CN108736567B - 用于电力监测的供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种用于电力监测的供电系统，包括太阳能电池板、锂电池、电池管理电路、供电处理电路、用于从输电线路获取电能并输出的在线取电电路、稳压电路、稳压保护电路以及用于控制锂电池和在线取电电路交替供电的切换电路；能够根据供电环境的光照情况选择感应取电或者太阳能供电，能够有效避免电网的电流波动对供电系统的影响，并且能够向监测用电设备提供稳定的直流电。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力用的辅助装置，尤其涉及一种用于电力监测的供电系统。
背景技术
在电力电网中，为了对电力电网进行监测，一般设置有监测装置，比如电流互感器、电压互感器等传感器，通过各传感器监测输电线路、绝缘子等电力设备的状态参数，然后由检测处理电路将状态参数通过无线发送终端发送至电力监控中心，在这些监测装置运行时，需要进行稳定的供电，才能保证整个监测装置稳定运行，但是，现有的供电设备一般采用如下方式：蓄电池、太阳能电池板以及感应取电，要么采用蓄电池和太阳能电池板组成供电，要么直接从输电线路感应取电，当然，也有部分采用上述两种的联合供电，但是，现有的结构中，供电的稳定性差，由于输电线路自身波动性，从而导致供电稳定性差，虽然可以增加稳压电路，但是，稳压电路缺少良好的保护，仍然影响稳定性，太阳能虽然是一种清洁能源，但是，太阳能受到天气等因素的影响，使得供电存在不确定性。
因此，需要提出一种新的供电系统，能够根据供电环境的光照情况选择感应取电或者太阳能供电，能够有效避免电网的电流波动对供电系统的影响，并且能够向监测用电设备提供稳定的直流电，从而确保电力监测系统能够稳定运行并向电力监控中心提供连续的实时状态数据，进一步确保整个电力系统的稳定运行。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于电力监测的供电系统，能够根据供电环境的光照情况选择感应取电或者太阳能供电，能够有效避免电网的电流波动对供电系统的影响，并且能够向监测用电设备提供稳定的直流电，从而确保电力监测系统能够稳定运行并向电力监控中心提供连续的实时状态数据，进一步确保整个电力系统的稳定运行。
本发明提供的一种用于电力监测的供电系统，包括太阳能电池板、锂电池、电池管理电路、供电处理电路、用于从输电线路获取电能并输出的在线取电电路、稳压电路、稳压保护电路以及用于控制锂电池和在线取电电路交替供电的切换电路；
所述太阳能电池板通过电池管理电路与锂电池连接，所述锂电池通过电池管理电路与切换电路的第一输入端连接，切换电路的第一输出端与稳压电路的输入端连接，所述在线取电电路的输出端与切换电路的第二输入端连接，切换电路的第二输出端与稳压电路的输入端连接，所述稳压保护电路的检测输入端与在线取电电路的输出端连接，所述稳压保护电路的保护控制端连接于稳压电路，所述稳压保护电路的检测输出端与供电处理电路连接，所述切换电路的控制端与供电处理电路连接；还包括用于检测供电环境中光照强度的光传感器，所述光传感器的输出端与供电处理电路连接。
进一步，所述在线取电电路包括取电互感器CT1、整流电路REC和限幅电路；
所述取电互感器CT1设置于输电线路进行感应取电，所述取电互感器CT1的输出端与整流电路REC的输入端连接，所述整流电路REC的输出端与限幅电路的输入端连接，所述限幅电路的输出端作为在线取电电路的输出端。
进一步，所述限幅电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、稳压二极管D1、稳压二极管D2以及运放U1；
所述电阻R1的一端作为限幅电路的输出端与整流电路REC的输出端连接，所述电阻R1的另一端与运放U1的反相端连接，运放U1的同相端接地，运放U1的反相端通过电容C1接地，运放U1的反相端通过电阻R2与运放U1的输出端连接，运放U1的反相端与稳压二极管D1的正极连接，稳压二极管D1的负极与稳压二极管D2的负极连接，稳压二极管D2的正极与运放U1的输出端连接，运放U1的输出端作为限幅电路的输出端。
进一步，所述切换电路包括MOS管Q1、MOS管Q2、电阻R3、二极管D3和二极管D4；
