CN112910072A - 一种基于后备电源的ct取电自适应调节方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种后备电源的CT取电自适应调节方法和装置，所述装置包括取电CT模块、负荷电流采集模块、后备电源和CT取电智能控制调节器、开入开出模块，CT取电智能控制调节器能够生成状态向量，开入开出模块根据所述状态向量控制取电CT模块和后备电源的工作状态，从电力线路中提取电能，为需要进行供电的装置供电。

Description

一种基于后备电源的CT取电自适应调节方法和装置

技术领域

本发明涉及CT取电装置及其调节方法，具体涉及一种基于后备电源的CT取电自适应调节方法和装置。

背景技术

CT(电流互感器)取电装置广泛应用于中高压配电系统上，通过电磁感应原理在电力线路上进行取能，为二次监测设备提供工作电源，其优点为无需停电安装，占地空间小，实施简单。其缺点为CT取电能力受电力线路负荷波动的影响，电力线路负荷越大，其取电能力越强，反之，电力线路负荷越小，其取电能力越弱，目前的CT取电装置其最小取电能力要求电力线路负荷大于10A才能工作。但是电力线路负荷是不断变化的，用电高峰期电力线路负荷大时CT取电装置取到的电能不仅能满足二次监测设备全功能工作要求，而且有富余的电能无处存放和使用。用电低谷期电力线路负荷小时CT取电装置取电能力弱，其取到的电能不能满足二次监测设备全功能工作的要求，导致二次监测设备停止工作。

因此，目前的CT取电装置取电能力的不稳定性严重制约CT取电技术的发展，通过在CT取电装置上增加后备电源，根据线路负荷波动情况实时调整CT取电装置的自适应性以及不断调节后备电源与CT取电装置的工作模式，从而提高CT取电装置的供电稳定性，延长取电CT以及后备电源的使用寿命。

发明内容

本发明提出了一种基于后备电源的CT取电自适应调节方法，其特征在于，在CT取电装置中加入了重复可充放电的后备电源，按照如下步骤进行取电自适应调节：

S1：读取电力线路负荷电流值和后备电源的剩余电量；

S2：配置CT取电装置和后备电源的工作状态；

S3：经过设定时间间隔后，重新执行步骤S1中所述操作。

进一步的，所述CT取电装置和后备电源的工作状态的配置结果为一个状态向量，所述状态向量中每个比特代表各CT取电装置开关和后备电源充放电调节开关的启闭状态。

进一步的，配置CT取电装置和后备电源的工作状态的依据包括：

电力线路负荷电流值与设定值比较的结果；

后备电源剩余电量状态。

进一步的，步骤S2中，所述CT取电装置和后备电源的工作状态分为休眠模式、后备电源工作模式、CT取电装置全开模式、CT取电装置半开模式和CT取电装置低开模式，具体判定条件为：

