输电线路在线监测风光互补电源系统及其风力发电装置的制作方法

本发明涉及电源系统，尤其涉及输电线路在线监测的电源系统，具体地说是一种输电线路在线监测风光互补电源系统及其风力发电装置。

背景技术：

随着社会经济的高速发展，各行各业对电力供应的质量和数量提出了更高的要求，由于电网中输电线路所处环境的不确定性，使线路运行是否安全已成为电网可靠性的一项重要指标。

由于输电线路纵横延伸几十甚至几百千米，处在不同的环境中。因此高压输电线路受所处地理环境和气候影响很大，每年电网停电事故主要由线路事故引起。

以前，输电线路检查主要依靠运行维护人员周期性巡视，虽能发现设备隐患，但由于本身的局限性，缺乏对特殊环境和气候的检测，在巡视周期真空期也不能及时掌握线路走廊外力变化，极易在下一个巡视未到之前由于缺乏监测发生线路事故。因此，输电线路在线监测系统应用而生，其通过无线(gsm/gprs/cdma)传输方式，对输电线路环境通道环境、温度、湿度、风速、风向、泄漏电流、覆冰、导线温度、风偏、弧垂、舞动、绝缘子污秽、周围施工情况、杆塔倾斜等参数进行实时监测，提供线路异常状况的预警，通过对线路各有效参数的监测，能够提高对输电线路安全经济运行的管理水平，并为输电线路的状态检修工作提供必要的参考。

当前，输电线路在线监测系统是利用太阳能电池供电，通过无线公网3g/gprs/edge/cdma1x通信传输方式，对输电线路的远程视频、微气象、杆塔倾斜、防盗报警、覆冰等线路情况进行监测并上传至监控中心，在监控中心不仅看到现场图像，还可以通过各项监测采集的数据实时分析、诊断和预测线路运行状态，采取适当的措施以消除、减轻险情，保证输电线路的安全、稳定运行。

输电线路在线监测装置的主要用途为：在导线测温、局部环境微气象监测、导线微风振动、绝缘子污秽监测、图像视频在线监测等一系列人工无法替代或负担较重的工作中减轻和替代人工工作负担，并且对所需目标进行实时监测监管的仪器设备。在线监测装置运行后，完全依靠自身电能来执行相应功能。可是，在实际使用中常因缺电导致装置出现故障。一旦装置出现故障，必须进行及时维修和更换。而在线监测装置的安装目标决定了其所处区域大多自然环境条件相对恶劣，地势海拔较高，一旦出现故障，将很难进行维修和更换工作。现实工作中，装置依靠自身配置的太阳能板发电传送至装置电池模块中，从而维持一个周期(24小时)的运行。当天收集的多余电量可依旧作为电能储备存储在电池模块内。由于太阳能供电装置的运行可靠性完全依赖于天气条件，同时，太阳能板不可能跟随太阳运动轨迹做相应的位移运动，所以发电板的选装位置相当重要。即使按最佳位置(东南面)安装，通过粗略估算，可以看出，面板所收集的电量非常有限(其中还未统计太阳的运动轨迹导致太阳能板在固定位置上因杆塔塔材阻断阳光直接照射至面板的时间)。若气象条件相对不足，如连续阴雨天气等状态下，监测装置只能依靠自身的储备电力提供装置运行需要。在线监测装置长久地不间断使用这种单一的供放电模式运行，势必会导致其电池模块供电不足，从而大幅降低电池模块(目前使用的电池模块基本以铅酸蓄电池组为主)的使用寿命。从目前我们统计的故障种类中来看，因电池模块造成装置故障的比率是非常高的，而其他故障(如主控板、太阳能板、摄像头等)仅占故障总量中很小一部分。

可见，纯粹利用太阳能电池供电并不能满足当前输电线路在线监测的需要。由于太阳能供电系统对于日光强度的依赖性过高，以及太阳能蓄电池存储容量的局限性，放点效率的衰减性，单一的太阳能供电系统已逐步无法跟上输电线路在线监测设备的发展需求。

技术实现要素：

本发明要解决的是现有技术存在的现有输电线路在线监电源系统采用纯光伏系统带来的因天气原因产生缺电现象从而导致装置故障的问题，旨在提供一种风光互补电源系统，为监测设备提供风光互补的双供电保障系统，使在线监测设备能够全天候稳定工作。

现有的风力发电机有横轴和立轴两种结构。前者电机的主轴水平设置，风叶为轴流式结构，发电量较大。后者电机的主轴呈纵向设置，风叶包括内风叶和外风叶，内风叶主要用于承接风能，外风叶主要用于消除转动过程中振动，使风动运行平稳。通常，立轴式的风力发电机发电量相对较小，三级以上的风速达到起动要求，四级以上的风速才能达到发电的要求。为达到发电的要求，必须增加整体体积和风叶的数量。一般来说风叶的数量须在6片以上，必要时在主轴上套装多组风叶，因而整体尺寸非常大，设备重量通常在45公斤以上，很难安装和固定到铁塔上，维修和更换部件也非常困难。这种结构的风力发电机的另一个缺点是整机是一体式的，电机的转子与风机的主轴是一体加工成型的，不能分拆，加工非常复杂，制造成本很高，且不利于运输和安装。因而现有立轴式风力发电机无法满足输电线路在线监电源系统的要求。

