带电设备内置感知装置的供电设备的制作方法

本发明涉及供电设备技术领域，尤其涉及一种带电设备内置感知装置的供电设备。

背景技术：

无线传感器的大规模应用受到最大限制的就是供电问题，世界各国的研究人员都在寻找解决办法。目前常见的解决办法就是电池供电或者环境取能。需要说明的是，无线传感器就是感知装置中的一种，带电设备指的是一次高压侧的带电设备。

电池供电方式简单且应用广泛，但是，电池的容量有限，即使辅以感知装置工作休眠策略及数据过滤技术降低设备功耗，但是，在恶劣环境中电池的实际使用寿命与一次带电设备相比仍然有一定的差距。电池更换为后期运维工作带来很大的工作量，例如，感知装置位于边远的山区或者高原等自然条件恶劣的区域。

环境取能是指从环境温差、振动或光能等获取能源，例如温差发电手表、光动能手表，还有20mw的压电陶瓷振动发电机等。但是，这些技术目前尚难以应用在高压一次带电设备上。因为环境取电无法实现全天24小时不间断的供电。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的以上技术问题，本发明提供一种带电设备内置感知装置的供电设备，能够为高压一次侧的带电设备内的感知装置提供电源。

本发明实施例提供一种带电设备内置感知装置的供电设备，该感知装置内置于带电设备内部，所述感知装置用于测量所述带电设备的参数；包括：在线供电电路、控制器、采样电路、超级电容和电池；

所述在线供电电路，用于从所述带电设备连接的导线上获取电能为感知装置供电；

所述采样电路，用于监测从所述导线上获取的电能大小；

所述控制器，用于判断从所述导线上获取的电能低于所述感知装置需要的电能时，控制所述超级电容和/或所述电池为所述感知装置供电。

优选地，所述超级电容的供电优先级高于所述电池的供电优先级。

优选地，所述控制器，还用于判断从所述导线上获取的电能大于所述感知装置需要的电能时，控制所述在线供电电路为所述感知装置供电的同时为所述超级电容进行充电。

优选地，所述控制器，还用于监测所述超级电容充满电时，控制所述在线控制电路为所述感知装置供电的同时为所述电池进行充电。

优选地，所述在线供电电路包括：电流互感器和最大功率点跟踪电路；

所述电流互感器，用于从所述导线上获取电能，并将获取的电能输出给所述最大功率点跟踪电路；

所述最大功率点跟踪电路，用于根据所述电流互感器输出的电能控制为所述超级电容或电池充电的快慢，以使电流互感器输出的电压达到电流互感器感应的最大电压。

优选地，还包括：多路选择开关；

所述多路选择开关的静触点连接所述最大功率点跟踪电路的输出端；

所述在线供电电路为所述超级电容充电时，所述控制器控制所述多路选择开关的动触点连接所述超级电容；

所述在线供电电路为所述电池充电时，所述控制器控制所述多路选择开关的动触点连接所述电池。

优选地，还包括：第一开关和第二开关；

所述第一开关的第一端连接所述最大功率点跟踪电路的输出端，所述第二开关的第二端连接所述超级电容；

所述第二开关的第一端连接所述最大功率点跟踪电路的输出端，所述第二开关的第二端连接所述电池；

所述在线供电电路为所述超级电容充电时，所述控制器控制所述第一开关闭合；

所述在线供电电路为所述电池充电时，所述控制器控制所述第二开关闭合。

优选地，还包括连接于所述电流互感器和所述最大功率点跟踪电路之间的保护电路；

所述保护电路，用于当所述电流互感器输出的电能为感知装置供电同时为超级电容充电时，所述电流互感器输出的电能大于所述感知装置和超级电容需要的电能，将多余的电能进行泄放。

优选地，还包括第一低压差线性稳压器；

所述第一低压差线性稳压器的输入端连接所述最大功率点跟踪电路的输出端，所述第一低压差线性稳压器的输出端连接所述感知装置。

优选地，还包括：第一升压电路、第二升压电路、第一线或逻辑电路、第二线或逻辑电路和第二低压差线性稳压器；

所述第一升压电路，用于将所述超级电容的输出电压升压后提供给所述感知装置；

所述第二升压电路，将所述电池的输出电压升压后提供给所述感知装置；

所述第一升压电路的输出端连接所述第一线或逻辑电路的第一输入端，所述第二升压电路的输出端连接所述第一线或逻辑电路的第二输入端；

所述第一线或逻辑电路的输入端连接所述第二低压差线性稳压器；

所述第一低压差线性稳压器的输出端连接所述第二线或逻辑电路的第一输入端，所述第二低压差线性稳压器的输出端连接所述第二线或逻辑电路的第二输入端，所述第二线或逻辑电路的输出端连接所述感知装置。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

