CN209497279U - 用于输电线路监测设备的电源系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于输电线路监测设备的电源系统，包括取电CT，取电CT连接有整流电路；整流电路通过整流母线分别连接有主供电电路与充电电路；至少包含两个分别从输电线获取交流电的取电CT；整流电路包括与各取电CT一一对应的整流桥，各整流桥分别与各自对应的取电CT串联，各个整流桥的直流正极端均连接在整流母线上，各个整流桥的直流负极端共接参考地；主供电电路包括主开关与输出变换器，输出变换器的输入端通过主开关与整流母线连接，输出变换器的输出端用于连接负载；还包括支撑电容，支撑电容为电解电容，支撑电容正极端与整流母线连接，其负极端接参考地。本实用新型能够显著提高电源系统的输出功率并降低电路损耗。
Description
技术领域
本实用新型属于电力系统的感应取电技术领域，具体涉及用于为输电电力监测设备供电的电源系统。
背景技术
随着电力建设的迅速发展，电网规模不断扩大，在复杂地形条件下的电网建设和设备维护工作也越来越多，因此对输电线路的在线监测是一项迫切的工作，更是智能电网的重要组成部分。为了保障电力系统的安全稳定运行，安装一些高压输电线路在线监测装置是不可或缺的。实际运行经验表明，很多监测设备在安装后并不能长期稳定运行，而制约这些在线监测设备可靠运行的主要因素在于供电电源。
目前通常使用的供电方式包括：太阳能供电、激光供电、分压电容供电、电池供电等，而这些电源往往存在一些缺点，例如供电能力受天气因素影响、输出功率小、不能长期持续使用。为了克服此类电源的弊端，一种基于电磁感应原理的输电线路感应取电电源开始投入市场，但同样也存在各种技术缺陷亟待完善，尤其是输出功率较低。然而，输电线路监测设备需要进行图像采集、通信传输、温度检测等，目前的感应取电电源的输出功率难以独立满足输电线路监测设备持续运行的功率需求。
实用新型内容
针对上述现有技术的不足，本实用新型提供一种用于输电线路监测设备的电源系统，能够解决现有技术中输出功率不足的技术问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：一种用于输电线路监测设备的电源系统，包括用于从输电线获取交流电的取电CT，取电CT连接有用于将交流电转换为直流电的整流电路；整流电路通过整流母线分别连接有主供电电路与充电电路，从而通过主供电电路与充电电路分别为负载与后备储能装置供电；至少包含两个分别从输电线获取交流电的取电CT；所述整流电路包括与各取电CT一一对应的整流桥，各整流桥分别与各自对应的取电CT串联，以将各自取电CT获取的交流电转换为直流电；各个整流桥的直流正极端均连接在整流母线上，各个整流桥的直流负极端共接参考地；所述主供电电路包括主开关与输出变换器，输出变换器的输入端通过主开关与整流母线连接，输出变换器的输出端用于连接负载；还包括支撑电容，所述支撑电容为电解电容，支撑电容正极端与整流母线连接，其负极端接参考地。
进一步的，所述充电电路通过充电开关与整流母线连接，充电电路输出端接后备储能装置；所述后备储能装置负极端接参考地，其正极端通过放电开关与输出变换器的输入端连接，从而使得后备储能装置能够通过输出变换器向负载供电；还包括DC-DC控制器；DC-DC控制器内置有电压采样模块，DC-DC控制器的信号输入端与整流母线电压采样点连接，从而能够实时获取整流母线电压；DC-DC控制器的信号输出端分别与主开关、放电开关与充电开关的电控端连接，从而能够根据整流母线电压控制主开关、放电开关与充电开关的开闭状态。
进一步的，所述整流电路与支撑电容之间连接有泄放电路；所述泄放电路包括第一二极管与泄放开关；所述第一二极管串联在整流母线上，并且其阳极与整流电路连接；所述泄放开关一端与第一二极管的阴极连接，另一端与整流电路共接参考地；还包括内置有电压采样模块AC-DC控制器，AC-DC控制器的信号输入端与整流母线电压采样点连接，从而能够实时获取整流母线电压；AC-DC控制器的信号输出端与泄放开关的电控端连接，从而能够根据整流母线电压控制泄放开关的开闭状态。
进一步的，AC-DC控制器通过电源调理芯片从整流母线上获取电能。
