CN105871053A - 一种用于超高压直流输电线路在线监测的电源装置 - Google Patents

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杨书英
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Abstract

本发明涉及一种用于超高压直流输电线路在线监测的电源装置,其包括固定安装于架空导线且表面内嵌有太阳能电池板的多面体柱状装置外壳、DC‑DC模块、MPPC充电电路、储能电池和电源切换控制电路;太阳能电池板的电压输出端分别与DC‑DC模块的输入端和MPPC充电电路的输入端电连接,MPPC充电电路的输出端与储能电池的输入端电连接,DC‑DC模块和储能电池的输出端分别与电源切换控制电路的输入端电连接。该电源装置可以直接安装于架空导线上,解决了超高压直流输电线路在线监测装置对故障信号采用导线直接测量方式的电源供给问题。

Description

一种用于超高压直流输电线路在线监测的电源装置
技术领域
本发明涉及一种供电装置,特别是一种用于超高压直流输电线路在线监测的电源装置。
背景技术
超高压直流输电技术是近年来我国电力系统中快速发展的一项新技术,超高压直流输电现在已经是连接各大电网的纽带,其安全性对电网安全至关重要。若系统发生故障停运,将给电网和供电安全带来极大的影响,甚至会危及人身和设备的安全。输电线路在线监测装置是该技术生存和发展的关键,由于超高压直流输电线路母线电流产生的电场恒定不变,无法像交流输电线路那样通过在电力母线上套装可开启式的良磁导体,利用电磁感应原理从母线电流在其周围产生的交变磁场中截获能量,再经整流、滤波、电压变换得到负载所需电源。
由于传统的太阳能供电系统太阳能电池板体积较大,监测设备常安装于输电线路杆塔上,无法对架空导线上故障信号进行直接测量。因此解决架空导线上供电电源结构的安装问题,为超高压直流输电线路在线监测装置提供一种高性能的供电电源有着非常重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是,针对现有技术中安装于超高压直流输电线路架空导线上的在线监测装置所采用太阳能供电系统的结构安装较困难的问题,提出一种用于超高压直流输电线路在线监测的电源装置,可以使太阳能电池板和储能电池直接安装于超高压直流输电线路架空导线上,解决了超高压直流输电线路在线监测装置对故障信号采用导线直接测量方式的电源供给问题。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:一种用于超高压直流输电线路在线监测的电源装置,包括:固定安装于架空导线且表面内嵌有太阳能电池板的多面体柱状装置外壳、DC-DC模块、MPPC充电电路、储能电池和电源切换控制电路;多面体柱状装置外壳侧面各面均内嵌有一块太阳能电池板并构成太阳能电池板组,太阳能电池板组通过串联,和/或并联电连接,太阳能电池板组伸出的太阳能电池板组引线为其电压输出端;太阳能电池板组的电压输出端分别与DC-DC模块的输入端和MPPC充电电路的输入端电连接,DC-DC模块的输出端与电源切换控制电路的输入端电连接,MPPC充电电路的输出端与储能电池的输入端电连接,储能电池的输出端与电源切换控制电路的输入端电连接,由电源切换控制电路控制切换为与其电连接的负载供电。
上述装置外壳为空心筒状结构,装置外壳由外壳本体和太阳能电池板组构成,太阳能电池板组由六块太阳能电池板构成,外壳本体开设有可供太阳能电池板嵌入其内的凹槽,凹槽底部开设有用于固定太阳能电池板的定位孔和用于太阳能电池板引线穿过的引线孔,太阳能电池板与外壳本体通过螺纹联接。
上述外壳本体由形状呈对称结构的第一外壳本体和第二外壳本体构成,第一外壳本体和第二外壳本体两侧边沿均开设有的安装孔,第一外壳本体和第二外壳本体通过螺纹联接。
上述MPPC 充电电路的储能电池充电芯片为 LTC4000。
上述电源切换控制电路包括双通道理想二极管LTC4413,双通道理想二极管LTC4413的通道状态指示管脚与负载微处理器的I/O端口电连接,用于指示当前供电通道为DC-DC模块或储能电池。
