應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，其特征在于，包括微波能量發(fā)射裝置、微波能量接收裝置、儲能裝置、雙向充放電電路以及穩(wěn)壓電路；所述微波能量發(fā)射裝置與微波能量接收裝置通過微波信號進(jìn)行能量傳遞，微波能量接收裝置的輸出端經(jīng)雙向充放電電路連接儲能裝置，雙向充放電電路的輸出端經(jīng)穩(wěn)壓電路連接電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)電源端。本發(fā)明取電方便、可靠性高、系統(tǒng)功耗低，通過薄膜整流天線陣列獲取毫瓦至瓦級的電能，并將電能存儲于微型石墨烯超級電容器組中，經(jīng)穩(wěn)壓電路后輸出穩(wěn)定的電壓，解決信號電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電問題。
【專利說明】
應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)電力電容器裝置作為無功補(bǔ)償設(shè)備廣泛應(yīng)用于電力輸配電系統(tǒng)中，能夠有效改善系統(tǒng)的功率因數(shù)，提高設(shè)備利用率。但高壓并聯(lián)電力電容器是滿載運(yùn)行設(shè)備，額定電流較大，長時(shí)間運(yùn)行后易出現(xiàn)電容元件的老化并造成電容器損壞，電容器電容值會發(fā)生比較明顯的改變。電容器成套設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠有效監(jiān)測電力電容器的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)電容器故障發(fā)生時(shí)，還能進(jìn)行故障原因的分析與定位。變電站電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)可以有效監(jiān)測每只電容器電容量變化，提前告警，避免事故，提高供電可靠性。
[0003]電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)需要采集每只電容器電流，故每只電容器接線柱上均需安裝一個(gè)信號采集裝置和無線信號發(fā)射裝置，因此信號采集裝置和無線信號發(fā)射模塊的供電問題便成為制約電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)重要因素。目前應(yīng)用于電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電方式有以下三種:I)采用市電供電，由于電容器組數(shù)量龐大，每只電容器上均安裝一個(gè)模塊，如采用220V供電，則供電線纜多，施工復(fù)雜，影響應(yīng)用前景;2)采用太陽能供電，成本較高，受天氣變化影響大，運(yùn)行2?3年后須更換蓄電池，維護(hù)成本高;3)采用CT取能供電，安裝復(fù)雜，爬電距離短，影響電容器組安全，且電容器一次電流在5?80A之間跳變，變化范圍大，CT取電線圈電流太小時(shí)不能正常工作，太大時(shí)取電線圈飽和，導(dǎo)致一次電流畸變，適應(yīng)范圍窄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)、取電方便、系統(tǒng)功耗低、可靠性高的供電系統(tǒng)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0006]應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，其特征在于，包括:
微波能量發(fā)射裝置，用于發(fā)射微波信號；
微波能量接收裝置，用于接收微波信號并將微波信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；
儲能裝置，用于存儲電能；
雙向充放電電路，用于對儲能裝置進(jìn)行充放電控制；
穩(wěn)壓電路，用于輸出供電電壓；
所述微波能量發(fā)射裝置與微波能量接收裝置通過微波信號進(jìn)行能量傳遞，微波能量接收裝置的輸出端經(jīng)雙向充放電電路連接儲能裝置，雙向充放電電路的輸出端經(jīng)穩(wěn)壓電路連接電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)電源端。
[0007]上述應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，所述微波能量發(fā)射裝置包括依次連接的微處理器、鎖相環(huán)、數(shù)控衰減器、驅(qū)動放大電路、功率放大電路以及喇叭天線，所述鎖相環(huán)輸出5-6GHz、36dBm的微波信號，經(jīng)數(shù)控衰減器、驅(qū)動放大電路、功率放大電路處理后輸出2-4W的微波功率信號。