由此，本发明的另一个目的在于提供一种适于输电线路在线监测风光互补电源系统的风力发电装置，采用简单的结构，较小的体积和重量，便于安装到输电线路的铁塔上，并输出稳定的电能，与光伏发电系统形成有效的互补，为在线监测设备的供能、储能提供可靠的保障。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：输电线路在线监测风光互补电源系统，包括风力发电装置、控制系统、电池储能系统和光伏发电系统，所述的风力发电装置包括一组内叶片、一组外叶片、主轴和电机，其特征在于所述的内叶片和外叶片分别为片，并且所述的一组内叶片通过两端的上、下旋转架与所述的主轴连接；所述的一组外叶片上端通过上连接片与所述的主轴连接，下端连接到下连接片；所述的电机固定在所述的下旋转架和下连接片之间。

本发明的输电线路在线监测风光互补电源系统，具有以下有益效果：

(1)建成基于电网实际工况的高压输电线路风光互补在线监测网络

基于电网在线监测的实际工况，通过输电线路风光互补装置集成系统的网络化，批量化应用，能够对恶劣环境中运行的高压输电线路的运行状况进行全天候、实时监测，可有效减少由于线路周围建筑施工(危险点)、导线覆冰、风偏舞动、线路大跨越、导线悬挂异物、塔材被盗等因素引起的电力事故。系统以动态视频实时监控的直观方式，可使管理人员第一时间了解监测点的现场信息，可针对突发的异常情况采取适当的手段予以人工干预，将事故的发生率或事故危害降至最低。并可通过人工请求方式(无人值守时通过定时和条件触发两种方式)实现异常状况下的图片抓拍或视频连续摄像，达到24小时全天候监测的目的，大大减轻巡视人员的劳动强度，提高线路安全运行水平，为线路运行单位提供直观可靠的线路安全信息。

(2)降低因装置内部电源供电不足导致发生的故障率

风能和太阳能基本不受灾害的影响，只要是有风还是有太阳的条件下，就可以提供电能，因此风光互补供电电源是一种可靠的供电系统。通过控制系统的控制策略可以实现恒流、恒压充电控制的转换，具有电力输出稳定、经济性高、对环境影响小等优点，降低了固有的受日光制约的现状，形成了稳定的供能系统，从而大大降低了装置内部电源供电不足而产生的电压波动和潮流冲击，从而减少了在线监测系统发生故障的可能性，增加了监测系统的稳定性和可靠性。

(3)有效提升在线监测装置的可持续运行能力

负载缺电率是供电可靠性指标，定义为系统不能满足的负荷需求除以评估期总的负荷需求。对于可再生能源独立供电系统，可再生能源资源、发电、储能和负载之间有复杂的匹配关系。风光互补独立供电系统的容量配置就是根据这种复杂的匹配关系决定系统各部分的容量，从而提高供电靠性和降低成本。风光互补独立供电系统是可再生能源独立供电

系统的一种重要形式，与风力发电或光伏发电比较能使电力输出更平稳、可靠性更高同时还降低对储能的要求。

(4)在恶劣天气条件下为监测装置提供稳定可靠能源

天气不良情况下往往伴随大风气象，也就是说，太阳能发电不理想的天气状况往往是风能最丰富的时候，针对这种情况，可以用以风力发电为主，光伏发电为辅的风光互补发电系统代替传统的太阳能发电系统。风光互补发电系统具有环保、无污染、免维护、安装使用方便等特点，符合航标能源应用要求。在太阳能配置满足春夏季能源供应的情况下，不启动风光互补发电系统；在冬春季或连续天气不良状况、太阳能发电不良情况下，启动风光互补发电系统。由此可见，风光互补供电系统在航标上的应用具备了季节性和气候性的特点，从而实现了昼夜互补，季节互补的特性，从而利用风光互补的特性，提高了恶劣天气条件下监控装置供能的稳定性。

综上，本发明的风光互补供能系统具有蓄电来源多元性，蓄电能力高效性，供电系统可靠性的特点，从而可以实现一套系统，为整基杆塔的监控网络供电的效果，节省了塔身的作业面积，减少了能耗，增加了监控网络的供能效率，使得线监测设备对输电线路高危地区杆塔能够进行全天候监测，将事故隐患及时消除。有效地减少由于线路周围建筑施工等外力破坏引起的电力事故。在巡视人员不易到达地区，大大减少巡视次数，为输电线路的巡视及状态检修开辟了新思路，具有良好的经济效益和社会效益。

作为本发明的改进，所述的上、下旋转架分别通过上、下固定座与所述的主轴连接。固定座可以增加与主轴的接触面积，使连接更为可靠，转动更为平稳。并且，上、下旋转架可以设计为薄片状结构，可减少材料用量，降低制造成本，减轻和产品的整体重量，便于运输和安装。