休眠模式：当电力线路负荷电流值小于设定值，且后备电源电量处于低电量时，进入休眠模式；

后备电源工作模式：当电力线路负荷电流值小于设定值，且后备电源电量不处于低电量时，进入后备电源工作模式；

CT取电装置全开模式：当电力线路负荷电流值大于设定值，且后备电源电量处于低电量时，进入CT取电装置全开工作模式；

CT取电装置半开模式：当电力线路负荷电流值大于设定值，且后备电源电量处于低电量与高电量之间时，进入CT取电装置半开工作模式；

CT取电装置低开模式：当电力线路负荷电流值大于设定值，且后备电源电量处于高电量之间时，进入CT取电装置低开工作模式。

进一步的，优选时间间隔为5分钟，优选使用3个CT取电装置，在所述低开工作模式中优选为启用1个CT取电装置。

本发明还提出了一种基于后备电源的CT取电自适应调节装置，包括取电CT模块、负荷电流采集模块和后备电源，

所述取电CT模块用于利用电磁感应原理在电力线路上取能；

所述负荷电流采集模块用于实时采集电力线路的电流强度；

所述后备电源用于和取电CT模块配合，向用电器供能；

其特征在于，还包括CT取电智能控制调节器、开入开出模块，

所述CT取电智能控制调节器用于根据电力线路的实时状态计算并生成状态向量；

所述开入开出模块用于根据所述状态向量配置取电CT装置。

进一步的，所述开入开出模块包括基于所述状态向量启闭的取电CT工作调节开关、后备电源充电调节开关和后备电源放电调节开关。

进一步的，还包括电压调理模块，用于调整取电CT装置的输出电压和采集CT取电装置的输出电压信息。

进一步的，还包括存储装置，所述存储装置用于存储记录所述CT取电智能控制调节器的工作状态。

进一步的，还包括通信模块，所述通信模块用于授时和与上位机进行通信，向上位机上报系统状态和根据上位机下达的指令配置所述状态向量。

上述基于后备电源的CT取电自适应调节方法和装置，能够为电力线路监控装置等用电器提供稳定的电力输入，提高了CT取电装置的稳定性。同时能够不断电进行安装，提高了供电线路的安全性和用户体验度。

附图说明

图1为本发明一个实施例的模块构成图；

图2为本发明一个实施例的工作流程图。

具体实施方式

本发明提出的一种基于后备电源的CT取电自适应调节方法和装置，可以在电力线路或电网中不断电安装，提高了电力监控装置等电力线路中辅助装置的取电稳定性。现结合实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。

在本发明的一个实施例中，使用3个CT取电装置组成取电CT模块，所述CT取电装置输出电压为AC220V，输出功率为3W。3个CT取电装置的电力输出端并联连接。同时，每个CT取电装置的电力输出端安装有取电CT工作调节开关。当取电CT工作调节开关断开时，CT取电装置向外输出电力，当取电CT工作调节开关闭合时，CT取电装置被短路，不向外输出电力。

后备电源选用容量为12AH的铅酸免维护蓄电池。充电接口输入为AC220V，放电接口输出为DC24V。蓄电池上安装有电量探测模块，能够监测蓄电池内的剩余电量，并通过RS485接口发送给CT取电智能控制调节器，供CT取电智能控制调节器计算状态向量使用。同时，在后备电源的充电接口上安装了后备电源充电调节开关，在后备电源的放电接口上安装了后备电源放电调节开关。

本实施例的CT取电智能控制调节器选用了STM32单片机，优选为F103系列。设置输入/输出为1字节位宽，时钟频率定为8MHz。

在本实施例中，还安装有电压调理模块。所述电压调理模块中，具有AC/DC转化子模块和电压监测子模块。其中，AC/DC转化子模块输入端连接3个CT取电装置的并联输出，AC/DC转化子模块输出端连接电力线路的二次监测设备电能输入端。装置运行时，当需要由CT取电装置提取电能时，AC/DC转化子模块工作，将CT取电装置输出的AC220V电能转化为DC24V输出，传输至二次监测设备，供电力线路的二次监测设备使用。所述电压监测子模块实时监控AC/DC转化子模块的输入和输出电压，并进行记录。

在本实施例中，还安装有通信模块。所述通信模块用于控制电压调理模块、负荷电流采集模块和CT取电智能控制调节器的信号通信，且所述通信模块中安装有GPRS子模块，用于从移动通信网络中提取授时信息。装置每运行5分钟，GPRS子模块自动向CT取电智能控制调节器发出置位信息，由CT取电智能控制调节器读取装置状态，生成新的状态向量，配置CT取电自适应调节装置的工作状态。

本发明的装置中，安装有负荷电流采集模块。所述负荷电流采集模块安装于电力线路上，用于实时采集电力线路的电流强度。在本实施例中，负荷电流采集模块的采样带宽为0～4khz，精度为0.5％，通过同轴电缆线与CT取电智能控制调节器相连，将采集的电流信号传递给CT取电智能控制调节器。

本实施例中，CT取电智能控制调节器中内置了5种工作模式，分别为：休眠模式、后备电源工作模式、CT取电装置全开模式、CT取电装置半开模式和CT取电装置低开模式。上述每种工作模式分别对应一个状态向量。本实施例中，配备了3个CT取电装置，同时为每个取电装置安装了取电CT工作调节开关，且后备电源的充、放电接口各有1个调节开关，共计5个调节开关。因此，本装置的状态向量设置为5比特，每个比特控制1个调节开关的启闭。设置每个比特中，“0”代表调节开关断开，“1”代表调节开关闭合。状态向量的前3比特分别控制第1-3个CT取电装置，第4比特控制后备电源充电调节开关，第5比特控制后备电源放电调节开关。工作模式具体情况叙述如下：

