基于电抗器热-磁取能的电力传感器能源存储与供给系统的制作方法

1.本发明涉及电能存储技术领域，具体涉及一种基于电抗器热-磁取能的电力传感器能源存储与供给系统。


背景技术：

2.随着能源电力系统和互联网技术的紧密融合，构建以电为中心的全新能源供应格局，建设智慧、清洁、低碳的能源互联网逐渐成为全球共识和目标方向。为实现能源互联网，除了构建灵活、稳定、安全的基础网络，还需要实现各种参量的实时测量反馈与动态调整。智能传感器作为与外界环境交互的重要手段和感知信息的主要来源，已经在电源侧面向风电、光伏等新能源发电生产中有了广泛的应用。而在电网侧更是实现了电力传感器在输电、变电及配电等环节的规模化应用。
3.传感器的稳定可靠运行，需持续的供电保障。变电站内存在低压电源，可提供有线供电，对于在线监测可通过一次性固定布置电缆实现电力供应，但对于故障检测应用，因为其具有移动部署的特性，若通过有线部署则需频繁更换布线，工作量大，所以目前在故障检测中，通常采用蓄电池供电方式。而在输配电线路状态监测中，电力线路中虽然存在高压电能，但是受电位差影响，难以为低压侧传感器直接供电。
4.目前，电力传感器领域所应用的能量收集技术主要包括太阳能取能、侵入式磁场取能和电场取能3种方式。太阳能供电系统受自然条件和蓄电池寿命限制，且由于太阳能电池板主要应用于室外场景，易在表面积累灰尘，影响能量收集效果。侵入式磁场取能可操作性差，后期维护成本较高。电场取能的空间电容尺寸较大，安装固定较为困难，且易对电力设施的绝缘距离产生影响。导致电力传感器的供能存在困难。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于电抗器热-磁取能的电力传感器能源存储与供给系统，通过对电力系统中电力电抗器运行时产生的磁场能和耗散热能的提取与利用，降低了电力传输过程中的能量损耗。
6.为达到以上目的，本发明采取的技术方案是，包括：电力电抗器数据库系统，所述电力电抗器数据库系统用于存储电抗器型号与结构信息、电抗器温度场分布信息、电抗器磁场分布信息和取能模块布置方法信息；能量采集系统，所述能量采集系统位于电力电抗器的空心圆柱空间内，其用于基于温差取能或非侵入式电磁取能方式进行能量采集，并将采集的能量转化为电能；能量存储与控制系统，所述能量存储与控制系统位于电力电抗器的空心圆柱空间内，其用于对所述能量采集系统采集并转化得到的电能进行存储，以及将电能传输至电力电抗器的状态检测系统和电力电抗器邻近区域的电力传感器；电抗器状态检测系统，所述电抗器状态检测系统用于对电力电抗器、能量存储与控制系统进行实时检测，并提供各检测状态量的可视化数据。
7.在上述技术方案的基础上，所述电抗器型号与结构信息包括电抗器运行电压等级、电抗器筒壁高度和电抗器桶壁直径；所述电抗器的种类包括串联电抗器、滤波电抗器、并联电抗器和限流电抗器。
8.在上述技术方案的基础上，基于电抗器型号与结构信息、电抗器额定工作状态得到电抗器运行状态下的电抗器温度场分布信息和电抗器磁场分布信息；根据电抗器型号与结构信息、电抗器温度场分布信息和电抗器磁场分布信息，通过寻优算法计算得到取能模块的布置位置和数量。
9.在上述技术方案的基础上，所述能量采集系统中的取能模块包括温差取能模块和非侵入式电磁取能模块；所述温差取能模块的热端与电力电抗器的内桶壁间贴合，温差取能模块的冷端固定于地面、墙面或恒温热管中；所述温差取能模块在电力电抗器内桶壁上布置层数为1~3层，且每层的数量为2~4个；所述非侵入式电磁取能模块沿电力电抗器的轴线布置。
10.在上述技术方案的基础上，所述能量存储与控制系统包括储能模块、升压电路模块和能量管理模块；所述储能模块由蓄电池组构成，所述储能模块用于对对所述能量采集系统采集并转化得到的电能进行存储。
11.在上述技术方案的基础上，所述升压电路模块由dc-dc升压电路构成，用以提供5v和12v两种稳压输出模式；所述能量管理模块用于对储能模块的输出进行控制。
12.在上述技术方案的基础上，所述电抗器状态检测系统对能量存储与控制系统中储能模块的蓄电池组的充电状态进行监控，以及对能量存储与控制系统中能量管理模块的能量流向进行监控。
13.在上述技术方案的基础上，所述检测状态量包括电抗器端电压、电力电抗器绕组电流和电力电抗器顶部通风口处温度。
14.在上述技术方案的基础上，所述电抗器状态检测系统对检测状态量进行检测所使用的传感器包括电子式电压传感器、电子式电流传感器和温度传感器。
15.在上述技术方案的基础上，所述电子式电压传感器、电子式电流传感器和温度传感器的电能由能量存储与控制系统提供。
16.与现有技术相比，本发明的优点在于：通过对电力系统中电力电抗器运行时产生的磁场能和耗散热能的提取与利用，降低了电力传输过程中的能量损耗，且电力电抗器在电力系统中分布极广，围绕电力电抗器建立的能源存储与供给系统，符合电力传感器的分布特点与供能需求，具有取能便捷、储能可靠、供能稳定、维护简单的技术效果。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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他的附图。
18.图1为本发明实施例中一种基于电抗器热-磁取能的电力传感器能源存储与供给系统的结构示意图；图2为能量采集系统、能量存储与控制系统的布置示意图。
具体实施方式
19.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