所述MOS管Q2的漏极作为切换电路的第一输入端与电池管理电路的供电输出端连接，MOS管Q2的源极与二极管D4的正极连接，二极管D4的负极作为切换电路的第一输出端与稳压电路的输入端连接，所述MOS管Q1的漏极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端作为切换电路的第二输入端与限幅电路的输出端连接，MOS管Q1的源极与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极作为切换电路的第二输出端与稳压电路的输入端连接，所述MOS管Q1的栅极和MOS管Q2的栅极分别于供电处理电路控制端Vcon2和Vcon1连接。
进一步，所述稳压电路包括三极管Q4、电阻R11、稳压管D6、稳压管D5、电阻R12、电容C3和电容C4；
所述三极管Q4的集电极作为稳压电路的输入端，所述电阻R11的一端连接于三极管Q4的集电极，另一端连接于三极管Q4的基极，三极管Q4的基极与稳压管D6的负极连接，稳压管D6的正极接地，三极管Q4的发射极与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与稳压管D5的负极连接，稳压管D5的正极接地，三极管Q4的发射极通过电容C3接地，稳压管D5的负极通过电容C4接地，三极管Q4的发射极与电阻R12之间的公共连接点作为稳压电路的第一输出端输出12V直流电，稳压管D5和电阻R12之间的公共连接点作为稳压电路的第二输出端输出5V直流电。
进一步，所述稳压保护电路包括电阻R4、压敏电阻R5、可调电阻R6、电阻R7、运放U2、电阻R8、电阻R9、三极管Q3、电阻R10、电阻R13、电阻R14、电容C2、电阻R15、可控硅SC1以及三极管Q5；
所述电阻R4的一端连接于限幅电路的输出端，电阻R4的另一端通过压敏电阻R5接地，所述压敏电阻R5和电阻R4之间的公共连接点通过可调电阻R6连接于运放U2同相端，电阻R7的一端连接于切换电路的第二输出端，电阻R7的另一端连接于运放U2的反相端，电阻R14的两端分别连接于运放U2的反相端和输出端，运放U2的输出端通过电阻R8与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的集电极通过电阻R9与电池管理电路的供电输出端Vbat连接，三极管Q3的发射极通过电阻R10接地，三极管Q3的发射极通过电容C2接地，三极管Q3的发射极连接于可控硅SC1的触发端，可控硅SC1的正极连接于电阻R11与三极管Q4之间的公共连接点，可控硅SC1的负极接地，三极管Q5的集电极连接于可控硅SC1的正极，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极连接于供电处理电路的控制端Vcon3，电阻R8和三极管Q3之间的公共连接点连接于电阻R13的一端，电阻R13的另一端作为检测输出端Vpro1与供电处理电路的检测信号输入端连接，电阻R15的一端连接于电阻R4和压敏电阻R5之间的公共连接点，另一端作为检测输出端Vpro2与供电处理电路连接。
进一步，所述供电处理电路为单片机。
本发明的有益效果：通过本发明，能够根据供电环境的光照情况选择感应取电或者太阳能供电，能够有效避免电网的电流波动对供电系统的影响，并且能够向监测用电设备提供稳定的直流电，从而确保电力监测系统能够稳定运行并向电力监控中心提供连续的实时状态数据，进一步确保整个电力系统的稳定运行。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明，如图所示：
本发明提供的一种用于电力监测的供电系统，包括太阳能电池板、锂电池、电池管理电路、供电处理电路、用于从输电线路获取电能并输出的在线取电电路、稳压电路、稳压保护电路以及用于控制锂电池和在线取电电路交替供电的切换电路；
所述太阳能电池板通过电池管理电路与锂电池连接，所述锂电池通过电池管理电路与切换电路的第一输入端连接，切换电路的第一输出端与稳压电路的输入端连接，所述在线取电电路的输出端与切换电路的第二输入端连接，切换电路的第二输出端与稳压电路的输入端连接，所述稳压保护电路的检测输入端与在线取电电路的输出端连接，所述稳压保护电路的保护控制端连接于稳压电路，所述稳压保护电路的检测输出端与供电处理电路连接，所述切换电路的控制端与供电处理电路连接；还包括用于检测供电环境中光照强度的光传感器，所述光传感器的输出端与供电处理电路连接，其中，光传感器用于检测环境光强度，供电处理电路接收光强度信号，并判断当前的光强度能否是太阳能电池板产生足够的