检测蓄电池工作环境温度与蓄电池正常工作温度进行比较从而控制太阳能装置是否给电加热丝送电使其发热，以保证蓄电池工作于合适的温度。
一种高压输电线路监测设备的能源综合管理方法，包括以下步骤：
步骤一：提前设定电压检测模块的检测周期与延迟检测周期，检测周期与延迟检测周期均可以自主设定且周期一致；
步骤二：电压检测模块检测蓄电池的电压，根据蓄电池电压，能源综合管理中心推算蓄电池剩余电量；
步骤三：能源综合管理中心调用专家库分析检测周期内蓄电池剩余电量与A、B、C类负载用电量总和的关系；
步骤四：判断检测周期内A、B、C类负载用电量总和是否小于蓄电池电量，如果符合条件，则A、B、C类负载供电电路均正常开启，经过一个循环检测延迟周期后返回步骤二继续检测蓄电池电压；不符合条件则继续下一步；
步骤五：判断检测周期内A、B类负载用电量总和是否小于蓄电池电量，如果符合条件，则关断C类负载供电电路，A、B类负载供电电路正常开启，经过一个循环检测延迟周期后返回步骤二继续检测蓄电池电压，不符合条件，则继续下一步；
步骤六：判断检测周期内A、B类负载用电量总和是否小于蓄电池电量，如果符合条件，则关断C类负载供电电路，A、B类负载供电电路正常开启，经过一个循环检测延迟周期后返回步骤二继续检测蓄电池电压，不符合条件，则继续下一步；
步骤七：判断检测周期内A类负载是否小于蓄电池电量，如果符合条件，则关断B、C类负载供电电路，经过一个循环检测延迟周期后返回步骤二继续检测蓄电池电压；不符合条件，则报警，且同时关断A、B、C类负载供电电路。
本发明将专家系统应用到能源综合管理方法中，可以根据负载功耗检测模块检测的负载用电数据，能对负载每天的耗电情况进行统计、推理，随时更新专家库。通过专家系统推算检测周期内蓄电池剩余电量与负载用电量的关系，从而对负载用电进行管理，及时切断不必要的负载，实现负载分类切断管理。
本发明的有益效果：
本发明将感应取电与太阳能两种供电方式相结合并预留其他能源接口，提供多种供电模式，通过能源控制模块控制储能装置的充放电，对负载供电能源的管理采用了专家系统，实行分类负载管理方式。本发明使得整个高压输电线路监控设备的供电能源合理分配，监控设备分类使用，不仅达到监控的实时性要求，还解决了高压输电线路野外供电困难的问题。
对高压输电线路设备的能源采取了感应取电无线电力传输装置与日光跟踪式太阳能两种能源相互补的形式，感应取电无线电力传输系统弥补了太阳能电池受夜间与天气的限制，而且供电能源系统预留其他能源接口，使得高压输电线路监测设备能源有多种选择方式。
感应取电无线电力传输装置，采用无线电力传输方式实现了输电线路与杆塔之间电力传输的绝缘要求，再现有的感应取电方式上采用了多频点并行传输电力的方式，使得接收到的电能效率增高，在绝缘子串上加入了中继线圈，使得电力无线传输的距离增大。
附图说明
图1是本发明提供的高压输电线路设备的供电能源综合管理系统方案示意图；
图2是高压输电线路设备的感应取电无线电力传输系统方案示意图；
图3是本发明提供的高压输电线路设备的供电能源综合管理系统的能源管理方法流程图。
图中，1、供电能源系统，2、能源综合管理控制模块，3、储能装置，4、电压检测模块，5、分类负载，6、负载能耗检测模块，7、3G无线传输模块，8、能源综合管理中心，101、感应取电无线电力传输装置，102、日光跟踪式太阳能装置，1011、感应取电装置，1012、整流滤波模块，1013、高频电源，1014、多路并行无线电力发射器，1015、中继线圈，1016、多路并行无线电力接收器，1017、整流滤波稳压模块。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示，本发明提供一种高压输电线路设备的供电电源的能源综合管理系统，包括供电能源系统1，能源综合管理控制模块2即控制器，能源综合管理中心8，3G无线传输模块7，电压检测模块4，储能装置3，分类负载5，负载能耗检测模块6。
