CN207939255U - 一种用于高压线路监测传感器网络的供电系统 - Google Patents

Abstract

一种用于高压线路监测传感器网络的供电系统，包括太阳能电池板、蓄电池模块、多源供电控制模块、充电模块、超级电容模块、升压稳压模块和系统负载模块；所述太阳能电池板，用于接收太阳能并将其转化为电能，为超级电容模块的充电电源；蓄电池模块，多源供电控制模块，与太阳能电池板和蓄电池模块连接，用于控制超级电容模块充电电源、备用充电电源及太阳能电池板充电对象的切换；充电模块，与多源供电模块连接，由防过压和防反充电路构成；超级电容模块与充电模块连接，用于储存电能；本实用新型采用电路采样检测原理，通过优化系统结构，充分发挥太阳能电池板、超级电容模块和蓄电池模块各自性能优势，能有效提升电源系统效能。

Description

一种用于高压线路监测传感器网络的供电系统

技术领域

本实用新型涉及电力电网设备，特别涉及高压线路监测传感器网络的供电系统。

背景技术

无线传感网络及远程监测技术在高压电力电网智能化建设中的应用越来越广泛，传感器网络监测节点的连续不间断运行要求工作电源具有高可靠性。因电力电缆分布面积广阔及既设条件的限制，高可靠性供能电源不易获取。目前高压输电线供电方式主要有：(1) 电池供电方式，安装方便、输出电压稳定，但受电池使用寿命限制，运行维护成本高；(2) 激光供能方式，电源输出稳定，但受激光输出功率限制，提供能量有限；(3)太阳能供电方式，成本低，易于实现，但易受制于天气日照因素影响，输出电源不稳定，电池转换效率低；(4)母线供能方式，直接从高压线路上取电，来源简便，但受制于电力系统负荷变化，技术难点多。

近年来，随着光电技术的成熟，太阳能电池板转换效率得到了极大的提高，但受制于配套储能蓄电池充电时间长、蓄电池充放循环次数及使用寿命等因素，太阳能产品的广泛应用受到较大的制约，而超级电容作为一种充电快、寿命长、绿色环保型储能元件，与蓄电池在性能上具有较强的互补性，将这两种储能元件通过一定的方式连接组合，构成混合储能电源系统，充分发挥两种元件的特点，可以使电源系统获得良好的性能。

本实用新型的有益效果是，本实用新型公开了一种用于高压线路监测传感器网络的供电系统，该系统利用微处理器技术，采用电路采样检测原理，通过优化系统结构，充分发挥了太阳能电池板、超级电容和蓄电池各自性能优势，为提升电源系统效能、减少维护成本、延长高压线路监测传感器网络系统不中断运行时间具有积极意义。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于高压线路监测传感器网络的供电系统，通过将太阳能电池板转换的电能储存至蓄电池和超级电容的混合系统，为超级电容充电提供主、备双源，优化系统供电模式，缩减维护成本，延长系统不间断运行时间，能够更好地满足高压线路监测传感器网络设备不间断供电要求。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于高压线路监测传感器网络的供电系统，如图1所示，包括太阳能电池板、蓄电池模块、多源供电控制模块、充电模块、超级电容模块、升压稳压模块和系统负载模块；所述太阳能电池板，用于接收太阳能并将其转化为电能，为超级电容模块的充电电源；蓄电池模块，集成蓄电池和基本充电电路，用于储存太阳能电池板转换的电能，同时也作为超级电容模块的备用充电电源；多源供电控制模块，与太阳能电池板和蓄电池模块连接，用于控制超级电容模块的充电电源、备用充电电源及太阳能电池板充电对象的切换；充电模块，与多源供电控制模块连接，由防过压和防反充电路构成，防止为超级电容模块充电的电压过大和超级电容模块向太阳能电池板或蓄电池反充；超级电容模块与充电模块连接，用于储存电能；升压稳压模块，与超级电容模块和系统负载模块连接，用于获得系统负所需的额定电压输出；系统负载模块为高压线路监测传感器网络设备。