电能，如不能，则供电处理电路控制切换电路切换，由在线取电电路从输电线路取电然后供应到稳压电路中，如果光强度能够保证太阳能电池板产生足够的电能，那么，供电处理电路控制切换电路只采用太阳能供电；并且，电池管理电路还监测锂电池的电能状态，当锂电池电能状态不好但是阳光充足的条件下，可判断为锂电池存在故障，供电处理电路同样会切换，并生成相应的告警信息并发送至监测系统的处理电路上，然后发送至电力监控中心，当然，也可以在供电处理电路直接设置4G模块，由供电处理电路通过4G模块直接进行告警；通过上述结构，能够根据供电环境的光照情况选择感应取电或者太阳能供电，能够有效避免电网的电流波动对供电系统的影响，并且能够向监测用电设备提供稳定的直流电，从而确保电力监测系统能够稳定运行并向电力监控中心提供连续的实时状态数据，进一步确保整个电力系统的稳定运行；其中，电池管理电路为现有技术，锂电池厂家均会配备与锂电池相符的电池管理电路，因此，其结构与原理在此不加以赘述。
本实施例中，所述在线取电电路包括取电互感器CT1、整流电路REC和限幅电路；
所述取电互感器CT1设置于输电线路进行感应取电，所述取电互感器CT1的输出端与整流电路REC的输入端连接，所述整流电路REC的输出端与限幅电路的输入端连接，所述限幅电路的输出端作为在线取电电路的输出端，其中，取电互感器采用现有的电流互感器即可，整流电路REC采用二极管组成的全桥式整流电路。
所述限幅电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、稳压二极管D1、稳压二极管D2以及运放U1；
所述电阻R1的一端作为限幅电路的输出端与整流电路REC的输出端连接，所述电阻R1的另一端与运放U1的反相端连接，运放U1的同相端接地，运放U1的反相端通过电容C1接地，运放U1的反相端通过电阻R2与运放U1的输出端连接，运放U1的反相端与稳压二极管D1的正极连接，稳压二极管D1的负极与稳压二极管D2的负极连接，稳压二极管D2的正极与运放U1的输出端连接，运放U1的输出端作为限幅电路的输出端，通过这种结构，限幅电路对于整流电路REC输出的电流的突变峰值进行限制，从而确保后续电路的稳定性。
本实施例中，所述切换电路包括MOS管Q1、MOS管Q2、电阻R3、二极管D3和二极管D4；
所述MOS管Q2的漏极作为切换电路的第一输入端与电池管理电路的供电输出端连接，MOS管Q2的源极与二极管D4的正极连接，二极管D4的负极作为切换电路的第一输出端与稳压电路的输入端连接，所述MOS管Q1的漏极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端作为切换电路的第二输入端与限幅电路的输出端连接，MOS管Q1的源极与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极作为切换电路的第二输出端与稳压电路的输入端连接，所述MOS管Q1的栅极和MOS管Q2的栅极分别于供电处理电路控制端Vcon2和Vcon1连接，通过这种结构，方便对太阳能供电以及在线取电之间的进行快速切换。
本实施例中，所述稳压电路包括三极管Q4、电阻R11、稳压管D6、稳压管D5、电阻R12、电容C3和电容C4；
所述三极管Q4的集电极作为稳压电路的输入端，所述电阻R11的一端连接于三极管Q4的集电极，另一端连接于三极管Q4的基极，三极管Q4的基极与稳压管D6的负极连接，稳压管D6的正极接地，三极管Q4的发射极与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与稳压管D5的负极连接，稳压管D5的正极接地，三极管Q4的发射极通过电容C3接地，稳压管D5的负极通过电容C4接地，三极管Q4的发射极与电阻R12之间的公共连接点作为稳压电路的第一输出端输出12V直流电，稳压管D5和电阻R12之间的公共连接点作为稳压电路的第二输出端输出5V直流电，通过上述结构，使得稳压电路能够提供两种电压规格的直流电，从而满足监测系统中的需要。
本实施例中，所述稳压保护电路包括电阻R4、压敏电阻R5、可调电阻R6、电阻R7、运放U2、电阻R8、电阻R9、三极管Q3、电阻R10、电阻R13、电阻R14、电容C2、电阻R15、可控硅SC1以及三极管Q5；