如图2所示，供电能源系统1包括感应取电无线电力传输装置101及日光跟踪式太阳能装置102，感应取电无线电力传输模块101，由感应取电装置1011，整流滤波模块1012，高频电源1013，多路并行无线电力发射器1014，中继线圈1015，多路并行无线电力接收器1016，整流滤波稳压模块1017。
中继线圈1015安装在绝缘子串上，感应取电装置1011安装于高压输电线路母线侧，调节多路并行无线电力接收器1016使其具有不同的接收频率，从而接收到不同频率的电流，经过整流滤波稳压模块1017变换成同一电压的电能，经过电力合并单元1018，将电能存入储能装置6中。
能源综合管理控制模块2对供给负载的能源进行充放电管理，电压检测模块4检测蓄电池电压，负载功耗检测模块6检测负载用电电量信息，3G无线传输模块7将电压检测模块4及负载功耗检测模块6的检测数据上传至能源综合管理中心8，供值班人员查询、观测并为专家系统提供数据支持。能源综合管理中心8应用专家系统，对上传数据进行存取，实时更新专家库，根据上传数据推理预测负载下一阶段用电量，对分类负载进行管理。分析蓄电池剩余电量与所预测的负载下一阶段的用电量的匹配程度，能源紧急的时候，切断不必要的负载，实现负载的分类切断管理。通过电压检测模块4、负载功耗监测模块6、3G无线传输模块7、储能装置3、能源综合管理中心8相互配合，实现对高压输电线路监测设备供电能源的综合管理。
供电能源系统的能源来源主要有两种，一个是感应取电无线电力传输装置101，另一个是日光跟踪式太阳能装置102，并预留其他能源接入接口，以备其他能源的接入。每一路能源可以对蓄电池进行独立充电，也可以同时充电，由能源综合管理控制模块2进行能源管理。
感应取电无线电力传输装置101，以感应的方式从高压输电线路母线侧获取电能，对感应出的电力进行整流、稳压处理，再通过高频电源1013，采用多频点并行传输方式将电力发送出去。无线电力发送时采用多通道形式，采用多频点并行传输方式，对接受线圈设置多个谐振频率，同时进行感应电力的传输与接收，在传输线圈与接受线圈之间加入了中继线圈1015，无线电力经过中继线圈1015后再将电能发射出去。多路并行无线电力接收器1016接收到无线传输的电力，将电力经过整流、稳压处理成的直流电存取到蓄电池中。
日光跟踪式太阳能装置102，采用照度传感器与单片机结合来控制太阳能装置的旋转与俯仰角度，当照度传感器检测到日光时，向单片机发送光信号，经A/D转换将模拟量转换为数字量，根据照度信息不断比较，单片机控制太阳能装置的旋转角度与俯仰角度，从而使太阳能装置能最大程度地捕获光信号。
能源综合管理控制模块2，用于对储能装置进行充放电切换。储能装置3，储能装置是12V的蓄电池，用来存储负载能源以及向负载充电。蓄电池外壁附有电加热装置，温度检测装置，最外侧装有真空保温装置；温度检测电路检测蓄电池工作环境温度，当温度低于蓄电池正常工作温度时，由太阳能供电装置给电加热丝送电使其发热；当温度检测装置检测到温度符合蓄电池正常工作要求时，电加热装置关闭，以保证蓄电池工作于合适的温度。
电压检测模块4检测蓄电池的电压，当能源通过比较电路时，选择能量强的电能直接存入储能装置中，充电完成时，由能源综合管理控制模块2切断充电电路。负载功耗检测模块6检测负载用电电量，以向能源综合管理中心8提供数据支持。所述负载，就是高压输电线路监测设备。
3G无线传输模块7，将负载功耗检测模块6检测的负载用电电量以及电压检测模块4所测得的蓄电池电压数据，通过3G无线的方式发送到远程上位机的能源综合管理中心8。
能源综合管理中心8，是远程监控上位机的一个软件平台，接收3G无线传输模块7发送的高压输电线路监测设备的用电数据、蓄电池电压数据，将这些数据进行实时存取并分析，提供可视化数据查询功能。能源综合管理中心8采用了专家系统，当接收到负载每天的用电量以及蓄电池电压信息后，能源综合管理中心8及时更新专家库，根据专家系统的推理功能，预测负载接下来的用电量与蓄电池剩余电量的匹配程度，判断蓄电池的剩余电量支持每一类负载工作的持续时间，及时切断不必要的负载以节省能源，从而实现对负载用电的智能化管理。
