CN110212594B - 一种线路ct能量采集和储能电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线路CT能量采集和储能电源，包括能量采集模块、泄流模块、稳压模块、升压模块、储能模块、直流稳压模块、后备电池模块和控制模块；能量采集模块通过开口式取能线圈CT通过电磁原理，在供电线路L上获取感应电流；泄流模块是由MOSFET管M1、功率电阻R1够成的泄流电路；稳压模块包括整流桥式电路B1和滤波电容C2；升压模块由线绕电感L1、MOSFET管M2、二极管D2、电解电容C3构成升压单元；储能模块由电解电容C3、MOSFET管M3、电阻R6、超级电容C4构成；后备电池模块由二极管D1和锂电池D6组成。解决了现有泛在电力物联网感知层设备的供电可靠性低和环境适应能力差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种电网取电电路，具体涉及一种线路CT能量采集和储能电源。
背景技术
目前，随着泛在电力物联网和智能电网的建设发展、对电力输配电线路的在线监测变得非常重要，线路的线缆、绝缘子、杆塔等分布范围广泛，地理环境和气候环境非常复杂，运行安全及故障点的判断尤为重要，泛在电力物联网感知层设备是实现线路数据采集和状态判断的关键部件。
感知设备一般跟随线路安装，多数位于郊区或野外环境，其供电电源无法由低压端直接提供，因此常规电源无法满足供电要求。利用供电的高压线路进行能量收集是解决线路在线监测设备的电源优质方案。而传统的通过CT线路取能，依靠供电线路一次侧的负荷，对于低负荷运行的线路没有取电能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种线路CT能量采集和储能电源，采用动态阻抗匹配电路实现在微能量收集取能，用以解决现有泛在电力物联网感知层设备的供电可靠性低和环境适应能力差的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种线路CT能量采集和储能电源，所述能量采集和储能电源包括能量采集模块、泄流模块、稳压模块、升压模块、储能模块、直流稳压模块、后备电池模块和控制模块；
所述能量采集模块通过开口式取能线圈CT通过电磁原理，在供电线路L上获取感应电流；
所述泄流模块是由MOSFET管M1、功率电阻R1够成的泄流电路，用于当供电电流偏大时，释放多余的电流，其控制方式由电路测量点A和电路测量点B的电压计算得出，通过控制泄流电路实现采集电源泄流；
所述稳压模块包括整流桥式电路B1和滤波电容C2，用于将线路采集的交流电转换成直流电，以满足设备要求；
所述升压模块由线绕电感L1、MOSFET管M2、二极管D2、电解电容C3构成升压单元，在供电线路的电流较小的情况下，线绕电感L1和MOSFET管M2进行升压并储能到电解电容C3中，在供电线路电流满足功能要求的情况下，MOSFET管M2不工作，电能直接储能至电解电容C3中；
所述储能模块是由电解电容C3、MOSFET管M3、电阻R6、超级电容C4构成充电储能电路，通过采集电路测量点A的电压判断电解电容C3电压是否充电完成，测试电路测量点B的电压，如果没有达到设定值，导通MOSFET管M3将电解电容C3储存的电能存储于超级电容C4中，当超级电容C4电压超过设定值，电路测量点A的电压超过设定值，启动泄流电路进行输入稳压；
所述直流稳压模块包括直流稳压芯片T4和直流稳压芯片T5，为线路在线监测装置提供电能；
所述后备电池模块由二极管D1和锂电池D6组成，当线路长时间停电，线圈供电电源和超级电容电源失电后，由后备电池模块供电；二极管D4、二极管D5和二极管D6构成电源保护单元，防止电压回流损坏电源器件；
所述控制模块由STM32F103单片机T1构成电路主控单元，通过采集电路电压信息，根据控制方案控制MOSFET管M1、MOSFET管M2、MOSFET管M3的开断。
优选的，上述能量采集模块由氧化锌压敏电阻RD1、高压陶瓷电容C1、TVS管D1构成过压保护单元，避免雷击过电压或操作过电压对电路照成损害。
优选的，上述泄流模块的功率电阻R1的阻值为10omh。
