应用于电力电容器在线监测系统的供电系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，其特征在于，包括微波能量发射装置、微波能量接收装置、储能装置、双向充放电电路以及稳压电路；所述微波能量发射装置与微波能量接收装置通过微波信号进行能量传递，微波能量接收装置的输出端经双向充放电电路连接储能装置，双向充放电电路的输出端经稳压电路连接电力电容器在线监测系统电源端。本发明取电方便、可靠性高、系统功耗低，通过薄膜整流天线阵列获取毫瓦至瓦级的电能，并将电能存储于微型石墨烯超级电容器组中，经稳压电路后输出稳定的电压，解决信号电力电容器在线监测系统的供电问题。
【专利说明】
应用于电力电容器在线监测系统的供电系统
技术领域
[0001]本发明涉及电力系统技术领域，特别是一种应用于电力电容器在线监测系统的供电系统。
【背景技术】
[0002]并联电力电容器装置作为无功补偿设备广泛应用于电力输配电系统中，能够有效改善系统的功率因数，提高设备利用率。但高压并联电力电容器是满载运行设备，额定电流较大，长时间运行后易出现电容元件的老化并造成电容器损坏，电容器电容值会发生比较明显的改变。电容器成套设备在线监测系统，能够有效监测电力电容器的运行状态，当电容器故障发生时，还能进行故障原因的分析与定位。变电站电容器在线监测系统可以有效监测每只电容器电容量变化，提前告警，避免事故，提高供电可靠性。
[0003]电容器在线监测系统需要采集每只电容器电流，故每只电容器接线柱上均需安装一个信号采集装置和无线信号发射装置，因此信号采集装置和无线信号发射模块的供电问题便成为制约电容器在线监测系统运行的一个重要因素。目前应用于电容器在线监测系统的供电方式有以下三种:I)采用市电供电，由于电容器组数量庞大，每只电容器上均安装一个模块，如采用220V供电，则供电线缆多，施工复杂，影响应用前景;2)采用太阳能供电，成本较高，受天气变化影响大，运行2?3年后须更换蓄电池，维护成本高;3)采用CT取能供电，安装复杂，爬电距离短，影响电容器组安全，且电容器一次电流在5?80A之间跳变，变化范围大，CT取电线圈电流太小时不能正常工作，太大时取电线圈饱和，导致一次电流畸变，适应范围窄。
【发明内容】
[0004]本发明需要解决的技术问题是提供一种应用于电力电容器在线监测系统、取电方便、系统功耗低、可靠性高的供电系统。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
[0006]应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，其特征在于，包括:
微波能量发射装置，用于发射微波信号；
微波能量接收装置，用于接收微波信号并将微波信号转换为电压信号；
储能装置，用于存储电能；
双向充放电电路，用于对储能装置进行充放电控制；
稳压电路，用于输出供电电压；
所述微波能量发射装置与微波能量接收装置通过微波信号进行能量传递，微波能量接收装置的输出端经双向充放电电路连接储能装置，双向充放电电路的输出端经稳压电路连接电力电容器在线监测系统电源端。
[0007]上述应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，所述微波能量发射装置包括依次连接的微处理器、锁相环、数控衰减器、驱动放大电路、功率放大电路以及喇叭天线，所述锁相环输出5-6GHz、36dBm的微波信号，经数控衰减器、驱动放大电路、功率放大电路处理后输出2-4W的微波功率信号。
[0008]上述应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，所述微波能量发射装置还包括与微处理器输入端连接的用于检测喇叭天线发射的微波功率信号的微波检测电路。
[0009]上述应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，所述微波能量发射装置还包括与微处理器输出端连接的液晶显示器。
[0010]上述应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，所述喇叭天线安装在由单片机控制的可控云台上。
[0011]上述应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，所述微波能量接收装置包括安装在电力电容器上的薄膜整流天线阵列、前端保护电路、信号转换电路和整流滤波电路，所述薄膜整流天线阵列用于接收微波能量发射装置发射的微波信号，微波信号经信号转换电路转换为电压信号后，再经整流滤波电路整流、滤波处理得到稳定的电压信号送入双向充放电电路。
[0012]上述应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，所述双向充放电电路的核心模块为DC-DC模块。
[0013]上述应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，所述储能装置为由若干I?3V超级电容器串并联构成的微型石墨烯超级电容器组。