系统首先通过多源供电控制模块，选择主用充电电源太阳能电池板或备用充电电源蓄电池作为超级电容的充电电源，然后接入充电模块。多源供电控制模块设计时，为防止太阳能电池板或蓄电池电压过大，需串入电阻进行分压和限流对模块进行保护；充电模块电路设计过程中，选用稳压芯片完成防过压电路的设计，以免造成为超级电容充电的电压过大；选用肖特基二极管完成防反充电路的设计，防止超级电容反向对太阳能电池板或蓄电池充电，以免造成不必要的能量损耗。超级电容通过升压稳压模块为系统负载模块提供电源，升压稳压模块一是完成将超级电容所能提供的2.7V电压升压至系统负载需要的3.3V额定电压；二是控制输出电压的稳定性，确保为系统负载持续提供稳定的电压输出。

有益效果：本申请通过将太阳能电池板转换的电能储存至蓄电池和超级电容的混合系统，为超级电容充电提供主、备双源，优化系统供电模式，缩减维护成本，延长系统不间断运行时间。

附图说明

图1是系统构成图。

图2是充电稳压电路示意图。

图3是升压稳压电路示意图。

具体实施方式

1、多源供电控制模块主要包含单片机、继电器、三极管、分压限流电阻等元件。单片机MSP430采集太阳能电池板和蓄电池产生的电压信息和超级电容充电电流信息，当太阳能电池板所提供的充电电压大于设定电压时，与太阳能电池板相连的继电器闭合，与蓄电池相连的继电器断开；当太阳能电池板所提供的充电电压小于设定充电电压时，单片机程序将控制与太阳能电池板相连的继电器断开，并将与蓄电池相连的继电器闭合，从而由蓄电池接替太阳能电池板继续给超级电容充电；当蓄电池电压低于系统设定电压值而超级电容处于饱和状态时，程序将控制与太阳能电池板相连的继电器断开，并将太阳能电池板与蓄电池相连的继电器闭合，此时太阳能电池板为蓄电池充电。

2、为防止太阳能电池板和蓄电池产生的电压和电流过大，对单片机有损伤分别串入电阻进行分压和限流对模块进行保护。

3、充电模块电路设计，主要包含稳压芯片TL431、肖特基二极管IN5817、电阻等元件。选用稳压芯片TL431设计防过压电路，稳压芯片TL431含有一个2.5V基准电压，通过外加电阻可调节输出电压，实现对超级电容充电电压的控制；选用导通压降比普通二极管低的肖特基二极管IN5817设计防反充电路，防止反充电控制电路在太阳能电池或蓄电池输入电压低于超级电容电压时，超级电容不会反向对太阳能电池或蓄电池充电，以免造成不必要的能量损耗。

4、升压稳压模块电路设计，主要包括升压稳压器8101-A33S3、肖特基二极管IN5817、输出电容、电感等元件。由于传感器模块和单片机的额定电压为3.3V，而超级电容提供的额定电压为2.7V，电路首先通过升压电路，将超级电容提供的2.7V电压升压至系统负载模块所需要的3.3V，同时超级电容在放电过程中电压会不断降低，需要由升压稳压器控制稳定输出电压在3.3V。

Claims (1)

1.一种用于高压线路监测传感器网络的供电系统，其特征是，包括太阳能电池板、蓄电池模块、多源供电控制模块、充电模块、超级电容模块、升压稳压模块和系统负载模块；所述太阳能电池板，用于接收太阳能并将其转化为电能，为超级电容模块的充电电源；蓄电池模块，集成蓄电池和基本充电电路，用于储存太阳能电池板转换的电能，同时也作为超级电容模块的备用充电电源；多源供电控制模块，与太阳能电池板和蓄电池模块连接，用于控制超级电容模块的充电电源、备用充电电源及太阳能电池板充电对象的切换；充电模块，与多源供电控制模块连接，由防过压和防反充电路构成，防止为超级电容模块充电的电压过大和超级电容模块向太阳能电池板或蓄电池反充；超级电容模块与充电模块连接，用于储存电能；升压稳压模块，与超级电容模块和系统负载模块连接，用于获得系统负所需的额定电压输出；系统负载模块为高压线路监测传感器网络设备。