优选的，上述直流稳压模块的直流稳压芯片T4作为线圈供电电源稳压单元，直流稳压芯片T5作为超级电容电源稳压单元，直流稳压芯片T4由运放T2电路控制开关，运放T2电路为低功耗比较器电路，电阻R2和电阻R3构成线圈供电电源电压采集电路，电阻R4和二极管D3构成电压比较参考电路，提供精确的1.25V参考电压，当电路测量点A电压低于1.25V，即线圈供电电源电压低于5V时，产生低电平信号，关闭稳压芯片T4；直流稳压芯片T5由运放T3电路控制开关，运放T3为低功耗比较器电路，电阻R7和电阻R8构成超级电容C4供电电源电压采集电路，电阻R9和二极管D7构成电压比较参考电路，提供精确的1.25V参考电压，当电路测量点B电压低于1.25V即超级电容C4供电电源电压低于5V时，产生低电平信号，关闭稳压芯片T5。
优选的，上述二极管D4、二极管D5和二极管D6型号为1N1007。
本发明具有如下优点：
本发明采用动态阻抗匹配电路实现在微能量收集取能，解决了现有泛在电力物联网感知层设备的供电可靠性低和环境适应能力差的问题，弥补了传统的通过CT线路取能，依靠供电线路一次侧的负荷，对于低负荷运行的线路没有取电能力的缺陷。
附图说明
图1为本发明一种线路CT能量采集和储能电源的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参见图1，一种线路CT能量采集和储能电源，所述能量采集和储能电源包括能量采集模块、泄流模块、稳压模块、升压模块、储能模块、直流稳压模块、后备电池模块和控制模块；
所述能量采集模块通过开口式取能线圈CT通过电磁原理，在供电线路L上获取感应电流；
所述泄流模块是由MOSFET管M1、功率电阻R1够成的泄流电路，用于当供电电流偏大时，释放多余的电流，其控制方式由电路测量点A和电路测量点B的电压计算得出，通过控制泄流电路实现采集电源泄流；
所述稳压模块包括整流桥式电路B1和滤波电容C2，用于将线路采集的交流电转换成直流电，以满足设备要求；
所述升压模块由线绕电感L1、MOSFET管M2、二极管D2、电解电容C3构成升压单元，在供电线路的电流较小的情况下，线绕电感L1和MOSFET管M2进行升压并储能到电解电容C3中，在供电线路电流满足功能要求的情况下，MOSFET管M2不工作，电能直接储能至电解电容C3中；
所述储能模块是由电解电容C3、MOSFET管M3、电阻R6、超级电容C4构成充电储能电路，通过采集电路测量点A的电压判断电解电容C3电压是否充电完成，测试电路测量点B的电压，如果没有达到设定值，导通MOSFET管M3将电解电容C3储存的电能存储于超级电容C4中，当超级电容C4电压超过设定值，电路测量点A的电压超过设定值，启动泄流电路进行输入稳压；
所述直流稳压模块包括直流稳压芯片T4和直流稳压芯片T5，为线路在线监测装置提供电能；
所述后备电池模块由二极管D1和锂电池D6组成，当线路长时间停电，线圈供电电源和超级电容电源失电后，由后备电池模块供电；二极管D4、二极管D5和二极管D6构成电源保护单元，防止电压回流损坏电源器件；
所述控制模块由STM32F103单片机T1构成电路主控单元，通过采集电路电压信息，根据控制方案控制MOSFET管M1、MOSFET管M2、MOSFET管M3的开断。
优选的，上述能量采集模块由氧化锌压敏电阻RD1、高压陶瓷电容C1、TVS管D1构成过压保护单元，避免雷击过电压或操作过电压对电路照成损害。
优选的，上述泄流模块的功率电阻R1的阻值为10omh。
优选的，上述直流稳压模块的直流稳压芯片T4作为线圈供电电源稳压单元，直流稳压芯片T5作为超级电容电源稳压单元，直流稳压芯片T4由运放T2电路控制开关，运放T2电路为低功耗比较器电路，电阻R2和电阻R3构成线圈供电电源电压采集电路，电阻R4和二极管D3构成电压比较参考电路，提供精确的1.25V参考电压，当电路测量点A电压低于1.25V，即线圈供电电源电压低于5V时，产生低电平信号，关闭稳压芯片T4；直流稳压芯片T5由运放T3电路控制开关，运放T3为低功耗比较器电路，电阻R7和电阻R8构成超级电容C4供电电源电压采集电路，电阻R9和二极管D7构成电压比较参考电路，提供精确的1.25V参考电压，当电路测量点B电压低于1.25V即超级电容C4供电电源电压低于5V时，产生低电平信号，关闭稳压芯片T5。
优选的，上述二极管D4、二极管D5和二极管D6型号为1N1007。
工作时，能量采集模块从电网取电，泄流模块实时提供保护，稳压模块将交流电转换为直流电，当电流值正常时，直接传输到直流稳压模块，稳压后对在线监测装置供电，当电流值偏低时通过升压模块升压后传输到直流稳压模块，稳压后对在线监测装置供电，供电过程中，多余电能存放在储能模块中，当发生电网断电时，后备电池模块为在线监测装置供电。
