技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例主要涉及配網(wǎng)配電技術(shù)，尤其涉及一種支持太陽能取電的配電線路在線監(jiān)測采集終端。

背景技術(shù)：

配電線路傳輸距離遠(yuǎn)、支線多，多呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其故障查找非常困難。配電線路在線監(jiān)測采集終端與智能線路故障指示器相配合，可實(shí)時監(jiān)測線路的正常運(yùn)行情況和故障發(fā)生過程，檢測并指示短路和接地故障。這將為配電線路對運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時了解線路的運(yùn)行狀況，故障發(fā)生后的定位、維修等帶來極大的便利。

由于架空線型的配電線路多位于野外，配電線路在線監(jiān)測終端的供電將遇到極大的困難。目前通常的做法是將光伏電池與備用電源并聯(lián)使用。由光伏電池為備用電池充電，光伏電池與備用電池并聯(lián)后衛(wèi)配電線路在線監(jiān)測終端供電。由于需考慮多日的陰雨天氣，備用電池需支持配電線路在線監(jiān)測終端10日以上的運(yùn)行。

由于光伏電池的功率受天氣影響很大，其輸出極不穩(wěn)定，從而無法有效控制對備用電池的充電電流。由于戶外夏季現(xiàn)場的高溫，而鋰電池在高溫環(huán)境下的運(yùn)行具有一定的安全性隱患，在某些惡劣情況下，鋰電池會出現(xiàn)高溫鼓肚甚至爆裂等情況。因此備用電池多采用鉛酸電池與鎳氫電池，而這兩種備用電池的記憶效應(yīng)均比較嚴(yán)重。無規(guī)律的充電電流將大大影響這兩種電池的使用壽命。此外，在備用電池的電放完之后，在短時間內(nèi)只能依靠光伏電池的輸出為配電線路在線監(jiān)測采集終端供能，而由于光伏電池的供電不穩(wěn)定，也就無法使得配電線路在線監(jiān)測采集終端穩(wěn)定工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決前述技術(shù)缺陷，提供一種支持太陽能取電的配電線路在線監(jiān)測采集終端，用于與線路故障指示器配合以監(jiān)測配電線路的運(yùn)行情況，包括用于監(jiān)測運(yùn)行情況的信號處理部分，其改進(jìn)在于增設(shè)與所述信號處理部分電連接的光伏自取電部分，用于將太陽能轉(zhuǎn)換為電能并輸出工作電壓，包括：光伏電池板，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能并進(jìn)行儲能；充電電路，連接所述光伏電池板，將電能轉(zhuǎn)換為所述工作電壓；以及連接于所述光伏電池板與充電電路之間的開關(guān)電路，用于控制光伏電池板與所述充電電路之間的直接接通，或者控制所述充電電路內(nèi)各個電路的直接接通。

在一個實(shí)施例中，所述充電電路包括：備用電池，在配電線路負(fù)載長時間輸出功率不足的情況下提供穩(wěn)定的工作電壓；超級電容，用于在短時間內(nèi)對來自光伏電池板的能量進(jìn)行緩存，以穩(wěn)定光伏電池板的輸出電壓和功率，并且穩(wěn)定所述備用電池的充電電流以及所述配電線路在線監(jiān)測采集終端的工作電壓；以及充電管理電路，連接所述備用電池和超級電容之間以按照備用電池的類型而選擇相應(yīng)的充電邏輯以延長所述備用電池的使用周期。

超級電容是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間的、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原電容電荷儲存電能。但在其儲能的過程中并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲能過程是可逆的。因此超級電容具有功率密度高、充放電時間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬等明顯的優(yōu)勢。

本實(shí)施例將光伏電池、超級電容、備用電池并聯(lián)使用，超級電容作為一個緩沖池，在光伏電池板受天氣影響而輸出功率變化的情況下，超級電容在短時間內(nèi)承擔(dān)起為備用電池充電的任務(wù)，這在一定程度上穩(wěn)定了備用電池的充電電流，從而不會間斷整個充電流程，提高了備用電池的充電效率，也大大提升了備用電池的使用壽命。

超級電容與光伏電池的并聯(lián)使用能在一定程度上穩(wěn)定光伏電池的功率輸出，在備用電池放完電后也能在一定程度上改善配電線路在線監(jiān)測采集終端的供電電源，提高配電線路在線監(jiān)測采集終端的運(yùn)行穩(wěn)定性