上述DC/DC模块包括能够使输出电压稳定在5伏的降压开关型集成稳压器芯片LT3431。
附图说明
图1是本发明电源装置结构框图。
图2是本发明装置外壳的正视图。
图3是本发明装置外壳的俯视图。
图4是本发明装置外壳的左视图。
图5是本发明外壳本体的正视图。
图6是本发明外壳本体的截面图。
图7是本发明外壳本体凹槽结构图。
图8是本发明DC-DC模块电路图。
图9是本发明MPPC充电电路图。
图10是本发明电源切换控制电路图。
附图中的编码分别为:1为装置外壳,2为DC-DC模块,3为MPPC充电电路,4为储能电池,5为电源切换控制电路,6为负载,201为外壳本体,202为外壳本体中心部分,203为太阳能电池板组,204为安装孔,301为第一外壳本体,302为第二外壳本体,303为太阳能电池板,304外壳本体主体结构,305为外壳本体凹槽,3051为定位孔,3052为引线孔,Vin1为DC-DC模块的电压输入端,Vout1为DC-DC模块的电压输出端,Vin2为MPPC充电电路的电压输入端,Vout2为MPPC充电电路的电压输出端,Vin3为电源切换控制电路的电压输入端,Vout3为电源切换控制电路的电压输出端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示为电源装置结构框图。电源装置包括装置外壳1、DC-DC模块2、MPPC充电电路3、储能电池4和电源切换控制电路5。装置外壳1表面内嵌有六块太阳能电池板,腔体内安装有DC-DC模块2、MPPC充电电路3、储能电池4、电源切换控制电路5和负载6。装置外壳1可以固定安装于架空导线且表面内嵌有太阳能电池板,六块太阳能电池板分为上下两部分,每部分包含三块太阳能电池板,各部分太阳能电池板采用串联连接方式,上下两部分太阳能电池板再并联连接后作为太阳能电池板组的电压输出端;太阳能电池板组的电压输出端分别与DC-DC模块2的输入端和MPPC充电电路3的输入端电连接,DC-DC模块2将太阳能电池板组输出的直流电压转换成负载6所需的直流电压,MPPC充电电路3可实时跟踪太阳能电池板组输出的最大功率点并为储能电池4充电,储能电池4采用锂电池,DC-DC模块2和储能电池4的输出端分别与电源切换控制电路5的输入端电连接,由电源切换控制电路5选择为负载6供电的电源通道。
如图2所示是装置外壳1的正视图,装置外壳1的201为外壳本体,由不锈钢的铝合金材料制成,其中心部分202为空心筒状结构,其直径与架空导线线径大小相匹配,在将装置外壳安装于架空导线时可以在中心部分202加装橡胶垫以减少对架空导线的损伤;图3为装置外壳1的俯视图,图4为装置外壳1的左视图,203为太阳能电池板组,204为用于固定外壳本体201的安装孔,太阳能电池板组203内嵌在外壳本体201中。
如图5所示是外壳本体正视图,外壳本体由形状呈对称结构的第一外壳本体301和第二外壳本体302构成,第一外壳本体301和第二外壳本体302两侧边沿开设有如图2中的安装孔204,螺帽和螺栓经过安装孔204使第一外壳本体301和第二外壳本体302固定连接在一起。图6为外壳本体的截面图,太阳能电池板303截面为梯形结构,可以很好地嵌入到外壳本体主体结构304的凹槽305中。
如图7所示是外壳本体凹槽结构图。凹槽305底部开设有用于固定太阳能电池板303的定位孔3051和用于太阳能电池板303引线穿过的引线孔3052,太阳能电池板303与外壳本体201通过凹槽开设的定位孔3051螺纹联接。
如图8所示是DC-DC模块电路图。太阳能电池板输出电压取决于光伏器件的连接方式与数量,并与负载大小和光照强度直接有关,不能直接作为负载的供电电源使用,因此需要通过DC-DC模块将太阳能电池板组输出的直流电压降为负载所需的直流电压,本实施例中负载所需的直流电压为5伏特,DC-DC模块选用宽电压范围输入的降压开关型集成稳压器LT3431,电压输入端Vin1与如图2中太阳电池板组203的电压输出端电连接,电压输出端Vout1与如图1中电源切换控制电路5的输入端电连接,将太阳能电池板组203输出的直流电压转换为负载6所需的直流电压,其输入电压最高可达60V,最大输出电流3A,外围器件简单,效率高,能够满足负载功率在15W以内的功率需求。进一步地,也可以使用降压线性集成稳压器或其他可满足电压要求的稳压电路芯片。
