CN209217723U - 输电线路监测设备功率平衡智能控制器 - Google Patents

Abstract

本新型提供的输电线路监测设备功率平衡智能控制器，包括：顺次电性连接的电压转换模块、负荷功率检测模块、负荷比较控制电路、控制输出驱动模块以及功率平衡执行模块，负荷功率检测模块将输电线路监测设备的负载电流转化为一电压信号并放大生成初级模拟量检测信号，负荷比较控制电路产生多个门槛电压，负荷比较控制电路根据门槛电压与初级模拟量检测信号大小的比较结果生成多个开关信号，控制输出驱动模块接收开关信号并根据开关信号控制功率平衡执行模块接入或者不接入控制器与输电线路监测设备组成的电路回路中。本新型的功率平衡智能控制器，能够实现负载功率的状态监视，保持电压互感器励磁特性在线性区域内运行。

Description

输电线路监测设备功率平衡智能控制器

技术领域

本实用新型涉及输电线路监控测量领域，特别涉及一种输电线路监测设备功率平衡智能控制器。

背景技术

随着智能电网的提出，在输电线路杆塔上装设各种检测设备成为建设智能电网的基础性工作。这些检测设备通常是电子类设备，对电源的功率需求很小，一般为几至几十瓦，而且具有间断性，即供电电源大部分时间处于小功率工作状态，短时间处于大功率状态。

在通常情况下，由于输电线路杆塔上装设各种检测设备在地理位置上分布较广或位置较偏僻，并且与监控中心的距离较远，利用传统的有线连接方式，线路铺设成本高昂，而且施工周期长，在遇到刮风、暴雨、决口等灾害时，线路一断，信息就无法及时传递上去，因此有线传输的抗灾性比较差，难以适应高可靠性要求，加之流域地形复杂、偏僻，铺设工程成本也比较高

目前给杆塔监测设备供电的主流做法是风光储能，但由于储能技术的不成熟，制约了输电线路智能化的发展。提供给监测设备电压信号的电压互感器，若是同时将电压信号作为负载的供电电源，获得了稳定的能量输出以实现对检测设备的可靠性供电，电源部分的成本大幅下降；但随着监测设备负载的变换，这将引起电压互感器的励磁特性由线性区域过渡到非线性区域，测量信号的畸变，影响监测效果，本实用新型提供一种功率平衡控制电路，限制监测设备的变换波动范围，消除负载电流的电压测量信号的畸变，大大地减少了杆塔检测系统电源的成本，并可以长期维护运行。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种输电线路监测设备功率平衡智能控制器，所述功率平衡智能控制器包括：

一电压转换模块，连接于输电线路的输出侧；

一负荷功率检测模块，具有第一输入接点、第二输入接点以及第一输出接点，所述第一输入接点电性连接至所述电压转换模块；第二输入接点电性连接至一输电线路监测设备的负载回路；

负荷比较控制电路，与所述负荷功率检测模块的第一输出接点电性连接；

控制输出驱动模块，与负荷比较控制电路电性连接；

功率平衡执行模块，与所述控制输出驱动模块电性连接；

其中，所述负荷功率检测模块将负载回路的负载电流转化为一电压信号并放大生成初级模拟量检测信号，所述负荷比较控制电路产生多个门槛电压，所述负荷比较控制电路根据所述门槛电压与所述初级模拟量检测信号大小的比较结果生成多个开关信号，所述控制输出驱动模块接收所述开关信号并根据所述开关信号控制所述功率平衡执行模块接入或者不接入所述控制器与所述输电线路监测设备组成的电路回路中。

于一实施例中，所述负荷功率检测模块设有两级运算放大器。

于一实施例中，所述负荷比较控制电路具有多个并联的电压比较控制电路，每一电压比较控制电路均设有一第二输入接点和一第二输出接点，第二输入接点与所述第一输出接点电性连接，每一电压比较控制电路生成一个所述门槛电压，所述开关信号经第二输出接点输出。

于一实施例中，所述控制输出驱动模块包括驱动电路和多个与所述驱动电路电性连接的继电器开关，所述驱动电路性连接至所述负荷比较控制电路的第二输出接点，所述驱动电路驱动所述继电器开关动作。