在一個實(shí)施例中，所述充電邏輯為在一個預(yù)設(shè)周期內(nèi)檢測所述備用電池的使用情況和電流負(fù)荷，從而穩(wěn)定其輸出電流。

在一個實(shí)施例中，所述開關(guān)電路包括連接于光伏電池板與備用電池之間的并聯(lián)開關(guān)二極管D2,D3，防止所述備用電池向超級電容充電，或防止光伏電池板直接向備用電池充電。在另一個實(shí)施例中，所述開關(guān)電路包括連接于所述光伏電池板與備用電池之間的開關(guān)二極管D1，防止備用電池的電能回流至所述光伏電池板。

在一個實(shí)施例中，所述備用電池選用鎳氫電池或鉛酸電池。

在另一個實(shí)施例中，一種支持太陽能取電的配電線路在線監(jiān)測采集終端，用于與線路故障指示器配合以監(jiān)測三相配電線路的運(yùn)行情況，其改進(jìn)設(shè)計在于包括：連接配電線路的電源，它具有高壓線路自取電部分，用于從配電線路上獲取工作電壓，包括：光伏電池板，將配電線路上的能量轉(zhuǎn)換至線路二次側(cè)以進(jìn)行隔離供電；充電電路，將此能量加以存儲并轉(zhuǎn)換為所述工作電壓；以及連接于所述光伏電池板與充電電路之間的開關(guān)電路，用于控制光伏電池板向所述充電電路直接充電；以及通信端，用于通過無線方式分別與所述線路故障指示器和遠(yuǎn)端主站系統(tǒng)進(jìn)行通信連接。

在一個實(shí)施例中，所述線路故障指示器包括分別接設(shè)在A、B、C三相電力線上的A、B、C相線路故障指示器，通過紅外方式連接所述通信端。

在一個實(shí)施例中，所述通信端通過WIFI或有線以太網(wǎng)方式連接遠(yuǎn)端主站系統(tǒng)。

在一個實(shí)施例中，所述充電電路包括：備用電池，在配電線路負(fù)載長時間輸出功率不足的情況下提供穩(wěn)定的工作電壓；超級電容，用于在短時間內(nèi)對來自光伏電池板的能量進(jìn)行緩存，以穩(wěn)定光伏電池板的輸出電壓和功率，并且穩(wěn)定所述備用電池的充電電流以及所述配電線路在線監(jiān)測采集終端的工作電壓；以及充電管理電路，連接所述備用電池和超級電容之間以按照備用電池的類型而選擇相應(yīng)的充電邏輯以延長所述備用電池的使用周期。

在一個實(shí)施例中，所述充電邏輯為在一個預(yù)設(shè)周期內(nèi)檢測所述備用電池的使用情況和電流負(fù)荷，從而穩(wěn)定其輸出電流。

在一個實(shí)施例中，所述開關(guān)電路包括連接于光伏電池板與備用電池之間的并聯(lián)開關(guān)二極管D2,D3，防止所述備用電池向超級電容充電，或防止光伏電池板直接向備用電池充電。

在一個實(shí)施例中，所述備用電池選用鎳氫電池或鉛酸電池。

本發(fā)明技術(shù)效果顯而易見，與高壓PT供能相比，光伏電池板降低了成本，避免了鐵磁諧振，大大提升了電網(wǎng)的安全性。與光伏電池供能相比，光伏電池板的供能穩(wěn)定性大大增加，且由于供能門檻電流較小，因此一天之內(nèi)的有效供電時間也大幅度提高。在與超級電容的配合下，能抵消一部分短時間的線路負(fù)載波動，進(jìn)一步提高了供能的穩(wěn)定性，滿足了配電線路在線監(jiān)測終端的供能需求，由此可帶來如下優(yōu)勢：可較完整地實(shí)現(xiàn)對備用電池的充放電過程，從而增加了備用電池的使用壽命。所需的備用電池的容量也有所降低，從而也降低了整個裝置的成本。在備用電池放完電之后，光伏電池板依舊能為配電線路在線監(jiān)測終端提供穩(wěn)定的電能。

附圖說明

圖1為支持太陽能取電的配電線路在線監(jiān)測采集終端的結(jié)構(gòu)功能框圖；

圖2為用于多級超級電容的均壓電路圖。

具體實(shí)施方式

參照圖1，支持太陽能取電的配電線路在線監(jiān)測采集終端增設(shè)了一個高壓線路自取電部分，用于從配電線路上獲取工作電壓，包括：光伏電池板1，將配電線路上的能量轉(zhuǎn)換至線路二次側(cè)以進(jìn)行隔離供電；充電電路，將此能量加以存儲并轉(zhuǎn)換為所述工作電壓；以及連接于所述光伏電池板1與充電電路之間的開關(guān)電路，用于控制光伏電池板向所述充電電路直接充電。配電線路在線監(jiān)測采集終端與配電線路上的智能線路故障指示器配合，實(shí)現(xiàn)對配電線路的運(yùn)行狀況、故障發(fā)生過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，能檢測并指示短路、接地等故障。與此同時，通過無線或有線信道將監(jiān)測到的信息實(shí)時上報給主站系統(tǒng)，為線路運(yùn)行的狀態(tài)估計、故障的搶修提供依據(jù)，提高供電質(zhì)量。