[0008]上述應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，所述微波能量發(fā)射裝置還包括與微處理器輸入端連接的用于檢測喇叭天線發(fā)射的微波功率信號的微波檢測電路。
[0009]上述應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，所述微波能量發(fā)射裝置還包括與微處理器輸出端連接的液晶顯示器。
[0010]上述應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，所述喇叭天線安裝在由單片機(jī)控制的可控云臺上。
[0011]上述應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，所述微波能量接收裝置包括安裝在電力電容器上的薄膜整流天線陣列、前端保護(hù)電路、信號轉(zhuǎn)換電路和整流濾波電路，所述薄膜整流天線陣列用于接收微波能量發(fā)射裝置發(fā)射的微波信號，微波信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓信號后，再經(jīng)整流濾波電路整流、濾波處理得到穩(wěn)定的電壓信號送入雙向充放電電路。
[0012]上述應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，所述雙向充放電電路的核心模塊為DC-DC模塊。
[0013]上述應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，所述儲能裝置為由若干I?3V超級電容器串并聯(lián)構(gòu)成的微型石墨烯超級電容器組。
[0014]上述應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，所述供電系統(tǒng)還包括安裝在電力電容器出線套管根部的電流互感器取能裝置，電流互感器取能裝置的輸出端連接雙向充放電電路的輸入端。
[0015]由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明所取得技術(shù)進(jìn)步如下。
[0016]本發(fā)明取電方便、可靠性高，通過薄膜整流天線陣列獲取毫瓦至瓦級的電能，并將電能存儲于微型石墨烯超級電容器組中，經(jīng)穩(wěn)壓電路后輸出穩(wěn)定的電壓，解決信號電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電問題。本發(fā)明系統(tǒng)功耗低，電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的每個(gè)采集單元分時(shí)工作在最大功率點(diǎn)，休眠時(shí)功率消耗在mW級，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)功率消耗小于1W。本發(fā)明還可設(shè)置電流互感器取能裝置，輔助微波供能，提高了供電的可靠性。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為本發(fā)明所述微波能量發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
圖3為本發(fā)明所述微波能量發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明所述微波能量接收裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
圖5為本發(fā)明的安裝示意圖。
[0018]其中:1.電力電容器，2.薄膜整流天線陣列，3.微波能量發(fā)射裝置，4.電流互感器取能裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0020]一種應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示包括:微波能量發(fā)射裝置、微波能量接收裝置、儲能裝置、雙向充放電電路以及穩(wěn)壓電路，微波能量發(fā)射裝置與微波能量接收裝置通過微波信號進(jìn)行能量傳遞，微波能量接收裝置的輸出端經(jīng)雙向充放電電路連接儲能裝置，雙向充放電電路的輸出端經(jīng)穩(wěn)壓電路連接電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)電源端，為其提供工作電壓。