本发明采用动态阻抗匹配电路实现在微能量收集取能，解决了现有泛在电力物联网感知层设备的供电可靠性低和环境适应能力差的问题，弥补了传统的通过CT线路取能，依靠供电线路一次侧的负荷，对于低负荷运行的线路没有取电能力的缺陷。。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种线路CT能量采集和储能电源，其特征在于，所述能量采集和储能电源包括能量采集模块、泄流模块、稳压模块、升压模块、储能模块、直流稳压模块、后备电池模块和控制模块；
所述能量采集模块通过开口式取能线圈CT通过电磁原理，在供电线路L上获取感应电流；
所述泄流模块是由MOSFET管M1、功率电阻R1够成的泄流电路，用于当供电电流偏大时，释放多余的电流；MOSFET管M1与功率电阻R1串联后，与取能线圈CT并联；其控制方式由电路测量点A和电路测量点B的电压计算得出，通过控制泄流电路实现采集电源泄流；
所述稳压模块包括整流桥式电路B1和滤波电容C2，用于将线路采集的交流电转换成直流电，以满足设备要求；整流桥式电路B1两端分别与取能线圈CT和滤波电容C2并联；
所述升压模块由线绕电感L1、MOSFET管M2、二极管D2、电解电容C3构成升压单元；线绕电感L1一端连接滤波电容C2，另一端分别连接MOSFET管M2的漏极和二极管D2的正极，二极管D2的负极连接电解电容C3，MOSFET管M2的源极和电解电容C3与接地端连接；
在供电线路的电流较小的情况下，线绕电感L1和MOSFET管M2进行升压并储能到电解电容C3中，在供电线路电流满足功能要求的情况下，MOSFET管M2不工作，电能直接储能至电解电容C3中；
所述储能模块是由电解电容C3、MOSFET管M3、电阻R6、超级电容C4构成充电储能电路，通过采集电路测量点A的电压判断电解电容C3电压是否充电完成，测试电路测量点B的电压，如果没有达到设定值，导通MOSFET管M3将电解电容C3储存的电能存储于超级电容C4中，当超级电容C4电压超过设定值，电路测量点A的电压超过设定值，启动泄流电路进行输入稳压；
电解电容C3与MOSFET管M3的漏极连接，MOSFET管M3的的源极与电阻R6连接，电阻R6与超级电容C4连接，超级电容C4与接地端连接；
所述直流稳压模块包括直流稳压芯片T4和直流稳压芯片T5，为线路在线监测装置提供电能；直流稳压芯片T4作为线圈供电电源稳压单元，直流稳压芯片T5作为超级电容电源稳压单元，直流稳压芯片T4由运放T2电路控制开关，直流稳压芯片T5由运放T3电路控制开关；
所述后备电池模块由二极管D1和锂电池组成，当线路长时间停电，线圈供电电源和超级电容电源失电后，由后备电池模块供电；二极管D4、二极管D5和二极管D6构成电源保护单元，防止电压回流损坏电源器件；
直流稳压芯片T4与运放T2的输出端、二极管D2的负极、二极管D4的正极连接，直流稳压芯片T5与运放T3的输出端、超级电容C4和二极管D5的正极连接；
所述控制模块由STM32F103单片机T1构成电路主控单元，通过采集电路电压信息，根据控制方案控制MOSFET管M1、MOSFET管M2、MOSFET管M3的开断；
电路测量点A是运放T2的正向输入端，电路测量点B是运放T3的正向输入端。
2.根据权利要求1所述的线路CT能量采集和储能电源，其特征在于，所述能量采集模块由氧化锌压敏电阻RD1、高压陶瓷电容C1、TVS管D1构成过压保护单元，避免雷击过电压或操作过电压对电路照成损害。
3.根据权利要求1所述的线路CT能量采集和储能电源，其特征在于，所述泄流模块的功率电阻R1的阻值为10omh。
4.根据权利要求1所述的线路CT能量采集和储能电源，其特征在于，运放T2电路为低功耗比较器电路，电阻R2和电阻R3构成线圈供电电源电压采集电路，电阻R4和二极管D3构成电压比较参考电路，提供精确的1.25V参考电压，当电路测量点A电压低于1.25V，即线圈供电电源电压低于5V时，产生低电平信号，关闭稳压芯片T4；运放T3为低功耗比较器电路，电阻R7和电阻R8构成超级电容C4供电电源电压采集电路，电阻R9和二极管D7构成电压比较参考电路，提供精确的1.25V参考电压，当电路测量点B电压低于1.25V即超级电容C4供电电源电压低于5V时，产生低电平信号，关闭稳压芯片T5。
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