一种用于系留气球的球上供配电装置的制作方法

本发明属于供配电装置技术领域，具体涉及一种用于系留气球的球上供配电装置。

背景技术：

目前市面上系留气球产品中的供配电系统一般采用高压传输方式。供电网电能经过地面的工频或中频升压变压器将交流电泵升至数千伏的高压交流电后，经过长距离的系留供电缆绳传输至球上；基于上述电能传输方式，目前球上供电部分主要由降压单元、电源单元、应急电源单元和配电单元组成，各部分均为独立的部分；其中，降压单元为工频或中频降压变压器，电源单元将降压单元输出的低压工频或中频交流电转换为满足球上设备需求的电能，应急电源单元为球上设备提供应急电能，配电单元将电能分配至球上设备。

上述供配电方案在系留气球使用场合存在以下3个弊端：

1)球上配置工频或中频降压变压器会大大增加电源分系统设备的重量，其重量约占球上电源分系统总重量的40％，系留气球自身设备的重量是关系系留气球系统规模的核心因素，如果能降低输电环节中降压变压器的重量，对提升系留气球系统的性能、性价比等方面有重要的意义；

2)球上关键设备即球体设备与载荷设备共用同一套供配电单元。载荷设备的供电体制会对球上供配电系统的设计产生一定影响。载荷设备故障时如不能及时处理，将对球体设备造成损坏，影响浮空器的正常运行；

3)球上供电部分的各组成单元均独立设计机柜，增加了球上电源分系统的体积重量；机柜之间的接口数量较多，增加了系统的复杂性，维护和制造成本较高；球上供配电系统的中间转换环节较多，降低了系统的可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于系留气球的球上供配电装置，该装置采用两套配电装置对球体设备和载荷设备分别配电，提高系统可靠性。

本发明技术方案一种用于系留气球的球上供配电装置，该装置输入端连接有高压缆绳，包括球体供配电单元、载荷供配电单元及数据采集与处理单元，球体供配电单元的输入端与高压缆绳连接、输出端连接有球体设备，载荷供配电单元的输入端与高压缆绳连接、输出端连接有载荷设备，所述数据采集与处理单元分别与球体供配电单元、载荷供配电单元连接。

优选地，本发明所述的一种用于系留气球的球上供配电装置，所述球体供配电单元包括降压变换器组、第一多路稳压隔离模块组和第一断路器组，所述降压变换器组输入端与高压缆绳连接、输出端连接到第一多路稳压隔离模块组输入端及第一断路器组输入端，第一断路器组输入端还与第一多路稳压隔离模块组输出端连接，第一断路器组输出端与球体设备输入端连接，所述数据采集与处理单元与第一断路器组交互连接。

优选地，本发明所述的一种用于系留气球的球上供配电装置，所述降压变换器组包括两个互为备份的直流变换器。

优选地，本发明所述的一种用于系留气球的球上供配电装置，所述第一多路稳压隔离模块组包括至少一个稳压隔离模块。

优选地，本发明所述的一种用于系留气球的球上供配电装置，所述球体供配电单元还包括球上应急电源，球上应急电源的输出端与第一多路稳压隔离模块组输入端及第一断路器组输入端连接，球上应急电源为可充电蓄电池。

优选地，本发明所述的一种用于系留气球的球上供配电装置，所述降压变换器和第一多路稳压隔离模块组均为功率电子变换设备。

优选地，本发明所述的一种用于系留气球的球上供配电装置，所述载荷供配电单元包括载荷变换器组、第二多路稳压隔离模块组和第二断路器组，所述载荷变换器组输入端与高压缆绳连接、输出端分别连接到第二多路稳压隔离模块组输入端和第二断路器组输入端，第二断路器组的输入端还与第二多路稳压隔离模块组的输出端连接，第二断路器组的输出端与载荷设备输入端连接，所述数据采集与处理单元与第二断路器组交互连接。

优选地，本发明所述的一种用于系留气球的球上供配电装置，所述第二多路稳压隔离模块组包括隔离直流模块或/和隔离交流模块。

优选地，本发明所述的一种用于系留气球的球上供配电装置，所述载荷变换器组包括至少一个变换器。

优选地，本发明所述的一种用于系留气球的球上供配电装置，所述数据采集与处理单元还连接有通信接口。

本发明技术有益效果：

本发明技术方案设计两套配电设备分别给球体设备和载荷设备供电，避免单一设备故障时需要整体检修的情况，同时减少配电系统中间转换环节，提高设备可靠性，采用基于电力电子技术的功率电子变换设备和固态配电设备，显著减小了设备重量。

附图说明

图1为本发明一种用于系留气球的球上供配电装置使用状态结构示意图，

图2为实施例一中用于系留气球的球上供配电装置使用状态结构示意图，

图3为实施例二中用于系留气球的球上供配电装置使用状态结构示意图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。

如图1所示，本发明提供的一种用于系留气球的球上供配电装置，该装置输入端连接高压缆绳，高压缆绳从地面上的升压单元获取高压电能，该用于系留气球的球上供配电装置包括球体供配电单元、载荷供配电单元及数据采集与处理单元，所述球体供配电单元连接有球体设备，并向球体设备供电，所述载荷供配电单元连接有载荷设备，并向载荷设备供电；所述数据采集与处理单元分别与球体供配电单元、载荷供配电单元连接，数据采集与处理单元对第一断路器组、第二断路器组、球体设备及载荷设备输入端的电流、电压、频率和回馈信号进行采集，并对第一断路器组和第二断路器组进行控制，第一断路器组和第二断路器组均包括有多个断路器；数据采集与处理单元还连接有通信接口，以便进行信号传输通信。