于一实施例中，所述功率平衡执行模块包括多个第一电阻，分别与所述继电器开关一一对应电性连接。

于一实施例中，更包括一灯光指示单元，电性连接于所述控制输出驱动模块，用以显示哪个第一电阻接入所述控制器与所述输电线路监测设备组成的电路回路中。

于一实施例中，所述灯光指示单元包括第四电阻和与所述第四电阻对应连接的发光二极管。

于一实施例中，所述第一电阻为4个，所述继电器开关为4个。

于一实施例中，所述电压转换模块为一电源开关，内置有滤波磁环电容。

于一实施例中，所述电压比较控制电路设有4个。

本实用新型的效果：

用于高压线路监控电源供电系统，以在输电线路监测设备功率平衡的过程中，通过负载回路的电流的测量及相应的开关控制电路，实现输电线路监测设备功率平衡时，对输电线路监测设备负载总量的平衡控制，控制监测设备的负载在一定合理的范围内波动，保持电压互感器的励磁特性在线性区域内，使得电压互感器同时作为测量信号提供者与负载电源提供者，保证高压线路监控设备可以安全可靠进行的目的。

附图说明

图1，为本实用新型的平衡智能控制器的结构示意图。

图2，为本实用新型的负荷功率检测模块的电路图。

图3，为本实用新型的负荷比较控制电路的电路图。

图4，为本实用新型的控制输出驱动模块的电路图。

图5，为本实用新型的功率平衡执行模块的电路图。

图6，为本实用新型的灯光指示单元的电路图。

具体实施方式

有关本实用新型的详细说明及技术内容，配合图式说明如下：

下面结合附图对本实用新型做详细的说明，以进一步了解本实用新型之目的、方案及功效，但所附图式及实施例说明并非用于限定本实用新型的保护范围。

参考图1，图1为本实用新型的平衡智能控制器的结构示意图。，本实用新型的输电线路监测设备功率平衡智能控制器，应用于一输电线路监测设备，输电线路监测设备可采用DTU检测设备，所述功率平衡智能控制器进步一包括：顺次电性连接的电压转换模块、负荷功率检测模块、负荷比较控制电路、控制输出驱动模块以及功率平衡执行模块。

电压转换模块与电压互感器二次侧电性连接，AD-55电压转换模块接收电压互感器二次侧三相输出电压，本实施例中，电压转换模块采用AD-55电压转换模块。该模块内置超强滤波磁环电容，输出电压为12V，24V，输出电流为5A，3A，工作温度低，抗干扰能力强，外围电路比较简单，体积小，更便于安装使用。开关电源加电测试的结果显示，该开关电源可以稳定的输出两路直流电压，分别为12V，24V，对开关电源进行微调，可以使输出电压更加准确，误差更小。型号为AD-55的开关电源模块的性能指标：

输入电压：88-264(V)

输出：V1:24V3A

V2:12V5A

输出功率：150(W)

工作效率：90(％)

输出纹波噪音：150mv

输出电压精度：0.5(％)

参见图2，图2，为本实用新型的负荷功率检测模块的电路图。负荷功率检测模块耦接于输电线路监测设备的负载回路和AD-55电压转换模块，将反应输电线路监测设备负荷功率的负荷电流，转换为电压信号，并经过两级两个高增益、独立的、内部频率补偿的运放及相应的参数匹配，形成可与门槛电压相比较的监测信号，其电流与电源电压无关，高灵敏的跟随负荷功率的变动，形成负荷功率平衡控制的初级信号，负荷功率检测模块具有第一输入接点IN1第二输入接点IN2以及第一输出接点OUT1，所述第一输入接点IN1电性连接至所述AD-55电压转换模块；第二输入接点电性连接至输电线路监测设备的负载回路；所述输电线路监测设备传送一输电线路监测设备的负载电流通过第二输入接点IN2输入该负荷功率检测模块，该负荷功率检测模块将所述负载电流转化为一电压信号并放大生成初级模拟量检测信号，初级模拟量检测信号经所述第一输出接点输出。