如图9所示是MPPC充电电路图。在本实施例中,选择具备MPPC功能的高压控制器和电源管理器LTC4000,能够在3V至60V的输入及输出电压范围内工作,该器件能够提供精确的输入电流监视以及充电电流监视和调节。电压输入端Vin2与如图2中太阳电池板组203的电压输出端电连接,电压输出端Vout2与如图1中储能电池5的输入端电连接,设置最大功率点跟踪电压为18V,则输入电压调节环路可根据最大功率点跟踪电压和电流的关系,控制充电电流,以保持输入电压在所设定的值上,通过动态地改变充电电流的大小使太阳能电池板组203在特定的光照条件下输出功率始终保持最大功率值,大大提高了能量转化效率。
如图10所示是电源切换控制电路图。在本实施例中,如图1中的电源通道选择电路5采用集成芯片双通道理想二极管LTC4413,电压输入端Vin3与如图2中DC-DC模块2的电压输出端Vout1和储能电池4的输出端电连接,电压输出端Vout4与负载6电连接。当太阳能电池板组203输出功率充足时,DC-DC模块2输出电压为5V,而储能电池4的电压最高为4.2V,由于DC-DC模块2的输出电压高于储能电池4的电压,则由DC-DC模块2为负载6供电;当太阳能电池板组203输出功率不足时,DC-DC模块2的输出电压几乎为0V,此时,由于储能电池4的电压高于DC-DC模块2的输出电压,则由储能电池4为负载6供电。STAT管脚输出信号SIG通常与负载6中的微处理器连接,用于监测电源切换状态,指示当前电源通道为DC-DC模块2供电还是储能电池4供电。
以上技术特征构成了本发明的最佳实施例,其具有较强的适应性和最佳实施效果,可根据实际需要增减非必要的技术特征,来满足不同情况的需求,例如将装置外壳形状做一些简易变形或者电路中电子元器件用其他通用型号替代,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种用于超高压直流输电线路在线监测的电源装置,其特征在于,包括:固定安装于架空导线且表面内嵌有太阳能电池板的多面体柱状装置外壳、DC-DC模块、MPPC充电电路、储能电池和电源切换控制电路;多面体柱状装置外壳侧面各面均内嵌有一块太阳能电池板并构成太阳能电池板组,太阳能电池板组通过串联,和/或并联电连接,太阳能电池板组伸出的太阳能电池板组引线为其电压输出端;太阳能电池板组的电压输出端分别与DC-DC模块的输入端和MPPC充电电路的输入端电连接,DC-DC模块的输出端与电源切换控制电路的输入端电连接,MPPC充电电路的输出端与储能电池的输入端电连接,储能电池的输出端与电源切换控制电路的输入端电连接,由电源切换控制电路控制切换为与其电连接的负载供电。
2.根据权利要求1所述的一种用于超高压直流输电线路在线监测的电源装置,其特征在于,装置外壳为空心筒状结构,装置外壳由外壳本体和太阳能电池板组构成,太阳能电池板组由六块太阳能电池板构成,外壳本体开设有可供太阳能电池板嵌入其内的凹槽,凹槽底部开设有用于固定太阳能电池板的定位孔和用于太阳能电池板引线穿过的引线孔,太阳能电池板与外壳本体通过螺纹联接。
3. 根据权利要求2所述的一种用于超高压直流输电线路在线监测的电源装置,其特征在于,外壳本体由形状呈对称结构的第一外壳本体和第二外壳本体构成,第一外壳本体和第二外壳本体两侧边沿均开设有的安装孔,第一外壳本体和第二外壳本体通过螺纹联接。
4. 根据权利要求1或2所述的一种用于超高压直流输电线路在线监测的电源装置,其特征在于,MPPC 充电电路的储能电池充电芯片为 LTC4000。
5. 根据权利要求1或2所述的一种用于超高压直流输电线路在线监测的电源装置,其特征在于,电源切换控制电路包括双通道理想二极管LTC4413,双通道理想二极管LTC4413的通道状态指示管脚与负载微处理器的I/O端口电连接,用于指示当前供电通道为DC-DC模块或储能电池。
6. 根据权利要求1或2所述的一种用于超高压直流输电线路在线监测的电源装置,其特征在于,DC/DC模块包括能够使输出电压稳定在5伏的降压开关型集成稳压器芯片LT3431。
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