为感知装置提供了三种供电方式，优先选用从导线上获取电能，即在线为感知装置供电。当在线供电条件不成立时，例如电流很小或者断电，则选择超级电容和/或电池为感知装置供电。超级电容在充满电的情况下可以供电20分钟-30分钟。在此期间，在线供电可能恢复，如果在线供电还没有恢复，当超级电容的电能不能继续为感知装置供电时，可以选择电池为感知装置供电，以保证感知装置的不间断运行。电池的电能一般达到连续供电8个小时以上。另外，当在线供电条件不成立时，也可以选择超级电容和电池共同为感知装置供电。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的带电设备内置感知装置的供电设备实施例一示意图；

图2为本发明提供的带电设备内置感知装置的供电设备实施例二示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

参见图1，该图为本发明提供的带电设备内置感知装置的供电设备实施例一示意图。

本实施例提供的带电设备内置感知装置的供电设备，该感知装置内置于带电设备，所述感知装置用于测量所述带电设备的参数；包括：在线供电电路100、控制器200、采样电路300、超级电容400和电池500；

可以理解的是，一般一次带电设备均为高压设备，例如高压输电线，在线供电电路100直接从高压输电线的导线上获取电能。

感知装置可以用于测量高压输电线上的一些参数，例如检测运动参数或温度。当感知装置用于检测运动参数时，运动参数可以包括：加速度、速度、距离、摆动和舞动等。感知装置实质是无线传感器，将监测的高压输电线的参数反馈到监控中心。但是，由于高压输电线的特殊位置以及性能，感知装置的供电成为难题。尤其是在边远的山区，环境比较恶劣，例如：海拔比较高，或者酷暑，或者严寒。

需要说明的是，本实施例提供的设备是为内置于带电设备的感知装置进行供电，由于该感知装置装设于带电设备内部，而不是装设于带电设备外部，当感知装置装设于带电设备外部时，可以方便地就近交流取电。但是，当感知装置装设于带电设备内部时，由于连线的复杂性，无法直接交流取电。因此，本实施例提供了一种专门为装设于带电设备内部的感知装置供电的设备。

另外，本发明实施例提供的方案也可以应用于低压输电线，但是应用于低压输电线时，经济性不好。

所述在线供电电路100，用于从所述带电设备连接的导线上获取电能为感知装置供电；

所述采样电路300，用于监测从所述导线上获取的电能大小；

采样电路包括电流采样电路和电压采样电路，并且将采样的模拟信号的电压和电流经过模数转换后发给所述控制器200。

所述控制器200，用于判断从所述导线上获取的电能低于所述感知装置需要的电能时，控制所述超级电容400和/或所述电池为所述感知装置供电。

控制器200可以控制超级电容400为感知装置供电，也可以控制电池500为感知装置供电，也可以控制超级电容400和电池500同时为感知装置供电。

但是，为了延长电池500的寿命，所述超级电容的供电优先级高于所述电池的供电优先级。

当从导线上获取的电能不能满足感知装置的供电需求时，优先选用超级电容400为感知装置供电。待所述超级电容400的输出电压小于第一预设电压时才控制所述电池500为所述感知装置供电。由于超级电容400可以充放电很多次，而不影响其性能。但是电池500的充放电次数远低于超级电容400，因此，优选超级电容400为感知装置供电。

由于很多高压一次带电设备设置在环境比较恶劣的地方，因此，为带电设备内的感知装置进行不间断供电成为难题。本实施例中为感知装置提供了三种供电方式，优先选用从导线上获取电能，即在线为感知装置供电。当在线供电条件不成立时，例如电流很小或者断电，则选择超级电容和/或电池为感知装置供电。超级电容在充满电的情况下可以供电20分钟-30分钟。在此期间，在线供电可能恢复，如果在线供电还没有恢复，当超级电容的电能不能继续为感知装置供电时，可以选择电池为感知装置供电，以保证感知装置的不间断运行。电池的电能一般达到连续供电8个小时以上。另外，当在线供电条件不成立时，也可以选择超级电容和电池共同为感知装置供电。

为了保证电池续航较长，可以选择低温镍氢电池，正常情况下，所述低温镍氢电池可以实现连续供电8个小时以上。

其中，控制器可以采用单片机或微处理器。

实施例二：

参见图2，该图为本发明提供的带电设备内置感知装置的供电设备实施例二示意图。

本实施例提供的为感知装置供电的设备，所述控制器200，还用于判断从所述导线上获取的电能大于所述感知装置15需要的电能时，控制所述在线供电电路为所述感知装置15供电的同时为所述超级电容400进行充电。

所述控制器200，还用于监测所述超级电容400充满电时，控制所述在线控制电路为所述感知装置15供电的同时为所述电池500进行充电。

本实施例中，所述在线供电电路包括：电流互感器101和最大功率点跟踪电路102；

所述电流互感器101，用于从所述导线上获取电能，并将获取的电能输出给所述最大功率点跟踪电路102；

所述最大功率点跟踪电路102，用于根据所述电流互感器101输出的电能控制为所述超级电容400或电池500充电的快慢，以使电流互感器101输出的电压达到电流互感器101感应的最大电压。