1)休眠模式：

当负荷电流值<10A，后备电源剩余电量<20％电池容量时，CT取电装置无法有效取电，同时后备电源基本没有电能储备，已经不具备向电力线路中二次监控设备继续供电的条件。为保护二次监控设备，装置进入休眠模式。

在本模式中，取电CT调节开关全部闭合，后备电源充电调节开关断开，后备电源放电调节开关断开。CT取电装置不工作，后备电源不充电不放电，二次监控设备无法从外界获取任何电能，因而处于断电状态。

综上，本模式的状态向量为“11100”。

2)后备电源工作模式

当负荷电流值<10A，后备电源剩余电量≥20％电池容量时，CT取电装置无法有效取电，但后备电源具有正常工作的电能储备，后备电源具备向电力线路中二次监控设备继续供电的条件。为维持二次监控设备继续工作，装置进入后备电源工作模式。

在本模式中，取电CT调节开关全部闭合，后备电源充电调节开关断开，后备电源放电调节开关闭合。CT取电装置不工作，后备电源仅放电，二次监控设备仅从后备电源获取任何电能，处于正常工作状态。

综上，本模式的状态向量为“11101”。

3)CT取电装置全开模式

当负荷电流值≥10A，后备电源剩余电量<20％电池容量时，CT取电装置能够有效取电，但后备电源没有正常工作的电能储备，需要大量电能供给二次监控设备和向后备电源充电，后备电源不具备向电力线路中二次监控设备继续供电的条件。为维持二次监控设备继续工作，装置进入CT取电装置全开模式。

在本模式中，取电CT调节开关全部断开，后备电源充电调节开关闭合，后备电源放电调节开关断开。CT取电装置工作，后备电源仅充电不放电，二次监控设备仅从CT取电装置获取任何电能，处于正常工作状态。

综上，本模式的状态向量为“00010”。

4)CT取电装置半开模式

当负荷电流值≥10A，20％电池容量≤后备电源剩余电量<90％电池容量时，CT取电装置能够有效取电，需要较少电能同时供给二次监控设备和向后备电源充电。为维持二次监控设备继续工作，装置进入CT取电装置半开模式。

在本模式中，第1、2CT取电装置的调节开关断开，第3CT取电装置的调节开关闭合，后备电源充电调节开关闭合，后备电源放电调节开关断开。CT取电装置工作，后备电源仅充电不放电，二次监控设备仅从CT取电装置获取任何电能，处于正常工作状态。

综上，本模式的状态向量为“00110”。

5)CT取电装置低开模式

当负荷电流值≥10A，后备电源剩余电量≥90％电池容量时，CT取电装置能够有效取电，仅需向二次监控设备供电。为维持二次监控设备继续工作，装置进入CT取电装置低开模式。

在本模式中，第1CT取电装置的调节开关断开，第2、3CT取电装置的调节开关闭合，后备电源充电调节开关断开，后备电源放电调节开关断开。CT取电装置工作，后备电源不充电不放电，二次监控设备仅从CT取电装置获取任何电能，处于正常工作状态。

综上，本模式的状态向量为“01100”。

当本实施例的装置启动时，首先进行置位，读取授时信息和初始状态向量。初始状态向量设置为00000，即CT取电装置正常工作，后备电源不工作。随后装置进行自检，读取电力线路电流强度和后备电源剩余电量值，并在通信控制模块的控制下，将电力线路电流强度和后备电源剩余电量值输入CT取电智能控制调节器。由CT取电智能控制调节器根据输入信息进行逻辑判断，选择工作模式并生成状态向量，工作过程具体为：

1)读取当前状态向量，如果当前状态向量为11100，即休眠状态，则重新初始化。

2)在当前状态向量有效时，按照初始化时读取的电力线路电流强度和后备电源剩余电量值，生成状态向量。首先，根据电力线路电流强度，确定是否需要CT取电装置工作。随后，根据后备电源剩余电量值的不同，按照需要大功率充电、中功率充电和无需充电进行逻辑判断，选择工作模式并生成状态向量。