进一步的，支撑电容与主开关之间串联有第二二极管，并且第二二极管的阴极与主开关连接；充电开关一端与第二二极管的阴极连接，其另一端与充电电路连接；所述充电开关并联有第三二极管，并且第三二极管的阳极与充电电路连接，第三二极管的阴极与第二二极管的阴极连接，从而使得后备储能装置产生的反向电流能够经过充电电路与第三二极管回流至2#电源调理芯片的输入端；DC-DC控制器通过2#电源调理芯片能够分别由整流母线正向电流或后备储能装置的反向电流供电。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型通过增大整流母线的输入电流和扩展整流母线的电压运行范围，来提高输出功率，具体的：一方面，采用多个取电CT进行取电，输电线路相同工况时增大了感应电流，并且为各个取电CT配置独立的整流桥，避免共用整流桥时取电CT之间产生环流（由于取电CT的制造参数存在无法避免的误差，则差异电流会在两个取电CT之间流过，即环流），提高了取电效率并降低了取电CT饱和风险；另一方面，采用了电解电容作为整流母线的支撑电容，电解电容耐压高，能充分满足整流母线运行的耐压要求，并且还采用输出变换器对整流母线电压进行降压输出，与直接输出给负载相比，负载电压不受整流母线电压波动影响，并且整流母线电压能够提高到负载额定电压以上，而不再受到负载额定电压的限制。
2、本实用新型既能将取电CT的电能提供给负载，又能提供给后备储能装置进行存储，从而在取电CT输入功率不足时，能够采用后备储能装置对负载供电，实现不间断供电。DC-DC控制器能够通过控制主开关与充电开关，来对取电CT的电能进行分配。DC-DC控制器还能通过控制主开关与放电开关，来对负载供路径进行切换，既可以通过主供电电路为负载供电，又可通过后备储能装置为负载供电。
3、为DC-DC控制器提供唯一的关键参量，即整流母线电压，整流母线电压反映了取电CT的交流输入功率与消耗功率（包括负载消耗功率与系统消耗功率）的平衡关系，从而使得DC-DC控制器能够根据交流输入功率与消耗功率的平衡关系来对交流输入功率进行分配以及对供电路径进行切换，从而为实现能量的优化利用提供基础。
4、支撑电容的电压会随着取电CT的交流输入功率与消耗功率（负载及供电系统的消耗功率之和）的平衡关系的变化而变化，当交流输入功率提高或消耗功率降低时，支撑电容被持续充电，整流母线电压采样点的电压将升高；当交流输入功率下降或消耗功率增加时，支撑电容向输出变换器放电，整流母线电压检测点的电压下降。支撑电容既作为整流桥的输出电容以建立合适的直流工作电压，同时也兼作输出变换器和充电电路的输入滤波电容。
5、通过增加泄放电路与AC-DC主控制器，当交流输入功率远大于消耗功率时，能够对取电CT输出的多余电流进行泄放，从而保证了供电系统的安全运行。另外，泄放电路与整流电路共地且导通电阻极低，从而最终能将泄放后的电流回馈至取电CT的一次侧，相当于取电CT的一次侧交流线路将多余能量回收，这种方式比电阻耗能式泄放更为经济，且不易造成取电CT饱和。
6、DC-DC控制器与AC-DC主控制器均采用供电系统内部供电，无需外接电源，并且即使取电CT输入功率不足时，也能采用后备储能装置的反向电流为DC-DC控制器供电，保证了系统的稳定可靠和经济运行。
附图说明
图1是本具体实施方式中用于输电线路监测设备的电源系统的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
参考图1所示，一种用于输电线路监测设备的电源系统，包括用于从输电线获取交流电的取电CT，取电CT的二次侧并联有TVS瞬态电压抑制二极管，用于防止取电CT二次侧瞬时过压；取电CT二次侧连接有用于将交流电转换为直流电的整流电路；整流电路通过整流母线分别连接有主供电电路与充电电路，从而通过主供电电路与充电电路分别为负载与后备储能装置供电；至少包含两个分别从输电线获取交流电的取电CT；所述整流电路包括与各取电CT一一对应的整流桥，各整流桥分别与各自对应的取电CT串联，以将各自取电CT获取的交流电转换为直流电；各个整流桥的直流负极端共接参考地，各个整流桥的直流正极端均连接在整流母线上，从而将各整流桥的直流电流汇集到整流母线上，以提高整流母线电流。所述主供电电路包括主开关与输出变换器，输出变换器的输入端通过主开关与整流母线连接，输出变换器的输出端用于连接负载。