CN104377832B - 支持太阳能取电的配电线路在线监测采集终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种支持太阳能取电的配电线路在线监测采集终端，用于与线路故障指示器配合以监测配电线路的运行情况，包括用于监测运行情况的信号处理部分，其增设与所述信号处理部分电连接的光伏自取电部分，用于将太阳能转换为电能并输出工作电压，包括：光伏电池板，将太阳能转换为电能并进行储能；充电电路，连接所述光伏电池板，将电能转换为所述工作电压；以及连接于所述光伏电池板与充电电路之间的开关电路，用于控制光伏电池板与所述充电电路之间的直接接通，或者控制所述充电电路内各个电路的直接接通。
Description
技术领域
本发明实施例主要涉及配网配电技术，尤其涉及一种支持太阳能取电的配电线路在线监测采集终端。
背景技术
配电线路传输距离远、支线多，多呈网状结构，其故障查找非常困难。配电线路在线监测采集终端与智能线路故障指示器相配合，可实时监测线路的正常运行情况和故障发生过程，检测并指示短路和接地故障。这将为配电线路对运行维护人员实时了解线路的运行状况，故障发生后的定位、维修等带来极大的便利。
由于架空线型的配电线路多位于野外，配电线路在线监测终端的供电将遇到极大的困难。目前通常的做法是将光伏电池与备用电源并联使用。由光伏电池为备用电池充电，光伏电池与备用电池并联后卫配电线路在线监测终端供电。由于需考虑多日的阴雨天气，备用电池需支持配电线路在线监测终端10日以上的运行。
由于光伏电池的功率受天气影响很大，其输出极不稳定，从而无法有效控制对备用电池的充电电流。由于户外夏季现场的高温，而锂电池在高温环境下的运行具有一定的安全性隐患，在某些恶劣情况下，锂电池会出现高温鼓肚甚至爆裂等情况。因此备用电池多采用铅酸电池与镍氢电池，而这两种备用电池的记忆效应均比较严重。无规律的充电电流将大大影响这两种电池的使用寿命。此外，在备用电池的电放完之后，在短时间内只能依靠光伏电池的输出为配电线路在线监测采集终端供能，而由于光伏电池的供电不稳定，也就无法使得配电线路在线监测采集终端稳定工作。
发明内容
本发明解决前述技术缺陷，提供一种支持太阳能取电的配电线路在线监测采集终端，用于与线路故障指示器配合以监测配电线路的运行情况，包括用于监测运行情况的信号处理部分，其改进在于增设与所述信号处理部分电连接的光伏自取电部分，用于将太阳能转换为电能并输出工作电压，包括：光伏电池板，将太阳能转换为电能并进行储能；充电电路，连接所述光伏电池板，将电能转换为所述工作电压；以及连接于所述光伏电池板与充电电路之间的开关电路，用于控制光伏电池板与所述充电电路之间的直接接通，或者控制所述充电电路内各个电路的直接接通。
在一个实施例中，所述充电电路包括：备用电池，在配电线路负载长时间输出功率不足的情况下提供稳定的工作电压；超级电容，用于在短时间内对来自光伏电池板的能量进行缓存，以稳定光伏电池板的输出电压和功率，并且稳定所述备用电池的充电电流以及所述配电线路在线监测采集终端的工作电压；以及充电管理电路，连接所述备用电池和超级电容之间以按照备用电池的类型而选择相应的充电逻辑以延长所述备用电池的使用周期。
超级电容是一种介于传统电容器与电池之间的、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原电容电荷储存电能。但在其储能的过程中并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的。因此超级电容具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等明显的优势。
本实施例将光伏电池、超级电容、备用电池并联使用，超级电容作为一个缓冲池，在光伏电池板受天气影响而输出功率变化的情况下，超级电容在短时间内承担起为备用电池充电的任务，这在一定程度上稳定了备用电池的充电电流，从而不会间断整个充电流程，提高了备用电池的充电效率，也大大提升了备用电池的使用寿命。
超级电容与光伏电池的并联使用能在一定程度上稳定光伏电池的功率输出，在备用电池放完电后也能在一定程度上改善配电线路在线监测采集终端的供电电源，提高配电线路在线监测采集终端的运行稳定性