所述电阻R4的一端连接于限幅电路的输出端，电阻R4的另一端通过压敏电阻R5接地，所述压敏电阻R5和电阻R4之间的公共连接点通过可调电阻R6连接于运放U2同相端，电阻R7的一端连接于切换电路的第二输出端，电阻R7的另一端连接于运放U2的反相端，电阻R14的两端分别连接于运放U2的反相端和输出端，运放U2的输出端通过电阻R8与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的集电极通过电阻R9与电池管理电路的供电输出端Vbat连接，三极管Q3的发射极通过电阻R10接地，三极管Q3的发射极通过电容C2接地，三极管Q3的发射极连接于可控硅SC1的触发端，可控硅SC1的正极连接于电阻R11与三极管Q4之间的公共连接点，可控硅SC1的负极接地，三极管Q5的集电极连接于可控硅SC1的正极，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极连接于供电处理电路的控制端Vcon3，电阻R8和三极管Q3之间的公共连接点连接于电阻R13的一端，电阻R13的另一端作为检测输出端Vpro1与供电处理电路的检测信号输入端连接，电阻R15的一端连接于电阻R4和压敏电阻R5之间的公共连接点，另一端作为检测输出端Vpro2与供电处理电路连接；当采用在线取电方式时，则蓄电池不向其他用电设备供电，但仍然向三极管Q3和供电处理电路提供工作用电，此时，虽然太阳能所产生的电能少，但是，减小了蓄电池的负荷，从而仍然能够确保蓄电池的正常运行以及寿命；虽然在前端通过限幅电路进行电压限制，但是限幅电路的输出电压仍然存在波动，仍然可能对稳压电路的三极管进行冲击；因此：运放U2构成一个电压比较器，电阻R4和压敏电阻R5用于提供比较器所需的参考电压，然后通过可调电阻R6对最终的参考电压进行设定，电阻R7从切换电路的第二输出端进行电压取样，然后输入到比较器中，比较器将参考电压和电阻R7采样的电压比较，如果采样电压大于参考电压，则运放U2输出高电平，否则输出低电平，在运放U2输出高电平的情形下，三极管Q3导通可控硅SC1得电导通，使得三极管Q4截止，从而对稳压电路的后续电路进行良好的保护，并且此时，通过电阻R13向供电处理电路输出高电平，当电阻R13向供电处理电路输出低电平时，三极管Q3失电截止，表明此时限幅电路输出的电压处于安全范围内，供电处理电路控制三极管Q5短暂导通(导通时间一般小于2s)，使得可控硅SC1失电，然后三极管Q5恢复截止，稳压电路此时又可以向后端用电设备供电，电阻R15用于检测限幅电路是否具有输出，如果不具有输出且当前光强度不足时，供电处理电路关断MOS管Q1，并控制MOS管Q2，此时，MOS管Q2处于短暂导通，比如导通5分钟，供电处理电路则可以向监测系统的处理电路发送供电缺失，即光线不足且感应取电无输出的告警信息，然后由处理电路向监控中心反馈告警信息，让维检人员进行检修；当MOS管Q2的短暂导通时间到，则MOS管Q1和MOS管Q2均处于截止状态，锂电池向供电处理电路供电，以保持锂电池的状态以及使供电电路始终处于等待控制状态，便于恢复正常后进行控制。
本实施例中，所述供电处理电路为单片机，比如现有的STM32单片机、89C51单片机，这些单片机均具有规格说明书，本领域技术人员根据规格说明书即可设定供电处理电路的各引脚功能，然后按照上述的结构连接即可，在此不再对引脚设定这一现有技术进行赘述，供电处理电路从锂电池取电时，由现有的稳压芯片供电，比如LM7805芯片。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.用于电力监测的供电系统，其特征在于：包括太阳能电池板、锂电池、电池管理电路、供电处理电路、用于从输电线路获取电能并输出的在线取电电路、稳压电路、稳压保护电路以及用于控制锂电池和在线取电电路交替供电的切换电路；
所述太阳能电池板通过电池管理电路与锂电池连接，所述锂电池通过电池管理电路与切换电路的第一输入端连接，切换电路的第一输出端与稳压电路的输入端连接，所述在线取电电路的输出端与切换电路的第二输入端连接，切换电路的第二输出端与稳压电路的输入端连接，所述稳压保护电路的检测输入端与在线取电电路的输出端连接，所述稳压保护电路的保护控制端连接于稳压电路，所述稳压保护电路的检测输出端与供电处理电路连接，所述切换电路的控制端与供电处理电路连接；还包括用于检测供电环境中光照强度的光传感器，所述光传感器的输出端与供电处理电路连接；
所述在线取电电路包括取电互感器CT1、整流电路REC和限幅电路；
