CN108039780B - 一种用于变电站的激光供能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于变电站的激光供能系统，属于变电站设备状态监测领域。主要由远端激光充电及其控制模块、履带式激光供能移动机器人、高压端光电转化及反馈控制模块三部分组成。履带式激光供能移动机器人由移动履带车、储能电池、电光转换模块、激光发生器、激光发射及自动准直器、反馈及报警模块。光电转化及反馈控制模块包括反馈式太阳能板、光电转换模块、能量输出模块、状态信息监测模块。本发明提供的一种用于变电站的激光供能机器人，该系统可用于变电站高压端在线监测装置电量供给、应急照明等情况，为变电站高压端在线监测装置能量供应提供了新的方法，降低了激光供能系统的使用成本，提高了激光供能的可靠性和安全性。

Description

一种用于变电站的激光供能系统

技术领域

本发明涉及一种用于变电站的激光供能系统，属于变电站设备状态监测领域。

背景技术

由于高压类设备所处电压等级都比较高，会严重干扰某些检测设备的电能供给，也极易造成电力设备的安全隐患，导致如用于开关类设备的温度传感器、振动传感器等重要的检测手段必须停电使用，无法做到实时在线监测。基于激光原理的无线供能技术可以在一定距离内为监测设备提供能量，并实现强电与弱电的隔离。但是，通常激光器价格昂贵，如果一台激光器只为一套激光供能装置供电，其使用成本极高，限制了其使用成本和使用范围。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，解决用于变电站的激光供能系统价格昂贵的缺点，本发明设计一种用于变电站的激光供能系统，以达到一台激光器为全变电站的隔离开关高压端传感器提供能量，极大地削减了该技术使用成本的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于变电站的激光供能系统，采用模块化结构，其特征在于：包括远端激光充电及其控制模块、履带式激光供能移动机器人、高压端光电转化及反馈控制模块；其中，远端激光充电及其控制模块用于给所述履带式激光供能移动机器人供电，远端激光充电及其控制模块向变电站主控楼控制室传输报警信号和远端激光充电及其控制模块接收到的信息；履带式激光供能移动机器人和远端激光充电及其控制模块接收高压端光电转化及反馈控制模块传送的在线监测数据信息；远端激光充电及其控制模块接收履带式激光供能移动机器人传送的运行状态信息；

当履带式激光供能移动机器人到达某个预设位置，预设位置与某个高压端光电转化及反馈控制模块相邻（即履带式激光供能移动机器人与高压端光电转化及反馈控制模块相距3-30m），履带式激光供能移动机器人向高压端光电转化及反馈控制模块供电。

所述远端激光充电及其控制模块安装于变电站激光供能充电桩，远端激光充电及其控制模块包括远距离激光发射器、主动控制及报警系统，履带式激光供能移动机器人移动到变电站主控楼附近（即履带式激光供能移动机器人与变电站主控楼相距3-10m）时，由远距离激光发射器向履带式激光供能移动机器人供电，主动控制及报警系统用于与履带式激光供能移动机器人和高压端光电转化及反馈控制模块通讯。

履带式激光供能移动机器人包括移动履带车、定位装置、光-电-光转换模块、储能电池（即第二电池单元）、激光发射及自动准直器、反馈及报警模块；移动式履带车由第一控制单元根据定位装置获得的位置信息通过移动式履带车控制电路控制行进路线；履带式激光供能移动机器人在变电站内移动，当履带式激光供能移动机器人移动到变电站中某个高压端光电转化及反馈控制模块附近时，所述储能电池中的电能转化成光能，通过所述激光发射及自动准直器发出的激光，对所述高压端光电转化及反馈控制模块进行充电；反馈及报警模块与分布于变电站各处的若干高压端光电转化及反馈控制模块通讯，实时获知每个高压端光电转化及反馈控制模块收集到的在线监测数据信息。

所述高压端光电转化及反馈控制模块位于变电站高压设备的高压端，用于给高压端在线监测装置提供能量；所述的高压端光电转化及反馈控制模块包括第一反馈式太阳能板、光电转换及存储模块、能量输出模块、状态信息监测模块；

所述第一反馈式太阳能板根据其与履带式激光供能移动机器人的激光发射及自动准直器的相对位置调整角度和方向，激光发射及自动准直器发射光至第一反馈式太阳能板；所述光电转换及存储模块用于将光能转化成电能并存储于电池（即第一电池单元）中；所述能量输出模块与高压端在线监测装置相连，对其提供能量（电量）；所述状态信息监测模块用于收集高压端在线监测装置的在线监测数据，并将高压端在线监测装置的监测数据联同高压端光电转化及反馈控制模块的运行状态信息，同时发送到所述履带式激光供能移动机器人和所述远端激光充电及其控制模块。

