CN114844203B - 一种变电站自供能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变电站自供能装置，包括：声振能量采集模块、声振能量转化模块、声振能量储存模块和声振能量输出模块，声振能量采集模块采集电力设备表面预设低频的振动能量和/或表面近场噪声能量，并转换成电压输出；声振能量转化模块将声振能量采集模块输出的电压换为充电电压；声振能量储存模块对声振能量转化模块输出的充电电压进行存储；声振能量输出模块控制声振能量储存模块对负载供电。本发明提供的自供能装置，能采集电力设备表面的低频振动能量及其表面近场噪声能量，对能量进行转换储存后为负载提供能量，使用寿命长、成本低、体积小，便于设备安装维护，为电力设备周边的多种检测电力设备的仪器仪表节能降耗提供了一种新的途径。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备自供能领域，具体涉及一种变电站自供能装置。
背景技术
节能降耗在当前提倡“双碳环保”理念下已经变得深入人心，然而变电站及其电力设备周边有很多检测电力设备的仪器仪表，这些设备分布于变电站电力设备周边，需要耗用较多的电力资源；同时变电站电力设备振动和噪声每时每刻不停，相关振动和声能不断地耗散掉，不能得到有效利用。
发明内容
因此，为了克服现有变电站的电力设备振动和噪声能量被浪费，不能有效利用的不足，本发明提供一种变电站自供能装置，实现节能降耗，为电力设备周边的多种检测电力设备的仪器仪表节能降耗提供了一种新的途径。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供的一种变电站自供能装置，包括：声振能量采集模块、声振能量转化模块、声振能量储存模块和声振能量输出模块，其中，
声振能量采集模块，用于采集电力设备表面预设低频的振动能量和/或表面近场噪声能量，将采集到的振动能量和/或表面近场噪声能量转换为电压并输出；
声振能量转化模块，用于将声振能量采集模块输出的电压换为充电电压；
声振能量储存模块，用于对声振能量转化模块输出的充电电压进行存储；
声振能量输出模块与负载相连，用于控制声振能量储存模块对所述负载供电。
在一实施例中，所述声振能量采集模块，包括：
振动能量采集模块，其具有纳米线阵列的振动膜结构，其贴附在电力设备表面，用于采集电力设备表面100-500Hz低频振动能量；
声能量采集模块，其具有微穿孔板和纳米线阵列的振动膜结构，固定在距离电力设备表面预设距离位置，用于采集电力设备表面100-500Hz低频声能量；
最大能量捕获模块，用于将振动能量采集模块和/或声能量采集模块采集的能量进行能量捕获并转化成电压。
在一实施例中，所述声振能量转化模块包括：电压调控单元和自动开启单元，声振能量输出模块还用于在最大能量捕获模块的输出电压大于或等于预设初始启动阈值电压值时，启动所述电压调控单元对所述最大能量捕获模块的输出电压进行电压调控处理，以获得充电电压；以及，在最大能量捕获模块的输出电压小于初始启动阈值电压值时，通过所述自动开启单元控制所述电压调控单元进行启动，使电压调控单元对所述自动开启单元的输出电压进行电压调控处理，以获得充电电压。
在一实施例中，所述声振能量储存模块，包括：主充放电单元和备充放电单元，当声振能量转化模块输出的电压大于负载所需的电压时，声振能量输出模块控制主充放电单元给负载充电，多余的电压储存于所述备充放电单元中；当声振能量转化模块输出的电压小于负载所需的电压时，声振能量输出模块控制主充放电单元和备用放电单元同时给负载供电。
在一实施例中，所述变电站自供能装置还包括：多路输出稳压模块，用于将声振能量储存模块输出的电压调控转换后通过声振能量输出模块输出给目标负载。
在一实施例中，所述纳米线阵列的振动膜结构为有氧化锌纳米线阵列的振动膜结构，纳米线长度为0-6μm、直径为50-150nm。
在一实施例中，所述微穿孔板的孔径为0.01-0.8mm。
在一实施例中，所述声能量采集模块固定在距离电力设备表面0.5-10mm位置。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提出的变电站自供能装置，能够同时采集电力设备表面预设低频振动能量及其表面近场噪声能量，并对能量转换为电压储存后为负载提供能量，使用寿命长、成本低、体积小，便于设备安装维护，为电力设备周边的多种检测电力设备的仪器仪表节能降耗提供了一种新的途径。