专家系统，应用于能源综合管理中心8，3G无线传输模块7将蓄电池电压以及负载用电信息传输至能源综合管理中心8，能源综合管理中心8将接收到的数据进行存储，及时更新专家库，供值班人员查询。
根据负载的重要性对负载进行分类，所述负载就是高压输电线路以及杆塔上的监测设备。将负载分A、B、C三类，A类负载为最重要的负载，全天候开启；B类负载重要性其次，可开启可不开，仅仅在每天特定的时刻开启；C类负载的重要性一般，供电电源匮乏时无需开启，C类负载是使用率不高，偶尔才用到。
采用的日光跟踪式太阳能装置102，采用照度传感器与单片机结合来控制太阳能装置的旋转与俯仰角度，使太阳能装置能最大程度地捕获光信号，转换成更多的电能。
本发明的能源综合管理中心8，根据3G无线传输模块7上传的实时数据，存取并提供可视化查询，通过专家系统分析负载的用电情况，可以通过专家系统的推理功能采取正确的管理方案，使高压供电线路的监控设备能够正常工作，保证高压输电线路的安全运行，使国民生产安全得以保障。
供电能源系统包括感应取电无线电力传输装置101，日光跟踪式太阳能装置102以及其他能源预留接口。
能源综合管理平台综合负载能耗检测模块6与电压检测模块4的数据，通过专家系统实现对负载能源的管理，其具体管理流程图如图3所示，图中A：A类负载一个检测周期内的用电量，B：B类负载一个检测周期内的用电量，C：C类负载一个检测周期内的用电量，A+B+C：A、B、C类负载一个检测周期内的用电量总和，A+B：A、B类负载一个检测周期内的用电量总和，V：蓄电池剩余电量，具体管理过程如下：
①提前设定电压检测模块4的检测周期与延迟检测周期，周期一致且可以自主设定；
②电压检测模块4检测蓄电池的电压，根据蓄电池电压，能源综合管理平台推算蓄电池剩余电量；
③能源综合管理平台调用专家库，分析检测周期内蓄电池剩余电量与A、B、C类负载用电量总和的关系，按照下述具体的动态管理负载能源的方法进行负载能源保护处理。
④分析并判断检测周期内A、B、C类负载用电量总和是否小于蓄电池电量，如果符合条件，则A、B、C类负载供电电路均正常开启，经过一个循环检测延迟周期后返回步骤②继续检测蓄电池电压；不符合条件则继续下一步；
⑤分析并判断检测周期内A、B类负载用电量总和是否小于蓄电池电量，如果符合条件，则关断C类负载供电电路，A、B类负载供电电路正常开启，经过一个循环检测延迟周期后返回步骤②继续检测蓄电池电压，不符合条件，则继续下一步；
⑥分析并判断检测周期内A、B类负载用电量总和是否小于蓄电池电量，如果符合条件，则关断C类负载供电电路，A、B类负载供电电路正常开启，经过一个循环检测延迟周期后返回步骤②继续检测蓄电池电压，不符合条件，则继续下一步；
⑦分析并判断检测周期内A类负载是否小于蓄电池电量，如果符合条件，则关断B、C类负载供电电路，经过一个循环检测延迟周期后返回步骤②继续检测蓄电池电压；不符合条件，则报警，且同时关断A、B、C类负载供电电路。
Claims (8)
1.一种高压输电线路监测设备的能源综合管理系统，其特征是，包括能源管理控制模块，所述能源管理控制模块根据检测到的感应取电无线电力传输装置及日光跟踪式太阳能装置获取的能量对负载的储能装置进行充放电控制，所述负载还与负载功耗检测模块相连，负载功耗检测模块与无线传输模块相连，无线传输模块与电压检测模块相连，所述无线传输模块将通过负载功耗检测模块检测的负载用电电量信息及通过电压检测模块检测的储能装置的电压信息传送至能源综合管理中心，所述无线传输模块还与能源管理控制模块通信；
所述能源综合管理中心根据上传的数据及时更新专家库，推理预测负载下一阶段用电量，对负载进行分类管理，根据储能装置剩余电量与所预测的负载下一阶段的用电量的匹配程度实现负载的分类切断管理；