所述远距离激光发射器由第二控制单元、第二激光发生器控制电路、直流电源单元、第二激光发生器组成，当第二控制单元收到履带式激光供能移动机器人的定位装置在充电范围内的信息后（由履带式激光供能移动机器人传给第二控制单元），第二控制单元向第二激光发生器控制电路发送充电命令，第二激光发生器控制电路使直流电源单元的直流电经第二激光发生器转换成光能，第二激光发生器通过内设的激光发射及自动准直器向履带式激光供能移动机器人的第二反馈式太阳能板发射激光；主动控制及报警系统由第二控制单元、第一信号接收装置、报警系统组成，第一信号接收装置接收履带式激光供能移动机器人的第二信号发射装置传来的运行状态信息、以及高压端光电转化及反馈控制模块的第一信号发射装置传来的运行状态信息和在线监测数据信息，经第二控制单元向变电站主控楼控制室传输报警信号和在线监测数据信息、运行状态信息。

所述移动履带车位于履带式激光供能移动机器人下部；所述定位装置集成于履带式激光供能移动机器人中，用于实时确定履带式激光供能移动机器人所在位置；所述的光-电-光转换模块由第二反馈式太阳能板、电池充电单元、第三稳压电路、第四稳压电路、第一激光发生器、激光发射及自动准直器、第一控制单元组成，电池充电单元集成有第三稳压电路，第二电池单元和第二激光发生器之间连接有第四稳压电路，第二反馈式太阳能板将光能由电池充电单元转化成电能存储于第二电池单元中，第一控制单元根据定位装置检测的履带式激光供能移动机器人定位信息控制第一激光发生器将第二电池单元的电能转化成激光，第一控制单元控制激光发射及自动准直器以获得最佳激光发射角度；反馈及报警模块由第一控制单元，与第一控制单元连接的电压与电量信息采集单元、第二信号接收装置、第二信号发射装置以及报警装置组成，第二信号接收装置接收高压端光电转化及反馈控制模块的第一信号发射装置传来的运行状态信息和在线监测数据信息，经第一控制单元存储运行状态信息和监测数据信息，同时第一控制单元经电压、电量信息采集单元采集第二电池单元状态信息并存储。

所述的第一反馈式太阳能板的输出端连接电池充电电路；光电转换及存储模块包括第一电池单元、电池充电电路、第一稳压电路组成，电池充电电路、第一电池单元、第二稳压电路顺序连接，电池充电电路集成有第一稳压电路，能量输出模块为第二稳压电路；状态信息监测模块分别与温度传感器和电压电量信息采集单元连接，状态信息监测模块由光电转换及存储模块供电；状态信息监测模块的输出端连接第一信号发射装置。电压电量信息采集单元用于检测第一电池单元的电压、电量信息；温度传感器用于检测高压端温度信息；在线监测数据包含电压、电量信息、温度信息三种信息；温度信息是由位于隔离开关高压端的温度传感器收集；为保证系统的可靠性，三种信息均是由硬件采集完成。

履带式激光供能移动机器人的运行状态信息指所剩电量、所在位置、运行状况（即移动速度、是否在移动、是否在给高压端充电等信息），通过设置于履带式激光供能移动机器人的定位装置检测机器人的位置信息；履带式激光供能移动机器人的运行状态信息和履带式激光供能移动机器人所接收的高压端光电转化及反馈控制模块的运行状态信息和监测数据信息传输至远端激光充电及其控制模块；远端激光充电及其控制模块的主动控制及报警系统与高压端光电转化及反馈控制模块单独通信，主动控制及报警系统将从高压端光电转化及反馈控制模块和履带式激光供能移动机器人接收到的信息进行对比。

所述能量输出模块与在线监测装置（指温度传感器、电压、电量信息采集单元）相连，且为在线监测装置提供电量；所述状态信息监测模块用于监测高压端光电转化及反馈控制模块中剩余电量、运行状态信息，并将这些信息传给所述履带式激光供能移动机器人，并备份到所述远端激光充电及其控制模块。

相对于现有技术，本发明提供的一种用于变电站的激光供能系统，将激光器安装到移动机器人上，可实现一台激光器为全变电站的在线监测装置提供能量，极大地削减了该技术的使用成本，这对于及时发现高压电力设备故障、提高电网运行的可靠性具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例一种用于变电站的激光供能系统硬件结构示意图；