作为本发明的进一步改进，所述的电机为外转子结构，其转子与所述的下旋转架和下连接片固定连接，定子通过法兰与外部安装支架连接。

作为本发明的再进一步改进，所述的电机的定子上还开设有穿线孔。导线可通过该穿线孔引出。

作为本发明的更进一步改进，所述电机的定子与法兰连接处还设有密封圈。

本发明还要提供一种风力发电装置，包括一组内叶片、一组外叶片、主轴和电机，其特征在于所述的内叶片和外叶片分别为片，并且所述的一组内叶片通过两端的上、下旋转架与所述的主轴连接；所述的一组外叶片通过两端的上、下连接片与所述的主轴连接；所述的电机固定在所述的下旋转架和下连接片之间。

本发明的风力发电装置，一组内叶片与两端的上、下旋转架连接成组件，一组外叶片与两端的上、下连接片连接成组件，两个组件固定到主轴上，电机安装在下旋转架和下连接片之间，并通过紧固件与下旋转架和下连接片固定。

与传统的风力发动装置相比，本发明具有以下有益效果：

(1)内外叶片数量少，整机体积小，重量轻，制造成本低，便于运输和安装。

(2)电机、内叶片组件、外叶片组件和主轴分别制造，加工简单，结构紧凑。并且，能够适于不同类型的电机。

(3)适用于小功率发电，尤其适用于江浙一带具有不定向风的环境中，容易达到发电要求的转速，并可直接安装到到输电线路的杆塔上，与光伏发电系统形成有效的互补，为在线监测设备的供能、储能提供可靠的保障。

附图说明

图1是本发明输电线路在线监测风光互补电源系统的结构示意图。

图2是本发明风力发电装置的结构示意图。

图3是本发明风力发电装置的结构主视图。

图4是图3的俯视图。

图5是图4的a-a向剖视图。

图6是图4的b-b向剖视图。

图中，1-风力发电装置，2-控制系统，3-负荷，4-电池储能系统，5-光伏发电系统，6-外叶片，7-上旋转架，8-上固定座，9-上连接片，10-主轴，11-内叶片，12-下旋转架，13-法兰，14-下连接片，15-键，16-电机，17-转子，18-定子，19-穿线孔，20-密封圈，21-下固定座，22-内叶片的迎风面，23-搭子。

具体实施方式

参照图1，本发明的输电线路在线监测风光互补电源系统，包括风力发电装置1、控制系统2、负荷3、电池储能系统4和光伏发电系统5。发电装置1和光伏发电系统5同时向负荷3提供电能，形成风光互补，能够对恶劣环境中运行的高压输电线路的运行状况进行全天候、实时监测。多余的电能可存入电池储能系统5中。

控制器通过控制策略控制充电状态和输电电压。在本实施方式中，充电控制采用先恒流、再恒压、最后浮充充电的控制方法。在控制策略中加入蓄电池电流反馈，以实现恒流、恒压充电控制的转换。在初始充电时，通过调整斩波电路的输出电压，控制蓄电池充电的电流，实现恒流充电。充电电流降低到一定值时，转入恒压充电状态。最后，进行浮充充电。从而减少了充电过程中对蓄电池的潮流冲击。以它为主建立的风光互补发电系统，具有电力输出稳定、经济性高、对环境影响小等优点，降低了固有的受日光制约的现状，形成了稳定的供能系统，从而大大降低了装置内部电源供电不足而产生的电压波动和潮流冲击，进而减少了在线监测系统发生故障的可能性，增加了监测系统的稳定性和可靠性。

参照图2-图6，所述的风力发电装置1包括一组内叶片11、一组外叶片6、主轴10和电机16，所述的内叶片11和外叶片6分别为3片。

内叶片11为离心式叶片，其结构为一薄片型材，迎风面22为光滑的弧面。该弧面可以是一段圆弧面，也可以是两段或多段圆弧面光滑连接而成，或者是一个渐开面，以确保能够承接更多的风能。在每片内叶片的两端分别设有一组搭子23，在上、下旋转架7、12上对应开设有一组小孔，将搭子23穿过小孔后再打弯，产生类似铆接方式的固定连接，从而将内叶片11与上、下旋转架7、12进行可靠固定，形成内叶片组件。

上旋转架7通过上固定座8与所述的主轴10连接。上固定座8为法兰状结构，套筒部位套装在主轴10上，通过螺钉与主轴10固定。底面凸缘与上旋转架7通过螺钉连接。

下旋转架12以基本相同的方式通过下固定座21与所述的主轴10连接。

外叶片6为圆弧形薄片结构，上端通过螺钉与上连接片9连接，下端通过螺钉与下连接片14连接，形成外叶片组件。该组件通过上连接片9连接到主轴10的最上端。

所述的电机16为外转子结构，其转子17上端通过螺钉与所述的下旋转架12固定连接，下端通过螺钉与下连接片14固定连接。定子18通过法兰13与外部安装支架连接。所述电机的定子18与法兰13连接处还设有密封圈20。所述的电机的定子18上还开设有穿线孔19，供导线引出。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。