CN103117587A - 一种适用于环网柜的超级电容型电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于环网柜的超级电容型电源装置，采用两路CT互感器并联从线路上感应取电，CT互感器与感应电源模块连接，CT互感器取电后经感应电源模块处理后为负载提供供电，同时给超级电容充电，并用太阳能供电装置作为取能的补充给超级电容充电。本发明的供电装置，与环网柜在线监测***使用的供电装置相比，由于采用了CT（钳）取电，在环网柜中安装监测设备时无须停电，无须改造环网柜大大节省了工作量；采用超级电容作为储能装置替代化学能蓄电池，降低了运行期间的维护工作量，显著提高了设备使用寿命。

Description

一种适用于环网柜的超级电容型电源装置

技术领域

本发明涉及一种适用于环网柜的超级电容型电源装置，属于电力技术领域。 

背景技术

目前，随着国网公司智能电网战略的提出，配电网自动化有了新的内涵，相关的技术研究也逐步开展起来，其主要关注点在于自动化和智能化。环网柜能分合、承载负荷电流、环网电流，是环网供电***中的重要设备。对环网柜内各种设备的健康状态和运行状态的监测是配电自动化***的主要内容之一。由于环网柜安装地点大多在户外，柜内通常都不提供电源，给柜内的传感器、通讯设备供电的电源装置需要具备取能能力，在配网故障时电源还应当能够保持给通讯设备通电以传送故障信息。现有电源装置大多采用PT或太阳能取电、化学能蓄电池储能，有几个较大的不足，一是PT体积大，而柜内空间小，安装PT后影响环网柜的检修、维护；二是安装PT需要停电，需要对环网柜进行改造才能把PT的一次侧接入线路，若推广使用工程量巨大，而且需等待停电检修的时间才能实施，实施周期长；三是化学能储能装置如铅酸蓄电池循环使用次数少、大多需要不定期的维护，而环网柜安装数量大，分布广泛，所以电源的后期维护工作繁重；四是太阳能取电受限于环网柜所处的地理位置和天气影响，功率较小且取能不稳定。由于现有电源装置的缺点，环网柜在线监测无法得到大范围的推广应用。 

发明内容

本发明的目的是提出一种新型的供电装置集成方案，采用超级电容作为储能装置，CT和太阳能两路取能，解决现有环网柜在线监测***所用电源装置的循环使用次数少、维护量大，体积大且需要停电改造现有的环网柜等问题。 

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案： 

一种适用于环网柜的超级电容型电源装置，其特征是，采用两路CT互感器并联从线路上感应取电，CT互感器与感应电源模块连接，CT互感器取电后经感应电源模块处理后为负载提供供电，同时给超级电容充电，所述超级电容同时由太阳能供电装置作为取能的补充充电。

所述感应电源模块中包括分别与两路CT互感器连接的主可控整流模块和辅可控整流模块，经所述主可控整流模块和辅可控整流模块整流后的电流进入电势湖，并由一主控单元根据对电势湖的取样电流控制主PWM变换模块，通过所述主PWM变换模块控制向负载输出电压，或通过所述主PWM变换模块控制充放电控制模块向超级电容充电。 

当所述CT互感应取能不足以支持负载的电能需求时，由所述感应电源模块控制超级电容放电维持负载工作。 

所述CT互感器和所述感应电源模块间由双芯电缆连接。 

所述负载包含设置在环网柜中的传感器和通讯设备。 

本发明与已有电源装置的不同在于：1）已有技术无论采用何种供电方式，都是单一的取能模式，且储能装置是化学能的蓄电池；本发明采用两种取能模式组合的形式，即感应电源模块与太阳能取电模块组合，储能装置为超级电容。2）现有技术也有采用感应取电的应用，但由于配网线路用电低谷时电流小，此时CT取电的功率小到不足以给传感器、通讯设备供电，故只能采用PT取电；本发明采用两个开口式CT钳并联的方式取电，同时使用太阳能供电作为补充，克服了单CT取电在线路用电低谷时功率过小的缺陷，同时具有CT钳取电体积小、可带电作业的优点。 

本发明所达到的有益效果： 

本发明的供电装置，与环网柜在线监测***使用的供电装置相比，由于采用了CT（钳）取电，在环网柜中安装监测设备时无须停电，无须改造环网柜大大节省了工作量；采用超级电容作为储能装置替代化学能蓄电池，降低了运行期间的维护工作量，显著提高了设备使用寿命。

附图说明

图1为超级电容型太阳能UPS电源工作原理图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。 

如图1所示，本发明采用两路CT互感器并联从线路上感应取电，CT互感器与感应电源模块连接，CT互感器取电后经感应电源模块处理后为负载提供供电，同时给超级电容充电，超级电容同时由太阳能供电装置作为取能的补充充电。 