2、本发明提出的变电站自供能装置，能够自动捕获声振最大能量，自动平衡最大能量的输出电压，保持稳定输出电压的同时，有效存储最大的声振能量，并有效计算平衡输入输出能量，确保不浪费捕获能量，能量转化效率高，可以稳定输出能量。
3、本发明提出的变电站自供能装置，具有捕获冗余能量储存和在输出能量不足时启用备用能量的优化自反馈机制和能量平衡设计，可以实现自主平衡的智能稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中提供的变电站自供能装置的示例图；
图2为本发明实施例中提供的变电站自供能装置的另一示例图；
图3为本发明实施例中提供的变电站自供能装置一具体的示例图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例
本发明提供的一种变电站自供能装置，如图1所示，包括：声振能量采集模块1、声振能量转化模块2、声振能量储存模块3和声振能量输出模块4，其中，声振能量采集模块1，用于采集电力设备表面预设低频的振动能量和/或表面近场噪声能量，将采集到的振动能量和/或表面近场噪声能量转换为电压并输出；声振能量转化模块2，用于将声振能量采集模块输出的电压换为充电电压；声振能量储存模块3，用于对声振能量转化模块输出的充电电压进行存储；声振能量输出模块4与负载相连，用于控制声振能量储存模块对负载供电。
具体地，在变电站中的电力设备(如变电器)同时输出噪声和振动时，声振能量采集模块，用于采集电力设备表面预设低频的振动能量和表面近场噪声能量；当设备只输出噪声或振动能量时，声振能量采集模块对应采集其产生的振动能量或表面近场噪声能量，根据实际情况作具体的能量获取。通过将获取的能量进行转换存储，对负载进行供能，负载可以为电力设备周边的检测电力设备的仪器仪表。
如图2所示，本发明实施例提供的变电站自供能装置还包括：多路输出稳压模块5，用于将声振能量储存模块输出的电压调控转换后通过声振能量输出模块输出给目标负载。多路输出稳压模块使用的情景为有多个负载时，通过调控声振能量储存模块输出不同负载的适配电压后，通过声振能量输出模块输出。
本发明实施例中的声振能量采集模块1，如图3所示，包括：
振动能量采集模块11，其具有纳米线阵列的振动膜结构，其贴附在电力设备表面，用于采集电力设备表面100-500Hz低频振动能量。具体地，振动膜结构有氧化锌纳米线阵列的振动膜结构，纳米线长度为0-6μm、直径为50-150nm，可以有效的获取电力设备的振动能量，振动能量输出电压可达200-1600mV。
声能量采集模块12，其具有微穿孔板和纳米线阵列的振动膜结构，固定在距离电力设备表面预设距离位置，用于采集电力设备表面100-500Hz低频声能量；在一具体实施例中，微穿孔板的孔径为0.01-0.8mm，声能量采集模块固定在距离电力设备表面0.5-10mm位置，振动输出电压可达200-800mV，仅作为举例，不以此为限。
压电纳米换能的基本原理是当形变的纳米线的两个极性面与外电路的负载连接时，压电势使得两端接触电极处的费米能级间产生差异，因此为了屏蔽局域的压电势，外电路中的自由电子从低电势端被驱动流向高电势端以达到新的平衡。负载中产生的电流是受压电势驱动的电子瞬态流动的结果。如果动态应力作用于纳米线时，压电势的连续变化会引起外电路电子的往复流动，产生交变电流。当外界施加的应力是连续变化的，则产生的压电势也是连续变化的，输出的电流也将是连续变化的。在外力连续做功的情况下，压电纳米换能材料就可以连续输出电能。
最大能量捕获模块13，用于将振动能量采集模块和/或声能量采集模块采集的能量进行能量捕获并转化成电压。在具体应用中，该最大能量捕获模块可以为一能量放大电路，将振动膜结构采集的能量进行放大后转化成电压，仅以此为例，不以此为限。