所述取电互感器CT1设置于输电线路进行感应取电，所述取电互感器CT1的输出端与整流电路REC的输入端连接，所述整流电路REC的输出端与限幅电路的输入端连接，所述限幅电路的输出端作为在线取电电路的输出端；
所述稳压保护电路包括电阻R4、压敏电阻R5、可调电阻R6、电阻R7、运放U2、电阻R8、电阻R9、三极管Q3、电阻R10、电阻R13、电阻R14、电容C2、电阻R15、可控硅SC1以及三极管Q5；
所述电阻R4的一端连接于限幅电路的输出端，电阻R4的另一端通过压敏电阻R5接地，所述压敏电阻R5和电阻R4之间的公共连接点通过可调电阻R6连接于运放U2同相端，电阻R7的一端连接于切换电路的第二输出端，电阻R7的另一端连接于运放U2的反相端，电阻R14的两端分别连接于运放U2的反相端和输出端，运放U2的输出端通过电阻R8与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的集电极通过电阻R9与电池管理电路的供电输出端Vbat连接，三极管Q3的发射极通过电阻R10接地，三极管Q3的发射极通过电容C2接地，三极管Q3的发射极连接于可控硅SC1的触发端，可控硅SC1的正极连接于电阻R11与三极管Q4之间的公共连接点，可控硅SC1的负极接地，三极管Q5的集电极连接于可控硅SC1的正极，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极连接于供电处理电路的控制端Vcon3，电阻R8和三极管Q3之间的公共连接点连接于电阻R13的一端，电阻R13的另一端作为检测输出端Vpro1与供电处理电路的检测信号输入端连接，电阻R15的一端连接于电阻R4和压敏电阻R5之间的公共连接点，另一端作为检测输出端Vpro2与供电处理电路连接。
2.根据权利要求1所述用于电力监测的供电系统，其特征在于：所述限幅电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、稳压二极管D1、稳压二极管D2以及运放U1；
所述电阻R1的一端作为限幅电路的输出端与整流电路REC的输出端连接，所述电阻R1的另一端与运放U1的反相端连接，运放U1的同相端接地，运放U1的反相端通过电容C1接地，运放U1的反相端通过电阻R2与运放U1的输出端连接，运放U1的反相端与稳压二极管D1的正极连接，稳压二极管D1的负极与稳压二极管D2的负极连接，稳压二极管D2的正极与运放U1的输出端连接，运放U1的输出端作为限幅电路的输出端。
3.根据权利要求2所述用于电力监测的供电系统，其特征在于：所述切换电路包括MOS管Q1、MOS管Q2、电阻R3、二极管D3和二极管D4；
所述MOS管Q2的漏极作为切换电路的第一输入端与电池管理电路的供电输出端连接，MOS管Q2的源极与二极管D4的正极连接，二极管D4的负极作为切换电路的第一输出端与稳压电路的输入端连接，所述MOS管Q1的漏极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端作为切换电路的第二输入端与限幅电路的输出端连接，MOS管Q1的源极与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极作为切换电路的第二输出端与稳压电路的输入端连接，所述MOS管Q1的栅极和MOS管Q2的栅极分别于供电处理电路控制端Vcon2和Vcon1连接。
4.根据权利要求2所述用于电力监测的供电系统，其特征在于：所述稳压电路包括三极管Q4、电阻R11、稳压管D6、稳压管D5、电阻R12、电容C3和电容C4；
所述三极管Q4的集电极作为稳压电路的输入端，所述电阻R11的一端连接于三极管Q4的集电极，另一端连接于三极管Q4的基极，三极管Q4的基极与稳压管D6的负极连接，稳压管D6的正极接地，三极管Q4的发射极与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与稳压管D5的负极连接，稳压管D5的正极接地，三极管Q4的发射极通过电容C3接地，稳压管D5的负极通过电容C4接地，三极管Q4的发射极与电阻R12之间的公共连接点作为稳压电路的第一输出端输出12V直流电，稳压管D5和电阻R12之间的公共连接点作为稳压电路的第二输出端输出5V直流电。
5.根据权利要求1所述用于电力监测的供电系统，其特征在于：所述供电处理电路为单片机。
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