图2为本发明一种用于变电站的激光供能系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

一种用于变电站的激光供能系统，包括远端激光充电及其控制模块、履带式激光供能移动机器人、高压端光电转化及反馈控制模块。其中，远端激光充电及其控制模块包括远距离激光器、主动控制及报警系统。履带式激光供能移动机器人包括移动履带车、定位装置、光-电-光转换模块、储能电池、激光发射及自动准直器、反馈及报警模块。光电转化及反馈控制模块包括反馈式太阳能板、光电转换及存储模块、能量输出模块、状态信息监测模块。

所述远端激光充电及其控制模块是由远距离激光器和主动控制及报警系统组成，所述远距离激光器可以架设在建筑物顶或者单独放置在变电站某个地方，用于给所述履带式激光供能移动机器人充电。所述主动控制及报警系统与所述履带式激光供能移动机器人通讯，接收其运行状态信息。同时，主动控制及报警系统还与分布于变电站各处的高压端光电转化及反馈控制模块通讯，实时接收其收集到在线监测数据。

所述履带式激光供能移动机器人包括移动履带车、定位装置、光-电-光转换模块、储能电池、激光发射及自动准直器、反馈及报警模块。所述移动履带车位于激光供能移动机器人本体最下部，并与其相连，具备自动运行和远程遥控功能。所述定位装置集成于履带式激光供能移动机器人中，用于实时确定履带式激光供能移动机器人所在位置。光-电-光转换模块用于将从远端激光充电及其控制模块获得的能量转换成电能，并存储于所述储能电池中，当履带式激光供能移动机器人移动到变电站中某个光电转化及反馈控制模块附近时，所述储能电池中的电能再次转化成光能，通过所述激光发射及自动准直器发出的激光，对所述光电转化及反馈控制模块进行充电。所述反馈及报警模块与分布于变电站各处的高压端光电转化及反馈控制模块通讯，实时掌握每个高压端光电转化及反馈控制模块的运行状态，并实时接收光电转化及反馈控制模块收集到在线监测数据。同时，反馈及报警模块还会与所述远端激光充电及其控制模块通讯，将接收到的在线监测数据连同运行状态信息发送到远端激光充电及其控制模块中。

所述高压端光电转化及反馈控制模块包括第一反馈式太阳能板、光电转换及存储模块、能量输出模块、状态信息监测模块。所述反馈式太阳能板用于接收来自履带式激光供能移动机器人所发出来的激光。所述光电转换及存储模块用于将光能转化成电能并存储于电池中。所述能量输出模块与在线监测装置相连，对其提供能量。所述状态信息监测模块用于收集在线监测装置的数据，并将在线监测装置的数据连同光电转化及反馈控制模块的运行状态信息，同时发送到所述履带式激光供能移动机器人和所述远端激光充电及其控制模块。

图1中，1-远距离激光器，2-主动控制及报警系统，3-移动履带车，4-定位装置，5-光-电-光转换模块，6-储能电池，7-激光发射及自动准直器，8-反馈及报警模块，9-反馈式太阳能板，10-光电转换及存储模块，11-能量输出模块，12-状态信息监测模块，13-温度传感器。

如图2所示，远距离激光器由第二控制单元、第二激光发生器控制电路、直流电源单元、第二激光发生器组成，当第二控制单元收到机器人定位装置在充电范围命令后给第二激光发生器控制电路发送充电命令，将直流电经第二激光发生器转换成光能。主动控制及报警系统由第二控制单元、第一信号接收装置、报警系统组成，第一信号接收装置接收履带式激光供能移动机器人及高压端光电转化及反馈控制模块上信号发射装置传来的运行状态信息，经第二控制单元向主控楼传输报警信号和在线监测数据。

如图2所示，移动式履带车由第一控制单元根据定位装置获得的位置信息通过移动式履带车控制电路控制行进路线。光-电-光转换模块由第二反馈式太阳能板、电池充电单元、第三稳压电路、第四稳压电路、第一激光发生器、激光发射及自动准直器、第一控制单元组成，第二反馈式太阳能板将光能由电池充电单元转化成电能存储于第二电池单元中，第一控制单元根据定位信息控制第一激光发生器将第一电池单元的电能转化成激光，第一控制单元控制激光发射及自动准直器以获得最佳激光发射角度。反馈报警系统由第一控制单元、电压与电量信息采集单元、第二信号接收装置、第二信号发射装置、报警装置组成，第二信号接收装置接收高压端光电转化及反馈控制模块上第一信号发射装置传来的运行状态信息，经第一控制单元存储状态信息，同时第一控制单元经电压、电量采集单元采集第二电池单元状态信息并存储。当履带式激光供能移动机器人行进到远端激光充电及其控制模块附近时，机器人上的第一控制单元将定位装置的位置信息及之前存储的运行状态信息经第二信号发射装置传输给远端激光充电及其控制模块，远端激光充电及其控制模块的第二控制单元将接收到的运行状态信息传输给变电站主控楼并开始给机器人充电。