生成的状态向量再次在通信控制模块的控制下传递给各个调节开关，配置调节开关的启闭。本轮智能配置工作结束。装置记录当前的工作状态。所述工作状态包括状态向量、电力线路的电流强度信息和后备电源剩余电量值。

5分钟时间后，系统自动重新读取授时信息、当前状态向量和当前电力线路的电流强度信息和后备电源剩余电量值，根据上述信息重新进行逻辑判断。

以上对本发明所提供的基于一种后备电源的CT取电自适应调节方法和装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明技术方案的限制。

Claims (10)

1.一种基于后备电源的CT取电自适应调节方法，其特征在于，在CT取电装置中加入了重复可充放电的后备电源，按照如下步骤进行取电自适应调节：

S1：读取电力线路负荷电流值和后备电源的剩余电量；

S2：配置CT取电装置和后备电源的工作状态；

S3：经过设定时间间隔后，重新执行步骤S1中所述操作。

2.根据权利要求1所述的基于后备电源的CT取电自适应调节方法，其特征在于，所述CT取电装置和后备电源的工作状态的配置结果为一个状态向量，所述状态向量中每个比特代表各CT取电装置开关和后备电源充放电开关的启闭状态。

3.根据权利要求2所述的基于后备电源的CT取电自适应调节方法，其特征在于，配置CT取电装置和后备电源的工作状态的依据包括：

电力线路负荷电流值与设定值比较的结果；

后备电源剩余电量状态。

4.根据权利要求3所述的基于后备电源的CT取电自适应调节方法，其特征在于，步骤S2中，所述CT取电装置和后备电源的工作状态分为休眠模式、后备电源工作模式、CT取电装置全开模式、CT取电装置半开模式和CT取电装置低开模式，具体判定条件为：

休眠模式：当电力线路负荷电流值小于设定值，且后备电源电量处于低电量时，进入休眠模式；

后备电源工作模式：当电力线路负荷电流值小于设定值，且后备电源电量不处于低电量时，进入后备电源工作模式；

CT取电装置全开模式：当电力线路负荷电流值大于设定值，且后备电源电量处于低电量时，进入CT取电装置全开工作模式；

CT取电装置半开模式：当电力线路负荷电流值大于设定值，且后备电源电量处于低电量与高电量之间时，进入CT取电装置半开工作模式；

CT取电装置低开模式：当电力线路负荷电流值大于设定值，且后备电源电量处于高电量之间时，进入CT取电装置低开工作模式。

5.根据权利要求4所述的基于后备电源的CT取电自适应调节方法，其特征在于，优选时间间隔为5分钟，优选使用3个CT取电装置，在所述低开工作模式中优选为启用1个CT取电装置。

6.一种基于后备电源的CT取电自适应调节装置，包括取电CT模块、负荷电流采集模块和后备电源，

所述取电CT模块用于利用电磁感应原理在电力线路上取能；

所述负荷电流采集模块用于实时采集电力线路的电流强度；

所述后备电源用于和取电CT模块配合，向用电器供能；

其特征在于，还包括CT取电智能控制调节器、开入开出模块，

所述CT取电智能控制调节器用于根据电力线路的实时状态计算并生成状态向量；

所述开入开出模块用于根据所述状态向量配置取电CT装置。

7.根据权利要求6所述的基于后备电源的CT取电自适应调节装置，其特征在于，所述开入开出模块包括基于所述状态向量启闭的取电CT工作调节开关、后备电源充电调节开关和后备电源放电调节开关。

8.根据权利要求7所述的基于后备电源的CT取电自适应调节装置，其特征在于，还包括电压调理模块，用于调整取电CT装置的输出电压和采集CT取电装置的输出电压信息。

9.根据权利要求7所述的基于后备电源的CT取电自适应调节装置，其特征在于，还包括存储装置，所述存储装置用于存储记录所述CT取电智能控制调节器的工作状态。

10.根据权利要求7所述的基于后备电源的CT取电自适应调节装置，其特征在于，还包括通信模块，所述通信模块用于授时，同时用于管理通信，所述管理通信包括管理本装置中各模块之间的通信和/或与上位机进行通信，向上位机上报系统状态和根据上位机下达的指令配置所述状态向量。

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