负荷功率检测模块包括两级运算放大器，两级运算放大器由第一运算放大器U1A和第二运算放大器U1B顺次电性连接组成，输电线路监测设备的负载电流流经第二输入接点流经电阻R9、R4进入第一运算放大器U1A的同向输入端引脚3，输电线路监测设备的负载电流转化为电压信号，进入第一运算放大器U1A、第二运算放大器U1B逐级放大，其中R9阻值4.7K，R4阻值10K。第一运算放大器U1A外接一电源VCC，电源VCC通过一电容C21接地，C21容量数码表示为104，第二输入接点外接一接地的电容C10，接地的电容C10与该电源VCC电性连接，C10的电容值100uF。串联电阻R9、R4电性连接于第一运算放大器U1A的同向输入端引脚3，电阻R9的两端跨接一第一RC回路，第一RC回路为电阻R8和电容C8串接，R8型号为0.05R/1w，第一RC回路接地。第一运算放大器U1A的反向输入端引脚2与其输出端引脚1跨接一第二RC回路，该第二RC回路包括电阻R10、电容C4,在本实施例中，R10电阻值为100K，电容器C4容量数码表示为101，该第二RC回路、反向输入端IN1分别通过串联电阻R6、R21外接电源VCC，串联电阻R6、R21之间通过外接一电阻R20接地。

第二运算放大器U1B的同向输入端引脚3与第一运算放大器U1A的输出端引脚1之间连接一电阻R12，阻值10K,第二运算放大器U1B的反向输入端与其输出端引脚7之间跨接一第三RC回路，第三RC回路为电阻R11和电容C5，规格型号为：R11阻值为22K，电容器C5容量数码表示为101。第二运算放大器U1B的外围元件还设有电性连接的电阻R7，电阻R23与电阻R22，电阻R22接地，电阻R23外接电源VCC,电阻R23与电阻R22之间通过一外接电阻R7与第三RC回路连接；电阻R22型号规格3.6R^*，R23阻值10K，R7阻值为10K。电压信号经第一输出接点OUT1输出。电压信号并经过两级运算放大器及相应的参数匹配，形成可与门槛电压相比较的初级模拟量检测信号VG，两级运算放大器可采用LM358芯片。

参见图3，图3，为本实用新型的负荷比较控制电路的电路图。负荷比较控制电路具有4个并联的电压比较控制电路，每一电压比较控制电路均设有一第二输入接点和一第二输出接点，第二输入接点与所述第一输出接点OUT1电性连接，每一电压比较控制电路生成一门槛电压，所述电压比较控制电路根据该门槛电压与所述初级模拟量检测信号VG大小的比较结果生成多个开关信号，于本实施例中，每一电压比较控制电路设有1个运算放大器，负荷比较控制电路共设有4个并联的运算放大器(U6A～U6D)。

运算放大器U6A的同向输入端引脚5连接一电阻R37，运算放大器U6B的同向输入端引脚7连接一电阻R38、运算放大器U6C的同向输入端引脚9连接一电阻R39、运算放大器U6D的同向输入端连接一电阻R42,电阻R37、R38、R39、R39、R42均与第一输出接点OUT1电性连接，U6A接地且连接一电源VCC，所述初级模拟量检测信号分别经电阻R37、R38、R39、R39、R42传输至所述运算放大器的同向输入端。电阻R37、R38、R39、R39、R42的阻值均为10K,电阻R37、R38、R39、R39、R42均通过一电阻R71接地，R71的阻值均为10K。每一所述运算放大器的同向输入端与输出端之间均串接一第三电阻(R61-R64)，电阻R61、R62、R63以及R64的阻值均为100K，每一所述运算放大器的输出端连接一第四电阻(R40、R41、R43以及R44)；电阻R40、R41、R43以及R44的阻值为10K,电阻R40、R41、R43以及R44电性连接并与一接地电容连接、一电源V_CC连接。于另一实施例中，负荷比较控制电路可为电压比较器，可采用型号为LM339的芯片。