[0014]上述应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，所述供电系统还包括安装在电力电容器出线套管根部的电流互感器取能装置，电流互感器取能装置的输出端连接双向充放电电路的输入端。
[0015]由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
[0016]本发明取电方便、可靠性高，通过薄膜整流天线阵列获取毫瓦至瓦级的电能，并将电能存储于微型石墨烯超级电容器组中，经稳压电路后输出稳定的电压，解决信号电力电容器在线监测系统的供电问题。本发明系统功耗低，电力电容器在线监测系统的每个采集单元分时工作在最大功率点，休眠时功率消耗在mW级，数据传输时功率消耗小于1W。本发明还可设置电流互感器取能装置，辅助微波供能，提高了供电的可靠性。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的结构框图；
图2为本发明所述微波能量发射装置的结构框图；
图3为本发明所述微波能量发射装置的结构示意图；
图4为本发明所述微波能量接收装置的结构框图；
图5为本发明的安装示意图。
[0018]其中:1.电力电容器，2.薄膜整流天线阵列，3.微波能量发射装置，4.电流互感器取能装置。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
[0020]一种应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，其结构如图1所示包括:微波能量发射装置、微波能量接收装置、储能装置、双向充放电电路以及稳压电路，微波能量发射装置与微波能量接收装置通过微波信号进行能量传递，微波能量接收装置的输出端经双向充放电电路连接储能装置，双向充放电电路的输出端经稳压电路连接电力电容器在线监测系统电源端，为其提供工作电压。
[0021]微波能量发射装置，用于发射微波信号，保证微波发射系统的输出功率。微波能量发射装置的结构如图2所示，包括微处理器、锁相环、数控衰减器、驱动放大电路、功率放大电路、喇叭天线、微波检测电路以及液晶显示器，微处理器、锁相环、数控衰减器、驱动放大电路、功率放大电路以及喇叭天线依次连接，微波检测电路的输出端与微处理器输入端连接，液晶显示器的输入端与微处理器输出端连接，其外观结构如图3所示。
[0022]本发明中，微处理器采用MP430单片机，微波能量发射装置在微处理器的控制下，采用锁相环输出5-6GHz、36dBm的微波信号，该信号经数控衰减器、驱动放大电路、功率放大电路处理后输出2-4W的微波功率信号，最后通过喇叭天线发射到自由空间;微波信号发出后，通过微波检波电路完成喇叭天线发射的微波功率信号的功率测试，变成与输入功率相对应的电压，由ADC7805转化后，通过液晶显示器显示。当然微波能量发射装置还可设置输入装置，用于调节微波能量发射装置输入的输出功率以及输出频率等参数。
[0023]本实施例中，为保证安装在每只电力电容器上的微波能量接收装置均能够接受到微波信号，还可将微波能量发射装置或者单独将喇叭天线安装在一个由单片机控制的可控云台上，通过控制可控云台旋转完成喇叭天线的转向，进一步实现微波功率信号的全方位传输。
[0024]微波能量接收装置安装在电力电容器上，用于接收微波信号并将微波信号转换为电压信号，然后经整流、滤波及稳压处理后存储或向电力电容器在线监测系统供电。微波能量接收装置的结构如图4所示，包括薄膜整流天线阵列、前端保护电路、信号转换电路和整流滤波电路，薄膜整流天线阵列用于接收微波能量发射装置发射的微波信号，微波信号经信号转换电路转换为电压信号后，再经整流滤波电路整流、滤波处理得到稳定的电压信号送入双向充放电电路。
[0025]薄膜整流天线阵列采用8X8阵列，用于收集微波能量。为了防止雷电冲击电流和瞬时故障大电流时烧毁电源电路，在前端保护电路采用瞬变抑制二极管(TVS)限制薄膜整流天线阵列输出端的冲击电压。
[0026]储能装置安装在电力电容器上，用于存储电能。本发明中，储能装置为由若干I?3V超级电容器串并联构成的微型石墨烯超级电容器组，满足实际系统对电压和能量等级的需要，能够在薄膜整流天线阵列接收到电压时，双向充放电电路维持负载休眠模式，同时也给自身充电，从而将多余的能量储存起来;而当薄膜整流天线阵列未收到微波能量时，处于放电状态，为负载提供能量。
[0027]双向充放电电路采用隔离改进型电路设计，用于对储能装置进行充放电控制。双向充放电电路的核心模块为DC-DC模块，DC-DC模块电路选用LT3748控制器，LT3748是隔离型反激式拓扑结构的开关稳压器控制器，能够提供高功率，能够从一个在内部调节的7V电源来驱动低端外部N沟道功率M0SFET;由于该器件直接从主端反激波形来检测隔离输出电压，因此无需借助第三绕组或光隔离器来实现稳压。为提高双向充放电电路的电磁兼容性，减小面积，采用四层PCB板设计方案，并在DC-DC模块输入和输出端加装扼流圈，提高抗干扰能力。