需要说明的是，电流互感器101存在最大效率的工作电压，因为电流互感器101的输出阻抗比较大，所以调整输出电流可以调整电流互感器101的电压工作点，也就是通过调整电流互感器101的输出电流来控制电流互感器101的输出电压，电流互感器101的输出电流直接决定了给超级电容或电池充电的电流的大小，电流互感器101的充电电流大，则为超级电容或电池充电的速度就快，反之充电则慢。本实施例提供的最大功率点跟踪电路102可以根据电流互感器101输出的电能来控制给超级电容或电池充电的充电电流的大小。满足一个原则就是当电流互感器101从导线上感应的电能多时，则充电电流大充电速度快。当电流互感器101从导线上感应的电能少时，则充电电流小充电慢。

当优先选择为超级电容充电然后再给电池充电时，需要选择开关来切换充电通路。其中选择开关可以为多路选择开关，也可以为两个独立的开关，下面分别来介绍。

继续参见图2，本实施例提供的设备，还包括：多路选择开关105；

所述多路选择开关105的静触点连接所述最大功率点跟踪电路102的输出端；

所述在线供电电路为所述超级电容400充电时，所述控制器200控制所述多路选择开关105的动触点连接所述超级电容400；

所述在线供电电路为所述电池500充电时，所述控制器200控制所述多路选择开关105的动触点连接所述电池500。

另外，当由两个独立开关选择充电通路时，本实施例提供的设备还可以包括：第一开关和第二开关(图中未示出)；

所述第一开关的第一端连接所述最大功率点跟踪电路的输出端，所述第二开关的第二端连接所述超级电容；

所述第二开关的第一端连接所述最大功率点跟踪电路的输出端，所述第二开关的第二端连接所述电池；

所述在线供电电路为所述超级电容充电时，所述控制器控制所述第一开关闭合；

所述在线供电电路为所述电池充电时，所述控制器控制所述第二开关闭合。

另外，为了保护器件的安全性，本实施例提供的为感知装置供电的设备，还可以包括：连接于所述电流互感器101和所述最大功率点跟踪电路102之间的保护电路104；

所述保护电路104，用于当所述电流互感器101输出的电能为感知装置15供电同时为超级电容400充电时，所述电流互感器101输出的电能大于所述感知装置15和超级电容400需要的电能，将多余的电能进行泄放。

另外，为了保证供给感知装置的电压的稳定性，本发明实施例提供的设备还可以包括：第一低压差线性稳压器(ldo，lowdropoutregulator)103；

所述ldo103的输入端连接所述最大功率点跟踪电路102的输出端，所述ldo103的输出端连接所述感知装置15。

另外，还包括：第一升压电路108、第二升压电路109、第一线或逻辑电路、第二线或逻辑电路和第二低压差线性稳压器ldo110；

所述第一升压电路108，用于将所述超级电容400的输出电压升压后提供给所述感知装置15；

第一升压电路108可以将超级电容400的输出电压升高到5v。

所述第二升压电路109，将所述电池500的输出电压升压后提供给所述感知装置15；

第二升压电路109可以将电池500的输出电压升高到4.7v。

本实施例中，提供了两个升压电路，而没有使超级电容400和电池500共用同一个升压电路。

所述第一升压电路108的输出端连接所述第一线或逻辑电路107的第一输入端，所述第二升压电路109的输出端连接所述第一线或逻辑电路107的第二输入端；

由于第一升压电路108输出的电压高于第二升压电路109输出的电压，因此，当第一升压电路108和第二升压电路109通过第一线或逻辑电路107时，优先较高的电压输出为感知装置供电，即优先选用超级电容400的输出电压为感知装置供电。只有超级电容400的输出电压较低，经过第一升压电路108升压后仍然低于第二升压电路109输出的电压，此时则第一线或逻辑电路107选择电池500为感知装置供电。另外，当超级电容400输出的电压很低时，第一升压电路108将自动关闭。例如超级电容400输出电压低于1.2v。

所述第一线或逻辑电路107的输入端连接所述第二低压差线性稳压器ldo110；

所述第一低压差线性稳压器103的输出端连接所述第二线或逻辑电路114的第一输入端，所述第二低压差线性稳压器110的输出端连接所述第二线或逻辑电路114的第二输入端，所述第二线或逻辑电路114的输出端连接所述感知装置15。

为了保证在线供电的优先级最高，则第一低压差线性稳压器103和第二低压差线性稳压器110的输出端连接了第二线或逻辑电路114，目的是为了当最大功率点跟踪电路102输出的电压比第一线或逻辑电路107输出的电压高时，则通过第二线或逻辑电路114选择最大功率点跟踪电路102输出的电能为感知装置供电。

例如，ldo103输出3.6v，ldo110输出3.3v，则优先选择ldo103为感知装置提供电源。

现有感知装置集成在电力设备内部的较少，外置的感知装置多用电池供电或环境供电等方式，电池供电方式面临电池更换运维复杂难题，环境供电无法实现全天候供电。本发明实施例提供的设备，提供电流互感器、超级电容及电池三种供电方式智能切换，实现户外严酷气候条件下感知装置的不间断供电，解决带电设备的感知装置的可靠供电难题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。