再参照图3所示，分压电阻(R65～R69以及R58)串联连接在一电源VCC与接地端之间，分压电阻对所述电源V_CC分压，所述分压电阻分别电性连接至所述运算放大器的反相输入端。如图3，R65、R66、R67、R68、R69以及R58依次连接在一电源VCC与接地端之间，R65、R66、R67、R68、R69以及R58的阻值均为2K，于本实施例中，电阻R69上的分压输入运算放大器U6D的反相输入端,R58和R69的分压输入运算放大器U6C的反相输入端，电阻R58、R69以及电阻R68的分压输入运算放大器U6B的反相输入端，电阻R58、R69、R68以及R67上的分压输入运算放大器U6A的反相输入端,运算放大器U6A～U6D的反相输入端输入的分压为作为门槛电压，同向输入端输入待比较的初级模拟量检测信号VG，运算放大器U6A～U6D比较4个特定的门槛电压与初级模拟量检测信号VG的电压大小，四个运算放大器U6A～U6D输出电压的高或低，电平表示VG与四个特定的门槛电压的大小关系。当代表输电线路监测设备负荷功率信号的初级模拟量检测信号VG高于四个特定的门槛电压中的某个电压值时，相应的运算放大器输出为高电平；当VG低于四个特定的门槛电压中的某个电压值时，相应的运算放大器输出为低电平。代表负荷功率大小的初级模拟量检测信号VG通过四个特定的门槛电压，转换为四个开关信号G1～G4，进行控制后面的继电器及相关电路的开断，进而闭合或切断前端电阻，将所需功率传递给后续电路，保证电路长期稳定运行并工作在低耗状态。

参见图4，图4，为本实用新型的控制输出驱动模块的电路图。控制输出驱动模块位于负荷比较控制电路和功率平衡执行模块之间，对负荷比较控制电路的信号进行放大，将负荷比较控制模块的逻辑判断结果，通过反相隔离与电路设计，并将转换为继电器接地的形式输出，进行相应逻辑的控制。控制输出驱动模块电性连接至所述负荷比较控制电路的第二输出接点，所述控制输出驱动模块接收所述开关信号并根据所述开关信号控制所述功率平衡执行模块接入或者不接入所述控制器与所述输电线路监测设备组成的电路回路中。所述控制输出驱动模块包括驱动电路和多个与所述驱动电路电性连接的继电器开关，所述驱动电路性连接至所述负荷比较控制电路的第二输出接点，所述驱动电路驱动所述继电器开、关动作。驱动电路可采用ULN2003A芯片，ULN2003A芯片高耐压且具有大电流复合晶体管阵列，ULN2003A技术特性：

电压,Vceo:50V

集电极直流电流:500mA

直流电流增益hFE:1000

工作温度范围:-20℃ to+85℃

最大连续电流,Ic:500mA

输入电压最大:30V

输出电流最大:0.6A

图4中，4个所述继电器的引脚5分别与ULN2003A芯片的1c-4c端连接，ULN2003A芯片引脚GND接地，引脚COM连接5v电源，且引脚COM通过一电容接地。ULN2003A芯片的引脚1B～4B电性连接第二输出接点该第二输出接点为运算放大器(U6A～U6D)的输出端，ULN2003A芯片的1c-4c端与运算放大器(U6A～U6D)的输出端连接。

再参照图4，控制输出驱动模块对开关信号进行两级驱动放大，经ULN2003A芯片进行第一级驱动放大后电流放大到500mA,再进行第二级驱动放大。第二级驱动放大具有4个继电器开关、开关信号电流放大到1000mA，形成开断将负荷比较控制模块的逻辑判断结果，通过ULN2003A芯片的反向隔离，并将转换为继电器接地的形式输出，进行相应的逻辑控制。

图5，为本实用新型的功率平衡执行模块的电路图。功率平衡执行模块电性连接至所述控制输出驱动模块；所述功率平衡执行模块设有4个第一电阻(Rt1～Rt4)，分别与所述继电器开关一一对应电性连接。如图5所示，在一具体实施例中，第一电阻Rt1～Rt4的阻值均为500欧，参照图4、图5，第一电阻Rt1～Rt4分别与继电器开关K1～K4的端子(1或2或3或4)电性连接。继电器开关K1～K4接收所述开关信号并根据所述开关信号进行开、关操作以控制所述第一电阻Rt1、Rt2、Rt3以及Rt4的接入或者不接入所述控制器与所述输电线路监测设备组成的电路中。功率平衡执行模块根据负荷比较控制电路的逻辑输出，经过控制输出驱动模块的信号变换，进行相应的开关接点打开与闭合的状态变换，控制相应电阻的投入与切除，实现整个输电线路监测设备的功率平衡控制；当负载功率较小时，投入较大的电阻，当负载功率较大时，投入少量电阻或将全部四个电阻切除，使得整体功率大小平衡。