在一個實(shí)施例中，所述充電電路包括：備用電池2，在配電線路負(fù)載長時間輸出功率不足的情況下提供穩(wěn)定的工作電壓；超級電容3，用于在短時間內(nèi)對來自光伏電池板的能量進(jìn)行緩存，以穩(wěn)定光伏電池板的輸出電壓和功率，并且穩(wěn)定所述備用電池的充電電流以及所述配電線路在線監(jiān)測采集終端的工作電壓；以及充電管理電路4，連接所述備用電池和超級電容之間以按照備用電池的類型而選擇相應(yīng)的充電邏輯以延長所述備用電池的使用周期。

在一個實(shí)施例中，所述充電邏輯為在一個預(yù)設(shè)周期內(nèi)檢測所述備用電池的使用情況和電流負(fù)荷，從而穩(wěn)定其輸出電流。

在一個實(shí)施例中，所述開關(guān)電路包括連接于光伏電池板與備用電池之間的并聯(lián)開關(guān)二極管D2,D3，防止所述備用電池向超級電容充電，或防止光伏電池板直接向備用電池充電。所述開關(guān)電路包括連接于所述光伏電池板與備用電池之間的開關(guān)二極管D1，防止備用電池的電能回流至所述光伏電池板。

在一個實(shí)施例中，所述備用電池選用鎳氫電池或鉛酸電池。

在另一個實(shí)施例中，一種支持太陽能取電的配電線路在線監(jiān)測采集終端，用于與線路故障指示器配合以監(jiān)測三相配電線路的運(yùn)行情況，其改進(jìn)設(shè)計在于包括：連接配電線路的電源，它具有高壓線路自取電部分，用于從配電線路上獲取工作電壓，包括：光伏電池板，將配電線路上的能量轉(zhuǎn)換至線路二次側(cè)以進(jìn)行隔離供電；充電電路，將此能量加以存儲并轉(zhuǎn)換為所述工作電壓；以及連接于所述光伏電池板與充電電路之間的開關(guān)電路，用于控制光伏電池板向所述充電電路直接充電；以及通信端，用于通過無線方式分別與所述線路故障指示器和遠(yuǎn)端主站系統(tǒng)進(jìn)行通信連接。

在一個實(shí)施例中，所述線路故障指示器包括分別接設(shè)在A、B、C三相電力線上的A、B、C相線路故障指示器，通過紅外方式連接所述通信端，對三相智能線路故障指示器通過短距離無線進(jìn)行輪詢問，獲取三相線路的實(shí)時電流、檢測線路對地電場，判斷線路的相間短路、單相接地等故障狀態(tài)。

在一個實(shí)施例中，所述通信端通過WIFI或有線以太網(wǎng)方式連接遠(yuǎn)端主站系統(tǒng)，通過GPRS無線公網(wǎng)與主站系統(tǒng)相連接，并將三相線路的實(shí)時電流、對地電場定時上報給主站系統(tǒng)。并將線路的相間短路、單相接地等故障狀態(tài)實(shí)時上報給主站。以提高故障的響應(yīng)速度，提高供電質(zhì)量。

在圖2所示的一個實(shí)施例中，因超級電容的原理所限，單體超級電容的標(biāo)稱耐壓一般在2.7V，而光伏電池電壓的變化范圍較大，其額定電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過2.7V。由此單體超級電容必須通過多級串聯(lián)使用才能滿足電壓的要求。為使得串聯(lián)超級電容之間能平均分配輸入電壓，則必須在超級電容兩端并上圖2所示的均壓電路，其中P端與超級電容3的正極相連，N端與超級電容3的負(fù)極相連，在多級超級電容的電壓低于2.7V電壓拐點(diǎn)時，圖示的開關(guān)管Q21導(dǎo)通，三極管Q22截止，電路呈現(xiàn)阻斷特性，電路中僅有極小的漏電流流過，不會影響超級電容3的電壓水平。而當(dāng)超級電容的電壓高于2.7V電壓拐點(diǎn)時，Q21截止，Q22導(dǎo)通，而電路呈現(xiàn)穩(wěn)態(tài)二極管電路特性，電流隨電壓增加呈現(xiàn)急劇增大，而電壓被鉗位于二極管U21，多余的電流被多個電阻分流泄放，或釋放過充的電荷，電路電壓不會高于2.7V，因此該電路實(shí)現(xiàn)了超級電容之間的自動均壓功能。