[0021]微波能量發(fā)射裝置，用于發(fā)射微波信號，保證微波發(fā)射系統(tǒng)的輸出功率。微波能量發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括微處理器、鎖相環(huán)、數(shù)控衰減器、驅(qū)動放大電路、功率放大電路、喇叭天線、微波檢測電路以及液晶顯示器，微處理器、鎖相環(huán)、數(shù)控衰減器、驅(qū)動放大電路、功率放大電路以及喇叭天線依次連接，微波檢測電路的輸出端與微處理器輸入端連接，液晶顯示器的輸入端與微處理器輸出端連接，其外觀結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0022]本發(fā)明中，微處理器采用MP430單片機(jī)，微波能量發(fā)射裝置在微處理器的控制下，采用鎖相環(huán)輸出5-6GHz、36dBm的微波信號，該信號經(jīng)數(shù)控衰減器、驅(qū)動放大電路、功率放大電路處理后輸出2-4W的微波功率信號，最后通過喇叭天線發(fā)射到自由空間;微波信號發(fā)出后，通過微波檢波電路完成喇叭天線發(fā)射的微波功率信號的功率測試，變成與輸入功率相對應(yīng)的電壓，由ADC7805轉(zhuǎn)化后，通過液晶顯示器顯示。當(dāng)然微波能量發(fā)射裝置還可設(shè)置輸入裝置，用于調(diào)節(jié)微波能量發(fā)射裝置輸入的輸出功率以及輸出頻率等參數(shù)。
[0023]本實(shí)施例中，為保證安裝在每只電力電容器上的微波能量接收裝置均能夠接受到微波信號，還可將微波能量發(fā)射裝置或者單獨(dú)將喇叭天線安裝在一個(gè)由單片機(jī)控制的可控云臺上，通過控制可控云臺旋轉(zhuǎn)完成喇叭天線的轉(zhuǎn)向，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)微波功率信號的全方位傳輸。
[0024]微波能量接收裝置安裝在電力電容器上，用于接收微波信號并將微波信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后經(jīng)整流、濾波及穩(wěn)壓處理后存儲或向電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)供電。微波能量接收裝置的結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括薄膜整流天線陣列、前端保護(hù)電路、信號轉(zhuǎn)換電路和整流濾波電路，薄膜整流天線陣列用于接收微波能量發(fā)射裝置發(fā)射的微波信號，微波信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓信號后，再經(jīng)整流濾波電路整流、濾波處理得到穩(wěn)定的電壓信號送入雙向充放電電路。
[0025]薄膜整流天線陣列采用8X8陣列，用于收集微波能量。為了防止雷電沖擊電流和瞬時(shí)故障大電流時(shí)燒毀電源電路，在前端保護(hù)電路采用瞬變抑制二極管(TVS)限制薄膜整流天線陣列輸出端的沖擊電壓。
[0026]儲能裝置安裝在電力電容器上，用于存儲電能。本發(fā)明中，儲能裝置為由若干I?3V超級電容器串并聯(lián)構(gòu)成的微型石墨烯超級電容器組，滿足實(shí)際系統(tǒng)對電壓和能量等級的需要，能夠在薄膜整流天線陣列接收到電壓時(shí)，雙向充放電電路維持負(fù)載休眠模式，同時(shí)也給自身充電，從而將多余的能量儲存起來;而當(dāng)薄膜整流天線陣列未收到微波能量時(shí)，處于放電狀態(tài)，為負(fù)載提供能量。
[0027]雙向充放電電路采用隔離改進(jìn)型電路設(shè)計(jì)，用于對儲能裝置進(jìn)行充放電控制。雙向充放電電路的核心模塊為DC-DC模塊，DC-DC模塊電路選用LT3748控制器，LT3748是隔離型反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)穩(wěn)壓器控制器，能夠提供高功率，能夠從一個(gè)在內(nèi)部調(diào)節(jié)的7V電源來驅(qū)動低端外部N溝道功率M0SFET;由于該器件直接從主端反激波形來檢測隔離輸出電壓，因此無需借助第三繞組或光隔離器來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。為提高雙向充放電電路的電磁兼容性，減小面積，采用四層PCB板設(shè)計(jì)方案，并在DC-DC模塊輸入和輸出端加裝扼流圈，提高抗干擾能力。
[0028]穩(wěn)壓電路，用于維持輸出電壓的穩(wěn)定性，從而滿足無線數(shù)據(jù)采集發(fā)射模塊的供電需求。本發(fā)明中穩(wěn)壓電路的取能供電電壓輸出范圍大，可以根據(jù)要求選擇+5V、-5?+5V、+12V，電壓穩(wěn)定，紋波系數(shù)小，抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)測EMC能達(dá)到IV級、轉(zhuǎn)換效率在85%以上、容量大，極值達(dá)到15VA，正常工作1VA，滿足電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電需求。
[0029]由于電力系統(tǒng)中電力電容器的數(shù)量較多，現(xiàn)場布置緊密，因此本發(fā)明還在電力電容器出線套管根部設(shè)置了電流互感器取能裝置，電流互感器取能裝置的輸出端連接雙向充放電電路的輸入端。本發(fā)明各部件的安裝方式如圖5所示。