参加图6，图6，为本实用新型的灯光指示单元的电路图。灯光指示单元用以指示电阻投切状态，哪个电阻投入，哪个指示灯点亮，于本实施例中，相应的灯光指示单元设有4组，4个第四电阻(R14～R17)和4个发光二极管(K1ON～K4ON)，第四电阻R14与发光二极管K1ON连接，第四电阻R15与发光二极管K2ON连接，第四电阻R16与发光二极管K3ON连接，第四电阻R17与发光二极管K4ON连接，第四电阻R14～R17分别与继电器Ka1～Ka4电性连接，灯光指示单元受控于开关信号，用以指示哪一个或哪几个第一电阻接入控制器与所述输电线路监测设备组成的电路中。

本新型的功率平衡智能控制器的信号输入形式，包括一路电流输入信号：输入对应于输电线路监测设备的负载功率的电流信号，另一路电压输入信号：输入输电线路监测设备的交流工作电压。

与现有技术相比，采用本新型提供的功率平衡智能控制器，能够实现负载功率的状态监视，保持电压互感器励磁特性在线性区域内运行，实现电压互感器提供的电压信号即可作为监测电压的信号，又可同时作为电源信号，降低设备运行维护成本；抗干扰能力强，能够广泛适用输电线路复杂的电磁环境，能实现实时状态监测报警和实时控制的功能，为输电线路监测设备提供稳定无畸变的测量信号与电源信号、稳定的运行环境。

Claims (10)

1.一种输电线路监测设备功率平衡智能控制器，其特征在于，所述功率平衡智能控制器包括：

一电压转换模块，连接于输电线路的输出侧；

一负荷功率检测模块，具有第一输入接点、第二输入接点以及第一输出接点，所述第一输入接点电性连接至所述电压转换模块；第二输入接点电性连接至一输电线路监测设备的负载回路；

负荷比较控制电路，与所述负荷功率检测模块的第一输出接点电性连接；

控制输出驱动模块，与所述负荷比较控制电路电性连接；

功率平衡执行模块，与所述控制输出驱动模块电性连接；

其中，所述负荷功率检测模块将负载回路的负载电流转化为一电压信号并放大生成初级模拟量检测信号，所述负荷比较控制电路产生多个门槛电压，所述负荷比较控制电路根据所述门槛电压与所述初级模拟量检测信号大小的比较结果生成多个开关信号，所述控制输出驱动模块接收所述开关信号并根据所述开关信号控制所述功率平衡执行模块接入或者不接入所述控制器与所述输电线路监测设备组成的电路回路中。

2.如权利要求1所述的输电线路监测设备功率平衡智能控制器，其特征在于，所述负荷功率检测模块设有两级运算放大器。

3.如权利要求1所述的输电线路监测设备功率平衡智能控制器，其特征在于，所述负荷比较控制电路具有多个并联的电压比较控制电路，每一电压比较控制电路均设有一第二输入接点和一第二输出接点，第二输入接点与所述第一输出接点电性连接，每一电压比较控制电路生成一个所述门槛电压，所述开关信号经第二输出接点输出。

4.如权利要求3所述的输电线路监测设备功率平衡智能控制器，其特征在于，所述控制输出驱动模块包括驱动电路和多个与所述驱动电路电性连接的继电器开关，所述驱动电路性连接至所述负荷比较控制电路的第二输出接点，所述驱动电路驱动所述继电器开关动作。

5.如权利要求4所述的输电线路监测设备功率平衡智能控制器，其特征在于，所述功率平衡执行模块包括多个第一电阻，分别与所述继电器开关一一对应电性连接。

6.如权利要求5所述的输电线路监测设备功率平衡智能控制器，其特征在于，更包括一灯光指示单元，电性连接于所述控制输出驱动模块，用以显示哪个第一电阻接入所述控制器与所述输电线路监测设备组成的电路回路中。

7.如权利要求6所述的输电线路监测设备功率平衡智能控制器，其特征在于，所述灯光指示单元包括第四电阻和与所述第四电阻对应连接的发光二极管。

8.如权利要求5所述的输电线路监测设备功率平衡智能控制器，其特征在于，所述第一电阻为4个，所述继电器开关为4个。

9.如权利要求1所述的输电线路监测设备功率平衡智能控制器，其特征在于，所述电压转换模块为一电源开关，内置有滤波磁环电容。

10.如权利要求3所述的输电线路监测设备功率平衡智能控制器，其特征在于，所述电压比较控制电路设有4个。