采用输出变换器对整流母线电压进行降压输出，与直接输出给负载相比，负载电压不受整流母线电压波动影响，并且整流母线电压能够提高到负载额定电压以上，而不再受到负载额定电压的限制，例如，负载额定电压为24V，若不接输出变换器，则整流母线电压最高只能运行在24V，接输出变换器后，整流母线电压可运行在10V~28V，经过输出变换器升降压后输出给负载。还包括支撑电容，所述支撑电容为电解电容，支撑电容正极端与整流母线连接，其负极端接参考地。采用了电解电容作为整流母线的支撑电容，与超级电容相比，能在耐压满足整流母线运行要求的前提下降低成本和体积。另外，电解电容充放电速度快，可以迅速反映取电CT交流输入功率和消耗功率（负载消耗与系统消耗）之间的平衡情况，有助于提高DC-DC控制器与AC-DC控制器的响应速度。
根据功率的计算公式P=UI，其中U为电压，I为电流，那么整流母线输入电流增大，整流母线电压运行范围增大，整流母线输出功率则能得到大幅度提升。
本具体实施方式中，所述充电电路通过充电开关与整流母线连接，充电电路输出端接后备储能装置，所述后备储能装置为锂电池组或超级电容器组。所述后备储能装置负极端接参考地，其正极端通过放电开关与输出变换器的输入端连接，从而使得后备储能装置能够通过输出变换器向负载供电；还包括DC-DC控制器； DC-DC控制器内置有电压采样模块，DC-DC控制器的信号输入端与整流母线电压采样点连接，从而能够实时获取整流母线电压；DC-DC控制器的信号输出端分别与主开关、放电开关与充电开关的电控端连接，从而能够根据整流母线电压控制主开关、放电开关与充电开关的开闭状态。
本具体实施方式中，所述整流电路与支撑电容之间连接有泄放电路；所述泄放电路包括第一二极管与泄放开关；所述第一二极管串联在整流母线上，并且其阳极与整流电路连接；所述泄放开关一端与第一二极管的阳极连接，另一端与整流电路共接参考地；还包括内置有电压采样模块AC-DC控制器，AC-DC控制器的信号输入端与整流母线电压采样点连接，从而能够实时获取整流母线电压；AC-DC控制器的信号输出端与泄放开关的电控端连接，从而能够根据整流母线电压控制泄放开关的开闭状态。
本具体实施方式中，所述主开关、放电开关与充电开关均为P沟道MOSFET开关管。采用电子开关（P沟道MOSFET）用于供电路径切换和充放电控制，且由于MOSFET本身具有反向并联的二极管，不存在切换路径时的负载供电死区。
本具体实施方式中，所述泄放开关为N沟道MOSFET开关管。采用N沟道MOSFET作为开关管并联在整流电路后端，提供整流后的直流电流泄放路径，间接地泄放取电CT输出的交流电流，开关管能够采用PWM开关控制，在极端工况（输电线路短路和严重过负荷时）可以更加精准快速调节泄放电流大小实现电源系统能量平衡。
本具体实施方式中，AC-DC控制器通过电源调理芯片从整流母线上获取电能。
本具体实施方式中，支撑电容与主开关之间串联有第二二极管，并且第二二极管的阴极与主开关连接；充电开关一端与第二二极管的阴极连接，其另一端与充电电路连接；所述充电开关并联有第三二极管，并且第三二极管的阳极与充电电路连接，第三二极管的阴极与第二二极管的阴极连接，从而使得后备储能装置产生的反向电流能够经过充电电路与第三二极管回流至2#电源调理芯片的输入端；DC-DC控制器通过2#电源调理芯片能够分别由整流母线正向电流或后备储能装置的反向电流供电。
AC-DC控制器与DC-DC控制器可以分别采用各自的电源调理芯片供电，AC-DC控制器与DC-DC控制器还可以共用同一电源管理芯片，那么则要求共用的电源管理芯片具有双输入（分别接第二二极管的阳极和阴极）与双输出（分别输出给AC-DC控制器与DC-DC控制器）。当取电CT输入功率不足时，电源管理芯片采用后备储能装置的反向电流为DC-DC控制器，由于泄放电路只在取电CT输入功率远大于消耗功率时才工作，那么取电CT输入功率不足时，则可不为AC-DC控制器供电，以节约电能。当取电CT输入功率充足时，则全部采用整流母线上的正向电流为AC-DC控制器与DC-DC控制器供电。
Claims (8)