[0030]為方便安裝，本發(fā)明將電流互感器取能裝置、微波能量接收裝置、雙向充放電電路和穩(wěn)壓電路進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，即將電流互感器取能裝置、微波能量接收裝置、雙向充放電電路、穩(wěn)壓電路和電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝在一個(gè)外殼內(nèi)，而將微波能量接收裝置的薄膜整流天線陣列貼裝在外殼表面，外殼采用工程塑料用模具一次注塑成型，防護(hù)等級可達(dá)IP7，環(huán)境溫度-40 °C?+65°C能正常滿負(fù)荷工作。整體安裝于電容器出線套管的根部，以現(xiàn)場電力電容器套管尺寸計(jì)算，安裝后的爬電距離約為30cm，按比距2.5cm/kV計(jì)算，滿足三級污穢要求;電流互感器采用開口設(shè)計(jì)，安裝時(shí)無需改動電容器接線，安裝方便，施工量少。儲能裝置則采用不銹鋼殼體單獨(dú)封裝，采用航空插頭、戶外防水電纜與上述外殼內(nèi)的各部件連接，放置在電力電容器旁側(cè)，不影響原系統(tǒng)安全。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，其特征在于，包括: 微波能量發(fā)射裝置，用于發(fā)射微波信號； 微波能量接收裝置，用于接收微波信號并將微波信號轉(zhuǎn)換為電壓信號； 儲能裝置，用于存儲電能； 雙向充放電電路，用于對儲能裝置進(jìn)行充放電控制； 穩(wěn)壓電路，用于輸出供電電壓； 所述微波能量發(fā)射裝置與微波能量接收裝置通過微波信號進(jìn)行能量傳遞，微波能量接收裝置的輸出端經(jīng)雙向充放電電路連接儲能裝置，雙向充放電電路的輸出端經(jīng)穩(wěn)壓電路連接電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)電源端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述微波能量發(fā)射裝置包括依次連接的微處理器、鎖相環(huán)、數(shù)控衰減器、驅(qū)動放大電路、功率放大電路以及喇叭天線，所述鎖相環(huán)輸出5-6GHz、36dBm的微波信號，經(jīng)數(shù)控衰減器、驅(qū)動放大電路、功率放大電路處理后輸出2-4W的微波功率信號。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述微波能量發(fā)射裝置還包括與微處理器輸入端連接的用于檢測喇叭天線發(fā)射的微波功率信號的微波檢測電路。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述微波能量發(fā)射裝置還包括與微處理器輸出端連接的液晶顯示器。5.根據(jù)權(quán)利要求2至4任一項(xiàng)所述的應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述喇叭天線安裝在由單片機(jī)控制的可控云臺上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述微波能量接收裝置包括安裝在電力電容器上的薄膜整流天線陣列、前端保護(hù)電路、信號轉(zhuǎn)換電路和整流濾波電路，所述薄膜整流天線陣列用于接收微波能量發(fā)射裝置發(fā)射的微波信號，微波信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓信號后，再經(jīng)整流濾波電路整流、濾波處理得到穩(wěn)定的電壓信號送入雙向充放電電路。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述雙向充放電電路的核心模塊為DC-DC模塊。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能裝置為由若干I?3V超級電容器串并聯(lián)構(gòu)成的微型石墨烯超級電容器組。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于電力電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述供電系統(tǒng)還包括安裝在電力電容器出線套管根部的電流互感器取能裝置，電流互感器取能裝置的輸出端連接雙向充放電電路的輸入端。
【文檔編號】H02J7/00GK106026424SQ201610490057
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】陳清志, 杜瑞紅, 華亮亮, 蘇浩軒, 郭海波, 徐昌寶, 蔣鵬, 楊建飛, 竇磊, 丁健, 崔旭東
【申請人】國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司通遼供電公司, 保定賽瑞電力科技有限公司