如图1、2所示，第一电池单元（用于存储电）、第一稳压电路、电池充电电路组成了光电转换及存储模块，能量输出模块即第二稳压电路，电压、电量信息采集单元和温度传感器的监测信息输入状态信息监测模块，电压、电量信息采集单元和温度传感器分别与第二稳压电路的输出端连接，状态信息模块将温度传感器及电池电压、电量信息经第一信号发射装置发送给履带式激光供能移动机器人和远端激光充电及其控制模块。

如图1所示，远端激光充电及其控制模块是由远距离激光器1和主动控制及报警系统2组成，可以安装在建筑物顶或者单独放置在变电站某个地方，用于给所述履带式激光供能移动机器人远程充电。主动控制及报警系统与履带式激光供能移动机器人通讯，接收其运行状态信息。同时，主动控制及报警系统还与分布于变电站各处的高压端光电转化及反馈控制模块通讯，实时接收其收集到的在线监测数据，并传到变电站主控楼控制室中。

图1中，履带式激光供能移动机器人由移动履带车3、定位装置4、光-电-光转换模块5、储能电池6、激光发射及自动准直器7、反馈及报警模块8组成，可在变电站内移动，当履带式激光供能移动机器人移动到变电站中某个高压端光电转化及反馈控制模块附近时，所述储能电池中的电能再次转化成光能，通过所述激光发射及自动准直器发出的激光，对所述光电转化及反馈控制模块进行充电。反馈及报警模块与分布于变电站各处的高压端光电转化及反馈控制模块通讯，实时掌握每个高压端光电转化及反馈控制模块的运行状态，并实时接收光电转化及反馈控制模块收集到在线监测数据。

图1中，光电转换及存储模块安装于高压隔离开关高压端、瓷瓶的上部，用于将光能转化成电能并存储于电池中。能量输出模块与在线监测装置相连，对其提供能量。状态信息监测模块用于收集在线监测装置的数据，并将在线监测装置的数据连同高压端光电转化及反馈控制模块的运行状态信息，同时发送到所述履带式激光供能移动机器人和所述远端激光充电及其控制模块。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于变电站的激光供能系统，采用模块化结构，其特征在于：包括远端激光充电及其控制模块、履带式激光供能移动机器人、高压端光电转化及反馈控制模块；其中，远端激光充电及其控制模块用于给所述履带式激光供能移动机器人供电，远端激光充电及其控制模块向变电站主控楼控制室传输报警信号和远端激光充电及其控制模块接收到的信息；履带式激光供能移动机器人和远端激光充电及其控制模块接收高压端光电转化及反馈控制模块传送的在线监测数据信息；远端激光充电及其控制模块接收履带式激光供能移动机器人传送的运行状态信息；

当履带式激光供能移动机器人到达某个预设位置，预设位置与某个高压端光电转化及反馈控制模块相邻，履带式激光供能移动机器人向高压端光电转化及反馈控制模块供电；

所述远端激光充电及其控制模块安装于变电站激光供能充电桩，远端激光充电及其控制模块包括远距离激光发射器、主动控制及报警系统，履带式激光供能移动机器人移动到变电站主控楼附近时，由远距离激光发射器向履带式激光供能移动机器人供电，主动控制及报警系统用于与履带式激光供能移动机器人和高压端光电转化及反馈控制模块通讯；

履带式激光供能移动机器人包括移动式履带车、定位装置、光-电-光转换模块、储能电池、激光发射及自动准直器、反馈及报警模块；移动式履带车由第一控制单元根据定位装置获得的位置信息通过移动式履带车控制电路控制行进路线；履带式激光供能移动机器人在变电站内移动，当履带式激光供能移动机器人移动到变电站中某个高压端光电转化及反馈控制模块附近时，所述储能电池中的电能转化成光能，通过所述激光发射及自动准直器发出的激光，对所述高压端光电转化及反馈控制模块进行充电；反馈及报警模块与分布于变电站各处的若干高压端光电转化及反馈控制模块通讯，实时获知每个高压端光电转化及反馈控制模块收集到的在线监测数据信息。

2.根据权利要求1所述的一种用于变电站的激光供能系统，其特征在于：所述高压端光电转化及反馈控制模块位于变电站高压设备的高压端，用于给高压端在线监测装置提供能量；所述的高压端光电转化及反馈控制模块包括第一反馈式太阳能板、光电转换及存储模块、能量输出模块、状态信息监测模块；