感应电源模块中包括分别与两路CT互感器连接的主可控整流模块和辅可控整流模块，经主可控整流模块和辅可控整流模块整流后的电流进入电势湖，并由一主控单元根据对电势湖的取样电流控制主PWM变换模块，通过主PWM变换模块控制向负载输出电压，或通过主PWM变换模块控制充放电控制模块向超级电容充电。 

本发明方法的主要思路和具体步骤如下： 

主要思路为：在配网线路正常工作且不处于用电低谷时利用感应取电给传感器、通讯设备供电，感应取电装置和太阳能供电装置同时给超级电容充电；线路故障时超级电容放电给传感器、通讯设备供电。

具体实现方案如下： 

（1）感应取电：利用电磁感应原理，通过使用饱和线圈，采用开口式CT钳提取电缆线路上感应交流电压，然后经过整流、滤波和稳压后给传感器、通讯设备供电，同时为超级电容提供电能。安装时每个电源装置连接两个CT，每个CT卡在一条不同的线路上。

主要参数为： 

取能互感器绝缘:10kV；

主输出电压:12V±1％；

唤醒电流:10A；

最大输出功率:20W；

功流比:0.22；

2W负载一次电流:18A；

5W负载一次电流:35A；

最小满载一次电流:105A；

储能电容耐压:15V；

储能电容容量:不限；

最大电缆外径：38mm。

（2）太阳能充电： 在感应取电的同时，通过太阳能装置产生电能对超级电容充电，太阳不充足、阴雨天气电流较小，也可以被超级电容吸收存储起来。超级电容不能对太阳能装置放电。 

太阳能供电装置主要参数为： 

材质：多晶硅；

型号：YF-P20；

额定功率：20W；

尺寸：363*529*25（MM）；

工作电压：17.2V；

工作电流：1.16A。

超级电容放电：夜晚配网线路电流较小时，感应取能不足以支持传感器和通讯设备的电能需求，此时超级电容放电以维持传感器和通讯设备工作。  

下面结合图1，说明电超级电容太阳能UPS电源工作实现步骤。

其中，图1中的端子排说明如下： 

OL1：过载（导线电流不足）告警输出端1；

OL2：过载（导线电流不足）告警输出端2；

Gnd：电源地；

Vo+：+24V电压输出，输出电流不大于1A；

C+： 储能电容正极，电容耐压要求不小于15V；

C－：储能电容负极；

COM1、COM2：主取能互感器输入端子；

S1、S2：辅取能互感器输入端子。

接线说明如下： 

取能互感器和感应电源模块间由截面积为2.5mm²的双芯电缆联接，联接时无需考虑电流相位，即双芯电缆可以分别任接于取能互感器的二次接线柱上。为保证安全，取能互感器外壳和感应电源模块外壳均应可靠接地。

具体实现步骤如下： 

1）采用电势湖技术和高频隔离DC/DC变换技术，对电缆中的电流进行感应取电，满足了高压电流冲击和负载跳变等多种恶劣情况下的安全供电要求，同时采用PWM控制技术，仅在导线电流大于负荷取电要求时进行充电，既延长了储能电容寿命，又提升了充电效率，且可实现储能电容的带电无冲击更换。

2）太阳能组件能在感应取电的同时为超级电容直接充电，即使太阳光不充足、阴雨天气使得通过太阳能板的电流过小，其光能也可以被超级电容吸收存储起来。 

3）当感应电流过小，不足以维持监测设备供电时，超级电容自动给监测设备的供电，以维持监测设备的正常工作。 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。  

Claims (5)

1.一种适用于环网柜的超级电容型电源装置，其特征是，采用两路CT互感器并联从线路上感应取电，所述CT互感器与感应电源模块连接，CT互感器取电后经所述感应电源模块处理后为负载提供供电，同时给超级电容充电，所述超级电容同时由太阳能供电装置作为取能的补充充电。

2.根据权利要求1所述的适用于环网柜的超级电容型电源装置，其特征是，所述感应电源模块中包括分别与两路CT互感器连接的主可控整流模块和辅可控整流模块，经所述主可控整流模块和辅可控整流模块整流后的电流进入电势湖，并由一主控单元根据对电势湖的取样电流控制主PWM变换模块，通过所述主PWM变换模块控制向负载输出电压，或通过所述主PWM变换模块控制充放电控制模块向超级电容充电。

3.根据权利要求1或2所述的适用于环网柜的超级电容型电源装置，其特征是，当所述CT互感应取能不足以支持负载的电能需求时，由所述感应电源模块控制超级电容放电维持负载工作。

4.根据权利要求1或2所述的适用于环网柜的超级电容型电源装置，其特征是，所述CT互感器和所述感应电源模块间由双芯电缆连接。

5.根据权利要求1或2所述的适用于环网柜的超级电容型电源装置，其特征是，所述负载包含设置在环网柜中的传感器和通讯设备。

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