如图3所示，声振能量转化模块2，电压调控单元21和自动开启单元22，声振能量输出模块4还用于在最大能量捕获模块13的输出电压大于或等于预设初始启动阈值电压值时，直接启动电压调控单元21对最大能量捕获模块13的输出电压进行电压调控处理，以获得充电电压；以及，在最大能量捕获模块13的输出电压小于初始启动阈值电压值时，通过自动开启单元22控制电压调控单元21进行启动，使电压调控单元21对自动开启单元22的输出电压进行电压调控处理，以获得充电电压。实际应用中预设初始启动阈值电压值根据具体的实用情景确定，在此不作具体限定。
如图3所示，声振能量储存模块3，包括：主充放电单元31和备充放电单元32，当声振能量转化模块4输出的电压大于负载所需的电压时，声振能量输出模块4控制主充放电单元31给负载充电，多余的电压储存于备充放电单元32中；当声振能量转化模块4输出的电压小于负载所需的电压时，声振能量输出模块4控制主充放电单元31和备用放电单元32同时给负载供电。具体地，主充放电单元存储的能量等于或大于负载所需时，主充放电单元负责给负载供电，当主充放电单元存储的能量小于负载所需时，备用放电单元补足主充放电单元不足以给负载提供的能量。经现场试验，本发明实施例提供的自供能装置的输出电压可达3.3V，具有实际可操作性。本实施例通过捕获冗余能量储存和在输出能量不足时启用备用能量的优化自反馈机制进行能量平衡，可以实现自主平衡的智能稳定运行。
本发明实施例提供的变电站自供能装置，能够采集电力设备表面100-500Hz低频振动能量及其表面近场噪声能量，并对能量进行转换储存后为负载提供能量，使用寿命长、成本低、体积小，便于设备安装维护，为电力设备周边的多种检测电力设备的仪器仪表节能降耗提供了一种新的途径。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种变电站自供能装置，其特征在于，包括：声振能量采集模块、声振能量转化模块、声振能量储存模块和声振能量输出模块，其中，
声振能量采集模块，用于采集电力设备表面预设低频的振动能量和/或表面近场噪声能量，将采集到的振动能量和/或表面近场噪声能量转换为电压并输出，所述声振能量采集模块，包括：
振动能量采集模块，其具有纳米线阵列的振动膜结构，其贴附在电力设备表面，用于采集电力设备表面100-500Hz低频振动能量；
声能量采集模块，其具有微穿孔板和纳米线阵列的振动膜结构，固定在距离电力设备表面预设距离位置，用于采集电力设备表面100-500Hz低频声能量；
最大能量捕获模块，用于将振动能量采集模块和/或声能量采集模块采集的能量进行能量捕获并转化成电压；
声振能量转化模块，用于将声振能量采集模块输出的电压换为充电电压，所述声振能量转化模块包括：电压调控单元和自动开启单元，声振能量输出模块还用于在最大能量捕获模块的输出电压大于或等于预设初始启动阈值电压值时，启动所述电压调控单元对所述最大能量捕获模块的输出电压进行电压调控处理，以获得充电电压；以及，在最大能量捕获模块的输出电压小于初始启动阈值电压值时，通过所述自动开启单元控制所述电压调控单元进行启动，使电压调控单元对所述自动开启单元的输出电压进行电压调控处理，以获得充电电压；
声振能量储存模块，用于对声振能量转化模块输出的充电电压进行存储，包括：主充放电单元和备充放电单元，当声振能量转化模块输出的电压大于负载所需的电压时，声振能量输出模块控制主充放电单元给负载充电，多余的电压储存于所述备充放电单元中；当声振能量转化模块输出的电压小于负载所需的电压时，声振能量输出模块控制主充放电单元和备用放电单元同时给负载供电；
声振能量输出模块与负载相连，用于控制声振能量储存模块对所述负载供电。
2.根据权利要求1所述的变电站自供能装置，其特征在于，还包括：多路输出稳压模块，用于将声振能量储存模块输出的电压调控转换后通过声振能量输出模块输出给目标负载。
3.根据权利要求1所述的变电站自供能装置，其特征在于，所述纳米线阵列的振动膜结构为有氧化锌纳米线阵列的振动膜结构，纳米线长度为0-6μm、直径为50-150nm。
4.根据权利要求1所述的变电站自供能装置，其特征在于，所述微穿孔板的孔径为0.01-0.8mm。
5.根据权利要求1所述的变电站自供能装置，其特征在于，所述声能量采集模块固定在距离电力设备表面0.5-10mm位置。
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