具体地，所述球体供配电单元包括降压变换器组、球上应急电源、第一多路稳压隔离模块组和第一断路器组，所述降压变换器组输入端与高压缆绳连接、输出端连接到第一多路稳压隔离模块组输入端及第一断路器组输入端，第一断路器组输入端还与第一多路稳压隔离模块组输出端连接，第一断路器组输出端与球体设备输入端连接，数据采集与处理单元与第一断路器组交互连接，即第一断路器组的输出端与数据采集与处理单元的输入端连接，数据采集与处理单元的输出端与第一断路器组的输入端连接；降压变换器和第一多路稳压隔离模块组均为功率电子变换设备；还包括球上应急电源，所述球上应急电源可选用可充电蓄电池，球上应急电源的输出端与第一稳压隔离模块输入端及第一断路器组输入端连接，所述降压变换器组包括两个互为备份的直流变换器；所述第一多路稳压隔离模块组包括至少一个稳压隔离模块，具体种类根据实际需要选择。

所述载荷供配电单元包括载荷变换器组、第二多路稳压隔离模块组和第二断路器组，所述载荷变换器组输入端与高压缆绳连接、输出端分别连接到第二多路稳压隔离模块组输入端和第二断路器组输入端，第二断路器组的输入端还与第二多路稳压隔离模块组的输出端连接，第二断路器组的输出端与载荷设备输入端连接，数据采集与处理单元与第二断路器组交互连接，即第二断路器组的输出端与数据采集与处理单元的输入端连接，数据采集与处理单元的输出端与第二断路器组的输入端连接。所述第二多路稳压隔离模块组包括隔离直流模块或/和隔离交流模块，具体根据实际需要选择；所述载荷变换器组包括至少一个变换器，变换器的种类根据需要选择。

该供配电装置包括球体供配电单元和载荷供配电单元，两者均从高压缆绳获取电能后并行工作，具体工作原理如下：

球体供配电部分的工作原理：高压电能由高压缆绳传输至降压变换器的输入端，经过降压变换器的变换得到低压直流电能，低压直流电能经第一多路稳压隔离模块至第一断路器组后分配给需要隔离和高精度电压的球体设备，以及直接经第一断路器组分配给通用的球体设备；球上应急电源应用于高压缆绳不能供电时。

载荷供配电部分的工作原理为：高压电能由高压缆绳传输至载荷变换器组的输入端，经过载荷变换器组的变换得到客户定制的交流电或直流电，交流电能或直流电能经第二多路稳压隔离模块至第二断路器组后分配给需要隔离和高精度电压的载荷设备，以及直接经第二断路器组分配给通用的载荷设备。

参阅图2为本发明实施例一中用于系留气球的球上供配电装置使用状态的结构示意图，本实施例中，球体设备包括测控设备、通讯设备、风机、阀门、适航设备和环控设备，载荷设备包括一路隔离直流负载、一路隔离交流负载、两路非隔离直流负载以及两路非隔离交流负载。

降压高压缆绳与地面的AC/DC变换单元连接，获取直流电能传输至本供配电装置，并经降压变压器组变换得到低压直流电能，降压变压器组选用两台DC/DC变换器，第一隔离稳压模块组有两个隔离稳压模块，分别微隔离稳压模块A和隔离稳压模块B，其中隔离稳压模块A通过第一断路器组向测控设备供电，隔离稳压模块B向通讯设备供电；风机、阀门、适航设备及环控设备则有降压变换器组直接供电；载荷变换器组选用一台DC/DC变换器、一台DC/AC变换器，第二隔离模块组包括一隔离直流模块和一隔离交流模块，高压电缆传输的高压电能经载荷变换器组变换后，隔离直流模块通过第二断路器组向隔离直流负载供电，隔离交流模块通过第二断路器组向隔离交流负载供电，载荷变压器组直接经第二断路器组向非隔离直流负载和非隔离交流负载供电。

参阅图3为本发明实施例二中用于系留气球的球上供配电装置使用状态的结构示意图，本实施例中，球体设备包括测控设备、通讯设备、风机、阀门、适航设备和环控设备，载荷设备包括一路隔离直流负载、两路非隔离直流负载和两路非隔离交流负载。

高压缆绳与地面AC/AC交换单元连接获得交流电能，分别传输至球体供配电单元和载荷供配电单元，降压变压器组选用两台AC/DC变换器，将高压交流电能转换为低压直流电压，第一隔离稳压模块组包括隔离稳压模块A和隔离稳压模块B，隔离稳压模块A通过第一断路器组向测控设备供电，隔离稳压模块B通过第一断路器组向通讯设备供电，风机、发明、适航设备和环控设备由降压变换器组直接通过第一断路器组供电；载荷供配电单元中，载荷变换器组选用一台AC/DC变换器，一台AC/AC变换器，第二隔离稳压模块组选用一台隔离直流模块，该隔离直流模块通过第二断路器组向隔离直流负载供电，载荷变换器组直接通过第二断路器组向非隔离直流负载和非交流负载供电。

本发明技术方案在上面结合附图对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。