所述储能装置为12V的蓄电池；
所述蓄电池的外壁附有电加热丝、温度检测装置及控制器，蓄电池最外侧装有真空保温装置，所述温度检测装置用于检测蓄电池工作环境温度并传送至控制器，控制器将检测蓄电池工作环境温度与蓄电池正常工作温度进行比较从而控制日光跟踪式太阳能装置是否给电加热丝送电使其发热，以保证蓄电池工作于合适的温度。
2.如权利要求1所述的一种高压输电线路监测设备的能源综合管理系统，其特征是，所述负载进行分类管理具体为：根据负载的重要性对负载进行分类，将负载分A、B、C三类，A类负载为最重要的负载，全天候开启；B类负载重要性其次，仅仅在每天特定的时刻开启；C类负载的重要性一般，供电电源匮乏时无需开启，C类负载是使用率不高，A类、B类及C类负载就是高压输电线路以及杆塔上的监测设备。
3.如权利要求1所述的一种高压输电线路监测设备的能源综合管理系统，其特征是，所述感应取电无线电力传输装置包括以感应的方式从高压输电线路母线侧获取电能的感应取电装置，感应取电装置感应出的电流通过整流、滤波模块进行整流、滤波处理，处理后的电流信号再通过高频电源传输至多频点并行无线电力发射器，多频点并行无线电力发射器将电流信号通过中继线圈发射至多频点并行无线电力接收器，多频点并行无线电力接收器将接受的能量通过整流稳压模块进行整流稳压，整流稳压后的电能再输送到储能装置。
4.如权利要求3所述的一种高压输电线路监测设备的能源综合管理系统，其特征是，所述中继线圈固定于绝缘子串中部一个盘状绝缘体的外侧，中继线圈平面垂直于绝缘子串方向。
5.如权利要求3所述的一种高压输电线路监测设备的能源综合管理系统，其特征是，所述感应取电装置安装于高压输电线路母线侧。
6.如权利要求1所述的一种高压输电线路监测设备的能源综合管理系统，其特征是，所述无线传输模块为3G无线传输模块。
7.如权利要求1所述的一种高压输电线路监测设备的能源综合管理系统，其特征是，所述日光跟踪式太阳能装置包括检测太阳能光信号的照度传感器，照度传感器将采集的信号传送至单片机，单片机根据接受的信号控制日光跟踪式太阳能装置的旋转与俯仰角度，从而使日光跟踪式太阳能装置能最大程度地捕获光信号。
8.如权利要求2所述的一种高压输电线路监测设备的能源综合管理系统的方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一：提前设定电压检测模块的检测周期与延迟检测周期，检测周期与延迟检测周期均自主设定且周期一致；
步骤二：电压检测模块检测蓄电池的电压，根据蓄电池电压，能源综合管理中心推算蓄电池剩余电量；
步骤三：能源综合管理中心调用专家库分析检测周期内蓄电池剩余电量与A、B、C类负载用电量总和的关系；
步骤四：判断检测周期内A、B、C类负载用电量总和是否小于蓄电池电量，如果符合条件，则A、B、C类负载供电电路均正常开启，经过一个循环检测延迟周期后返回步骤二继续检测蓄电池电压；不符合条件则继续下一步；
步骤五：判断检测周期内A、B类负载用电量总和是否小于蓄电池电量，如果符合条件，则关断C类负载供电电路，A、B类负载供电电路正常开启，经过一个循环检测延迟周期后返回步骤二继续检测蓄电池电压，不符合条件，则继续下一步；
步骤六：判断检测周期内A、B类负载用电量总和是否小于蓄电池电量，如果符合条件，则关断C类负载供电电路，A、B类负载供电电路正常开启，经过一个循环检测延迟周期后返回步骤二继续检测蓄电池电压，不符合条件，则继续下一步；
步骤七：判断检测周期内A类负载是否小于蓄电池电量，如果符合条件，则关断B、C类负载供电电路，经过一个循环检测延迟周期后返回步骤二继续检测蓄电池电压；不符合条件，则报警，且同时关断A、B、C类负载供电电路。
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