在一个实施例中，所述充电逻辑为在一个预设周期内检测所述备用电池的使用情况和电流负荷，从而稳定其输出电流。
在一个实施例中，所述开关电路包括连接于光伏电池板与备用电池之间的并联开关二极管D2,D3，防止所述备用电池向超级电容充电，或防止光伏电池板直接向备用电池充电。在另一个实施例中，所述开关电路包括连接于所述光伏电池板与备用电池之间的开关二极管D1，防止备用电池的电能回流至所述光伏电池板。
在一个实施例中，所述备用电池选用镍氢电池或铅酸电池。
在另一个实施例中，一种支持太阳能取电的配电线路在线监测采集终端，用于与线路故障指示器配合以监测三相配电线路的运行情况，其改进设计在于包括：连接配电线路的电源，它具有高压线路自取电部分，用于从配电线路上获取工作电压，包括：光伏电池板，将配电线路上的能量转换至线路二次侧以进行隔离供电；充电电路，将此能量加以存储并转换为所述工作电压；以及连接于所述光伏电池板与充电电路之间的开关电路，用于控制光伏电池板向所述充电电路直接充电；以及通信端，用于通过无线方式分别与所述线路故障指示器和远端主站系统进行通信连接。
在一个实施例中，所述线路故障指示器包括分别接设在A、B、C三相电力线上的A、B、C相线路故障指示器，通过红外方式连接所述通信端。
在一个实施例中，所述通信端通过WIFI或有线以太网方式连接远端主站系统。
在一个实施例中，所述充电电路包括：备用电池，在配电线路负载长时间输出功率不足的情况下提供稳定的工作电压；超级电容，用于在短时间内对来自光伏电池板的能量进行缓存，以稳定光伏电池板的输出电压和功率，并且稳定所述备用电池的充电电流以及所述配电线路在线监测采集终端的工作电压；以及充电管理电路，连接所述备用电池和超级电容之间以按照备用电池的类型而选择相应的充电逻辑以延长所述备用电池的使用周期。
在一个实施例中，所述充电逻辑为在一个预设周期内检测所述备用电池的使用情况和电流负荷，从而稳定其输出电流。
在一个实施例中，所述开关电路包括连接于光伏电池板与备用电池之间的并联开关二极管D2,D3，防止所述备用电池向超级电容充电，或防止光伏电池板直接向备用电池充电。
在一个实施例中，所述备用电池选用镍氢电池或铅酸电池。
本发明技术效果显而易见，与高压PT供能相比，光伏电池板降低了成本，避免了铁磁谐振，大大提升了电网的安全性。与光伏电池供能相比，光伏电池板的供能稳定性大大增加，且由于供能门槛电流较小，因此一天之内的有效供电时间也大幅度提高。在与超级电容的配合下，能抵消一部分短时间的线路负载波动，进一步提高了供能的稳定性，满足了配电线路在线监测终端的供能需求，由此可带来如下优势：可较完整地实现对备用电池的充放电过程，从而增加了备用电池的使用寿命。所需的备用电池的容量也有所降低，从而也降低了整个装置的成本。在备用电池放完电之后，光伏电池板依旧能为配电线路在线监测终端提供稳定的电能。
附图说明
图1为支持太阳能取电的配电线路在线监测采集终端的结构功能框图；
图2为用于多级超级电容的均压电路图。
具体实施方式
参照图1，支持太阳能取电的配电线路在线监测采集终端增设了一个高压线路自取电部分，用于从配电线路上获取工作电压，包括：光伏电池板1，将配电线路上的能量转换至线路二次侧以进行隔离供电；充电电路，将此能量加以存储并转换为所述工作电压；以及连接于所述光伏电池板1与充电电路之间的开关电路，用于控制光伏电池板向所述充电电路直接充电。配电线路在线监测采集终端与配电线路上的智能线路故障指示器配合，实现对配电线路的运行状况、故障发生过程进行实时监测，能检测并指示短路、接地等故障。与此同时，通过无线或有线信道将监测到的信息实时上报给主站系统，为线路运行的状态估计、故障的抢修提供依据，提高供电质量。
在一个实施例中，所述充电电路包括：备用电池2，在配电线路负载长时间输出功率不足的情况下提供稳定的工作电压；超级电容3，用于在短时间内对来自光伏电池板的能量进行缓存，以稳定光伏电池板的输出电压和功率，并且稳定所述备用电池的充电电流以及所述配电线路在线监测采集终端的工作电压；以及充电管理电路4，连接所述备用电池和超级电容之间以按照备用电池的类型而选择相应的充电逻辑以延长所述备用电池的使用周期。
在一个实施例中，所述充电逻辑为在一个预设周期内检测所述备用电池的使用情况和电流负荷，从而稳定其输出电流。