20.电力电抗器作为一种传统的高压电器，在电力系统中大量应用于无功补偿、滤除谐波、限流保护等场合，各类电力电抗器的分布特征与电力传感器的分布特征有极大的相似之处。因此，本发明提供一种基于电抗器热-磁取能的电力传感器能源存储与供给系统，通过采集电力电抗器运行时的磁场能和耗散热能，为电力电抗器和电力电抗器邻近区域的电力传感器提供电能。
21.参见图1所示，本发明实施例提供的一种基于电抗器热-磁取能的电力传感器能源存储与供给系统，包括电力电抗器数据库系统、能量采集系统、能量存储与控制系统、电抗器状态检测系统。
22.电力电抗器数据库系统用于存储电抗器型号与结构信息、电抗器温度场分布信息、电抗器磁场分布信息和取能模块布置方法信息；能量采集系统位于电力电抗器的空心圆柱空间内，其用于基于温差取能或非侵入式电磁取能方式进行能量采集，并将采集的能量转化为电能；能量存储与控制系统位于电力电抗器的空心圆柱空间内，其用于对所述能量采集系统采集并转化得到的电能进行存储，以及将电能传输至电力电抗器的状态检测系统和电力电抗器邻近区域的电力传感器；电抗器状态检测系统用于对电力电抗器、能量存储与控制系统进行实时检测，并提供各检测状态量的可视化数据。即通过对电力电抗器运行过程中的磁场能和焦耳热能进行提取、转化、传输与存储，为电力电抗器状态检测系统和邻近区域电力传感器的运行提供能量供给。
23.通过将能量采集系统、能量存储与控制系统布置在电力电抗器的空心圆柱空间内，极大的节省了安装空间。
24.本发明实施例中，电抗器型号与结构信息包括电抗器运行电压等级、电抗器筒壁高度和电抗器桶壁直径；电抗器的种类包括串联电抗器、滤波电抗器、并联电抗器和限流电抗器。
25.基于电抗器型号与结构信息、电抗器额定工作状态得到电抗器运行状态下的电抗器温度场分布信息和电抗器磁场分布信息；根据电抗器型号与结构信息、电抗器温度场分布信息和电抗器磁场分布信息，通过寻优算法计算得到取能模块的布置位置和数量。
26.电力电抗器数据库系统中收录了各类电力电抗器的结构信息和运行参数，根据电
抗器结构信息与电抗器额定工作状态，通过专门开发的有限元计算程序获得电抗器运行状态下的温度场分布信息和磁场分布信息，再通过专门开发的寻优算法程序，对电抗器中温度取能模块和非侵入式电磁取能模块的最佳布置数量和最佳布置位置进行计算。当电力电抗器数据库系统建立完成后，对于已有的电抗器型号，可立即查询获得该型号电抗器中取能模块的最佳布置方案，而对于新型号的电抗器，只需输入结构数据与运行参数，亦可通过内置的算法程序快速获得取能模块的最佳布置参考方案。
27.参见图2所示，本发明实施例中，温差取能模块的热端与电力电抗器的内桶壁间贴合，温差取能模块的冷端固定于地面、墙面或恒温热管中。温差取能模块的具体布置数量和布置位置由电力电抗器数据库系统查询得到，优选的，温差取能模块在电力电抗器内桶壁上布置层数为1~3层，采取环形布置以保证最大发电温差，且每层的数量为2~4个，以保证最大发电效率。温差取能模块需保证启动温差大于5℃，多个温差取能模块串并联输出以提高向储能模块的输出电压。
28.非侵入式电磁取能模块沿电力电抗器的轴线布置，具体的，非侵入磁场取能模块沿着电抗器轴线布置在能量存储与控制系统装置盒上，以保证最佳取能效率。图2中，1表示电力电抗器的顶盖，2表示电力电抗器的绕组，3表示电力电抗器的底座，4表示温差取能模块，5表示非侵入式电磁取能模块，6表示储能模块，7表示升压电路模块，8表示能量管理模块，9表示能量存储与控制系统的装置盒。
29.本发明实施例中，能量存储与控制系统包括储能模块、升压电路模块和能量管理模块；储能模块由蓄电池组构成，所述储能模块用于对对所述能量采集系统采集并转化得到的电能进行存储。升压电路模块由dc-dc（一种在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置）升压电路构成，用以提供5v和12v两种稳压输出模式；能量管理模块用于对储能模块的输出进行控制。通过能量管理模块，将电能传输至电力电抗器的状态检测系统和电力电抗器邻近的电力传感器。
30.本发明实施例中，电抗器状态检测系统对能量存储与控制系统中储能模块的蓄电池组的充电状态进行监控，以及对能量存储与控制系统中能量管理模块的能量流向进行监控。
31.本发明实施例中，检测状态量包括电抗器端电压、电力电抗器绕组电流和电力电抗器顶部通风口处温度。电抗器状态检测系统对检测状态量进行检测所使用的传感器包括电子式电压传感器、电子式电流传感器和温度传感器。电子式电压传感器、电子式电流传感器和温度传感器的电能由能量存储与控制系统提供。
32.本发明实施例的基于电抗器热-磁取能的电力传感器能源存储与供给系统，通过对电力系统中电力电抗器运行时产生的磁场能和耗散热能的提取与利用，降低了电力传输过程中的能量损耗，且电力电抗器在电力系统中分布极广，围绕电力电抗器建立的能源存储与供给系统，符合电力传感器的分布特点与供能需求，具有取能便捷、储能可靠、供能稳定、维护简单的技术效果。
33.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例
如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
34.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
35.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。