所述第一反馈式太阳能板根据其与履带式激光供能移动机器人的激光发射及自动准直器的相对位置调整角度和方向，激光发射及自动准直器发射光至第一反馈式太阳能板；所述光电转换及存储模块用于将光能转化成电能并存储于电池中；所述能量输出模块与高压端在线监测装置相连，对其提供能量；所述状态信息监测模块用于收集高压端在线监测装置的监测数据，并将高压端在线监测装置的监测数据联同高压端光电转化及反馈控制模块的运行状态信息，同时发送到所述履带式激光供能移动机器人和所述远端激光充电及其控制模块。

3.根据权利要求1所述的一种用于变电站的激光供能系统，其特征在于：所述远距离激光发射器由第二控制单元、第二激光发生器控制电路、直流电源单元、第二激光发生器组成，当第二控制单元收到履带式激光供能移动机器人的定位装置在充电范围内的信息后，第二控制单元向第二激光发生器控制电路发送充电命令，第二激光发生器控制电路使直流电源单元的直流电经第二激光发生器转换成光能，第二激光发生器通过内设的激光发射及自动准直器向履带式激光供能移动机器人的第二反馈式太阳能板发射激光；主动控制及报警系统由第二控制单元、第一信号接收装置、报警系统组成，第一信号接收装置接收履带式激光供能移动机器人的第二信号发射装置传来的运行状态信息、以及高压端光电转化及反馈控制模块的第一信号发射装置传来的运行状态信息和监测数据信息，经第二控制单元向变电站主控楼控制室传输报警信号和在线监测数据信息、运行状态信息。

4.根据权利要求1所述的一种用于变电站的激光供能系统，其特征在于：所述移动式履带车位于履带式激光供能移动机器人下部；所述定位装置集成于履带式激光供能移动机器人中，用于实时确定履带式激光供能移动机器人所在位置；所述的光-电-光转换模块由第二反馈式太阳能板、电池充电单元、第三稳压电路、第四稳压电路、第一激光发生器、激光发射及自动准直器、第一控制单元组成，第二反馈式太阳能板将光能由电池充电单元转化成电能存储于第二电池单元中，第一控制单元根据定位装置检测的定位信息控制第一激光发生器将第二电池单元的电能转化成激光，第一控制单元控制激光发射及自动准直器以获得最佳激光发射角度；反馈及报警模块由第一控制单元，与第一控制单元连接的电压与电量信息采集单元、第二信号接收装置、第二信号发射装置以及报警装置组成，第二信号接收装置接收高压端光电转化及反馈控制模块的第一信号发射装置传来的运行状态信息和监测数据信息，经第一控制单元存储运行状态信息和在线监测数据信息，同时第一控制单元经电压、电量信息采集单元采集第二电池单元状态信息并存储。

5.根据权利要求2所述的一种用于变电站的激光供能系统，其特征在于：所述的第一反馈式太阳能板的输出端连接电池充电电路；光电转换及存储模块包括第一电池单元、电池充电电路、第一稳压电路组成，电池充电电路、第一电池单元、第二稳压电路顺序连接，电池充电电路集成有第一稳压电路，能量输出模块为第二稳压电路；状态信息监测模块分别连接温度传感器和电压电量信息采集单元，状态信息监测模块由光电转换及存储模块供电；状态信息监测模块的输出端连接第一信号发射装置。

6.根据权利要求1所述的一种用于变电站的激光供能系统，其特征在于：履带式激光供能移动机器人的运行状态信息指所剩电量、所在位置、运行状况，通过设置于履带式激光供能移动机器人的定位装置检测机器人的位置信息；履带式激光供能移动机器人的运行状态信息和履带式激光供能移动机器人所接收的高压端光电转化及反馈控制模块的运行状态信息和监测数据信息传输至远端激光充电及其控制模块；远端激光充电及其控制模块的主动控制及报警系统与高压端光电转化及反馈控制模块单独通信，主动控制及报警系统将从高压端光电转化及反馈控制模块和履带式激光供能移动机器人接收到的信息进行对比。

7.根据权利要求2所述的一种用于变电站的激光供能系统，其特征在于：所述能量输出模块与在线监测装置相连，且为在线监测装置提供电量；所述状态信息监测模块用于监测高压端光电转化及反馈控制模块中剩余电量、运行状态信息，并将这些信息传给所述履带式激光供能移动机器人，并备份到所述远端激光充电及其控制模块；在线监测装置包括温度传感器和电压、电量信息采集单元。