在一个实施例中，所述开关电路包括连接于光伏电池板与备用电池之间的并联开关二极管D2,D3，防止所述备用电池向超级电容充电，或防止光伏电池板直接向备用电池充电。所述开关电路包括连接于所述光伏电池板与备用电池之间的开关二极管D1，防止备用电池的电能回流至所述光伏电池板。
在一个实施例中，所述备用电池选用镍氢电池或铅酸电池。
在另一个实施例中，一种支持太阳能取电的配电线路在线监测采集终端，用于与线路故障指示器配合以监测三相配电线路的运行情况，其改进设计在于包括：连接配电线路的电源，它具有高压线路自取电部分，用于从配电线路上获取工作电压，包括：光伏电池板，将配电线路上的能量转换至线路二次侧以进行隔离供电；充电电路，将此能量加以存储并转换为所述工作电压；以及连接于所述光伏电池板与充电电路之间的开关电路，用于控制光伏电池板向所述充电电路直接充电；以及通信端，用于通过无线方式分别与所述线路故障指示器和远端主站系统进行通信连接。
在一个实施例中，所述线路故障指示器包括分别接设在A、B、C三相电力线上的A、B、C相线路故障指示器，通过红外方式连接所述通信端，对三相智能线路故障指示器通过短距离无线进行轮询问，获取三相线路的实时电流、检测线路对地电场，判断线路的相间短路、单相接地等故障状态。
在一个实施例中，所述通信端通过WIFI或有线以太网方式连接远端主站系统，通过GPRS无线公网与主站系统相连接，并将三相线路的实时电流、对地电场定时上报给主站系统。并将线路的相间短路、单相接地等故障状态实时上报给主站。以提高故障的响应速度，提高供电质量。
在图2所示的一个实施例中，因超级电容的原理所限，单体超级电容的标称耐压一般在2.7V，而光伏电池电压的变化范围较大，其额定电压远远超过2.7V。由此单体超级电容必须通过多级串联使用才能满足电压的要求。为使得串联超级电容之间能平均分配输入电压，则必须在超级电容两端并上图2所示的均压电路，其中P端与超级电容3的正极相连，N端与超级电容3的负极相连，在多级超级电容的电压低于2.7V电压拐点时，图示的开关管Q21导通，三极管Q22截止，电路呈现阻断特性，电路中仅有极小的漏电流流过，不会影响超级电容3的电压水平。而当超级电容的电压高于2.7V电压拐点时，Q21截止，Q22导通，而电路呈现稳态二极管电路特性，电流随电压增加呈现急剧增大，而电压被钳位于二极管U21，多余的电流被多个电阻分流泄放，或释放过充的电荷，电路电压不会高于2.7V，因此该电路实现了超级电容之间的自动均压功能。
Claims (3)
1.支持太阳能取电的配电线路在线监测采集终端，用于与线路故障指示器配合以监测配电线路的运行情况，包括用于监测运行情况的信号处理部分，还增设与所述信号处理部分电连接的光伏自取电部分，用于将太阳能转换为电能并输出工作电压，包括：
光伏电池板，将太阳能转换为电能并进行储能；
充电电路，连接所述光伏电池板，将电能转换为所述工作电压；以及
连接于所述光伏电池板与充电电路之间的开关电路，用于控制光伏电池板与所述充电电路之间的直接接通，或者控制所述充电电路内各个电路的直接接通；其特征在于：所述充电电路包括：
备用电池，在配电线路负载长时间输出功率不足的情况下提供稳定的工作电压；
超级电容，用于在短时间内对来自光伏电池板的能量进行缓存，以稳定光伏电池板的输出电压和功率，并且稳定所述备用电池的充电电流以及所述支持太阳能取电的配电线路在线监测采集终端的工作电压；以及
充电管理电路，连接所述备用电池和超级电容之间以按照备用电池的类型而选择相应的充电逻辑以延长所述备用电池的使用周期；
所述充电逻辑为在一个预设周期内检测所述备用电池的使用情况和电流负荷，从而稳定其输出电流；所述备用电池选用镍氢电池或铅酸电池。
2.根据权利要求1 所述的支持太阳能取电的配电线路在线监测采集终端，其特征在于：所述开关电路包括连接于光伏电池板与备用电池之间的并联开关二极管D2,D3，防止所述备用电池向超级电容充电，或防止光伏电池板直接向备用电池充电。
3.根据权利要求1 所述的支持太阳能取电的配电线路在线监测采集终端，其特征在于：所述开关电路包括连接于所述光伏电池板与备用电池之间的开关二极管D1，防止备用电池的电能回流至所述光伏电池板。
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