[0028]稳压电路，用于维持输出电压的稳定性，从而满足无线数据采集发射模块的供电需求。本发明中稳压电路的取能供电电压输出范围大，可以根据要求选择+5V、-5?+5V、+12V，电压稳定，纹波系数小，抗干扰能力强，实测EMC能达到IV级、转换效率在85%以上、容量大，极值达到15VA，正常工作1VA，满足电力电容器在线监测系统的供电需求。
[0029]由于电力系统中电力电容器的数量较多，现场布置紧密，因此本发明还在电力电容器出线套管根部设置了电流互感器取能装置，电流互感器取能装置的输出端连接双向充放电电路的输入端。本发明各部件的安装方式如图5所示。
[0030]为方便安装，本发明将电流互感器取能装置、微波能量接收装置、双向充放电电路和稳压电路进行一体化设计，即将电流互感器取能装置、微波能量接收装置、双向充放电电路、稳压电路和电力电容器在线监测系统安装在一个外壳内，而将微波能量接收装置的薄膜整流天线阵列贴装在外壳表面，外壳采用工程塑料用模具一次注塑成型，防护等级可达IP7，环境温度-40 °C?+65°C能正常满负荷工作。整体安装于电容器出线套管的根部，以现场电力电容器套管尺寸计算，安装后的爬电距离约为30cm，按比距2.5cm/kV计算，满足三级污秽要求;电流互感器采用开口设计，安装时无需改动电容器接线，安装方便，施工量少。储能装置则采用不锈钢壳体单独封装，采用航空插头、户外防水电缆与上述外壳内的各部件连接，放置在电力电容器旁侧，不影响原系统安全。
【主权项】
1.应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，其特征在于，包括: 微波能量发射装置，用于发射微波信号； 微波能量接收装置，用于接收微波信号并将微波信号转换为电压信号； 储能装置，用于存储电能； 双向充放电电路，用于对储能装置进行充放电控制； 稳压电路，用于输出供电电压； 所述微波能量发射装置与微波能量接收装置通过微波信号进行能量传递，微波能量接收装置的输出端经双向充放电电路连接储能装置，双向充放电电路的输出端经稳压电路连接电力电容器在线监测系统电源端。2.根据权利要求1所述的应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，其特征在于，所述微波能量发射装置包括依次连接的微处理器、锁相环、数控衰减器、驱动放大电路、功率放大电路以及喇叭天线，所述锁相环输出5-6GHz、36dBm的微波信号，经数控衰减器、驱动放大电路、功率放大电路处理后输出2-4W的微波功率信号。3.根据权利要求2所述的应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，其特征在于，所述微波能量发射装置还包括与微处理器输入端连接的用于检测喇叭天线发射的微波功率信号的微波检测电路。4.根据权利要求2所述的应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，其特征在于，所述微波能量发射装置还包括与微处理器输出端连接的液晶显示器。5.根据权利要求2至4任一项所述的应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，其特征在于，所述喇叭天线安装在由单片机控制的可控云台上。6.根据权利要求1所述的应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，其特征在于，所述微波能量接收装置包括安装在电力电容器上的薄膜整流天线阵列、前端保护电路、信号转换电路和整流滤波电路，所述薄膜整流天线阵列用于接收微波能量发射装置发射的微波信号，微波信号经信号转换电路转换为电压信号后，再经整流滤波电路整流、滤波处理得到稳定的电压信号送入双向充放电电路。7.根据权利要求1所述的应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，其特征在于，所述双向充放电电路的核心模块为DC-DC模块。8.根据权利要求1所述的应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，其特征在于，所述储能装置为由若干I?3V超级电容器串并联构成的微型石墨烯超级电容器组。9.根据权利要求1所述的应用于电力电容器在线监测系统的供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括安装在电力电容器出线套管根部的电流互感器取能装置，电流互感器取能装置的输出端连接双向充放电电路的输入端。
【文档编号】H02J7/00GK106026424SQ201610490057
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】陈清志, 杜瑞红, 华亮亮, 苏浩轩, 郭海波, 徐昌宝, 蒋鹏, 杨建飞, 窦磊, 丁健, 崔旭东
【申请人】国网内蒙古东部电力有限公司通辽供电公司, 保定赛瑞电力科技有限公司