1.一种用于输电线路监测设备的电源系统，其特征在于：包括用于从输电线获取交流电的取电CT，取电CT连接有用于将交流电转换为直流电的整流电路；整流电路通过整流母线分别连接有主供电电路与充电电路，从而通过主供电电路与充电电路分别为负载与后备储能装置供电；至少包含两个分别从输电线获取交流电的取电CT；所述整流电路包括与各取电CT一一对应的整流桥，各整流桥分别与各自对应的取电CT串联，以将各自取电CT获取的交流电转换为直流电；各个整流桥的直流正极端均连接在整流母线上，各个整流桥的直流负极端共接参考地；所述主供电电路包括主开关与输出变换器，输出变换器的输入端通过主开关与整流母线连接，输出变换器的输出端用于连接负载；还包括支撑电容，所述支撑电容为电解电容，支撑电容正极端与整流母线连接，其负极端接参考地。
2.根据权利要求1所述的用于输电线路监测设备的电源系统，其特征在于：所述充电电路通过充电开关与整流母线连接，充电电路输出端接后备储能装置；所述后备储能装置负极端接参考地，其正极端通过放电开关与输出变换器的输入端连接，从而使得后备储能装置能够通过输出变换器向负载供电；还包括DC-DC控制器； DC-DC控制器内置有电压采样模块，DC-DC控制器的信号输入端与整流母线电压采样点连接，从而能够实时获取整流母线电压；DC-DC控制器的信号输出端分别与主开关、放电开关与充电开关的电控端连接，从而能够根据整流母线电压控制主开关、放电开关与充电开关的开闭状态。
3.根据权利要求1所述的用于输电线路监测设备的电源系统，其特征在于：所述整流电路与支撑电容之间连接有泄放电路；所述泄放电路包括第一二极管与泄放开关；所述第一二极管串联在整流母线上，并且其阳极与整流电路连接；所述泄放开关一端与第一二极管的阳极连接，另一端与整流电路共接参考地；还包括内置有电压采样模块AC-DC控制器，AC-DC控制器的信号输入端与整流母线电压采样点连接，从而能够实时获取整流母线电压；AC-DC控制器的信号输出端与泄放开关的电控端连接，从而能够根据整流母线电压控制泄放开关的开闭状态。
4.根据权利要求3所述的用于输电线路监测设备的电源系统，其特征在于：AC-DC控制器通过1#电源调理芯片从整流母线上获取电能。
5.根据权利要求1所述的用于输电线路监测设备的电源系统，其特征在于：支撑电容与主开关之间串联有第二二极管，并且第二二极管的阴极与主开关连接；充电开关一端与第二二极管的阴极连接，其另一端与充电电路连接；所述充电开关并联有第三二极管，并且第三二极管的阳极与充电电路连接，第三二极管的阴极与第二二极管的阴极连接，从而使得后备储能装置产生的反向电流能够经过充电电路与第三二极管回流至2#电源调理芯片的输入端；DC-DC控制器通过2#电源调理芯片能够分别由整流母线正向电流或后备储能装置的反向电流供电。
6.根据权利要求2所述的用于输电线路监测设备的电源系统，其特征在于：所述主开关、放电开关与充电开关均为P沟道MOSFET开关管。
7.根据权利要求3所述的用于输电线路监测设备的电源系统，其特征在于：所述泄放开关为N沟道MOSFET开关管。
8.根据权利要求1所述的用于输电线路监测设备的电源系统，其特征在于：所述后备储能装置为锂电池组或超级电容器组。
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| CN201920629067.XU CN209497279U (zh) | 2019-05-05 | 2019-05-05 | 用于输电线路监测设备的电源系统 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110601569A (zh) * | 2019-10-29 | 2019-12-20 | 许继电气股份有限公司 | 一种电流互感器的取电电路 |
| CN111917169A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-11-10 | 山东信通电子股份有限公司 | 一种基于动态取电的输电线路故障监拍方法及装置 |
| CN112104022A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-18 | 浙江树人学院（浙江树人大学） | 一种ct取电电源 |
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |