專(zhuān)利名稱(chēng)：高壓/超高壓輸電系統(tǒng)用激光送能電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)及電力電子系統(tǒng)當(dāng)中的高壓或者超高壓輸電裝置，尤其是一種高壓/超高壓輸電系統(tǒng)用激光送能電源裝置。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)及電力電子系統(tǒng)當(dāng)中的高壓/超高壓輸電系統(tǒng)或裝置，例如超高壓交流輸電線路可控串聯(lián)補(bǔ)償/固定串聯(lián)補(bǔ)償裝置中，其測(cè)量部分所采用的數(shù)據(jù)采集裝置為有源測(cè)量方式，這就需要為超高壓平臺(tái)上的數(shù)據(jù)采集裝置提供電源。一種可行的方案是采用激光送能電源裝置，即由地面的激光驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)生激光，通過(guò)送能光纖把激光能量傳送到高壓平臺(tái)，再通過(guò)光伏轉(zhuǎn)換器件及相應(yīng)的外圍電路將光能轉(zhuǎn)換為直流電能，為超高壓平臺(tái)測(cè)量系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電源。本申請(qǐng)就是采用的這種方案。
為超高壓輸電系統(tǒng)平臺(tái)上裝置提供能源的供電方式和實(shí)現(xiàn)方法，不同于地面系統(tǒng)，超高壓輸電系統(tǒng)平臺(tái)上所能提供的能源因?yàn)橐紤]超高壓絕緣而變得非常寶貴而且有限，所以要求設(shè)計(jì)的電源裝置及其監(jiān)控電路都必須具有極低的功耗。另一方面超高壓輸電系統(tǒng)平臺(tái)上的大電流、高場(chǎng)強(qiáng)會(huì)對(duì)電源轉(zhuǎn)換電路和電源監(jiān)控電路造成極大的干擾，這要求設(shè)計(jì)的電源裝置具有極強(qiáng)的抗電磁干擾能力；同時(shí)由于數(shù)據(jù)采集裝置的高精度要求，該電源裝置必須能提供品質(zhì)良好的穩(wěn)定直流電源，滿足數(shù)據(jù)采集裝置電壓精度及紋波這兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)。這些都使得超高壓輸電系統(tǒng)平臺(tái)上電源裝置的設(shè)計(jì)具有一定的特殊性和技術(shù)難度。
實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種高壓/超高壓輸電系統(tǒng)用激光送能電源裝置，可以與超高壓輸電系統(tǒng)平臺(tái)上CT(電流互感器)取能電源并聯(lián)對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行供電，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并聯(lián)電源的工作情況，將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)通信光纖發(fā)送到平臺(tái)下的激光送能裝置地面部分；此外，其地面部分可以通過(guò)CAN網(wǎng)與控制中心進(jìn)行通信，這使得該裝置可以由控制中心進(jìn)行監(jiān)控及相關(guān)操作。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是一種高壓/超高壓輸電系統(tǒng)用激光送能電源裝置，按照空間布局分為地面部分和高壓平臺(tái)部分兩部分，地面部分的激光二極管與高壓平臺(tái)的光伏轉(zhuǎn)換器件之間通過(guò)送能光纖傳遞能量，地面部分的控制單元和高壓平臺(tái)的電源檢測(cè)單元之間聯(lián)有通信光纖，實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。
激光送能裝置的地面部分，主要完成發(fā)生激光并將激光傳輸至高壓平臺(tái)、監(jiān)測(cè)激光二極管的運(yùn)行狀態(tài)并將檢測(cè)信息匯總到控制中心、接收高壓平臺(tái)下傳的檢測(cè)信息并作相應(yīng)處理等功能。開(kāi)關(guān)電源6為驅(qū)動(dòng)單元4和控制單元5提供穩(wěn)定可靠的電源供給；驅(qū)動(dòng)單元4為激光二極管1提供驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)將檢測(cè)到的溫度和電流信息傳輸給控制單元5；制冷器2和散熱器3為激光二極管1散熱，具有自動(dòng)溫控功能；控制單元5接收各個(gè)驅(qū)動(dòng)單元傳輸來(lái)的檢測(cè)信息(A/D轉(zhuǎn)換在控制單元中進(jìn)行)，加以數(shù)據(jù)處理后向外界(包括裝置本身界面和控制中心)提供激光送能裝置的運(yùn)行信息，裝置間采用CAN網(wǎng)進(jìn)行通信，通信協(xié)議符合CAN2.0A標(biāo)準(zhǔn)。控制單元同時(shí)接收從高壓平臺(tái)下傳的電源檢測(cè)信息，并控制本裝置做相應(yīng)的處理。
在地面部分的激光二極管的驅(qū)動(dòng)電路中，LD1、LD2、LD3三個(gè)激光二極管串聯(lián)工作，達(dá)林頓管T1與它們串聯(lián)，為其提供驅(qū)動(dòng)電流；同時(shí)激光二極管配有制冷器和散熱裝置，用來(lái)控制激光二極管的溫度；驅(qū)動(dòng)單元能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)激光二極管的運(yùn)行情況，并將檢測(cè)到的電流、溫度等信息傳輸?shù)娇刂茊卧?；達(dá)林頓管T1接有MOS管K1，故障發(fā)生時(shí)，只需要封鎖MOS管K1即可保護(hù)激光二極管，即為異常情況提供了硬件故障保護(hù)。
激光送能裝置的高壓平臺(tái)部分，通過(guò)光伏轉(zhuǎn)換器件完成接收激光并將激光能量轉(zhuǎn)換為電能、監(jiān)測(cè)平臺(tái)上電源的運(yùn)行狀態(tài)并將檢測(cè)信息下發(fā)到地面、與其它電源并聯(lián)對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行供電、利用儲(chǔ)能單元實(shí)現(xiàn)能量的無(wú)間斷供給等功能。并聯(lián)工作的光伏轉(zhuǎn)換器件9接收來(lái)自送能光纖7的激光能量，將其轉(zhuǎn)換為直流電后輸入到電源并聯(lián)單元10；CT取能電源和激光送能電源在電源并聯(lián)單元10內(nèi)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，共同輸出為數(shù)據(jù)采集裝置供電；電源檢測(cè)單元11監(jiān)測(cè)平臺(tái)上電源的運(yùn)行情況，并通過(guò)通信光纖8將檢測(cè)到的信息發(fā)送到地面控制單元5；儲(chǔ)能單元12的核心器件是超級(jí)電容C，超級(jí)電容又稱(chēng)雙電層電容器，是一種新型儲(chǔ)能器件，相比普通電容，它具有超級(jí)儲(chǔ)電能力，能量密度高，體積小，無(wú)污染，因而被稱(chēng)作超級(jí)電容，儲(chǔ)能單元12與電源并聯(lián)電源10的輸出并接在一起，以確保為數(shù)據(jù)采集裝置提供平滑、無(wú)間斷的電源供給。
高壓平臺(tái)部分當(dāng)中的激光接收及電源檢測(cè)電路中，光伏轉(zhuǎn)換器件PV1～PV7為多只，它們并聯(lián)將送能光纖傳輸來(lái)的激光能量轉(zhuǎn)換為電能。電源并聯(lián)單元提供與其它電源(比如CT取能電源)的并聯(lián)接口，它們與儲(chǔ)能單元共同為數(shù)據(jù)采集裝置提供無(wú)間斷的電源供給，儲(chǔ)能單元的核心器件采用超級(jí)電容C即雙電層電容器。
高壓平臺(tái)部分的電源檢測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光電源等各種并聯(lián)電源的運(yùn)行情況，電源檢測(cè)信息在平臺(tái)上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后，通過(guò)通信光纖下發(fā)至本裝置的地面部分。
由于采用了上述的技術(shù)方案，本實(shí)用新型所具有的有益效果是具有極強(qiáng)的抗電磁干擾能力；能量密度高、體積??；具有電源工作情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能；能夠與其它種類(lèi)電源實(shí)現(xiàn)并聯(lián)供電；對(duì)故障具有硬件保護(hù)功能；可以通過(guò)CAN網(wǎng)與控制中心進(jìn)行通信。
本實(shí)用新型的激光送能裝置可以工作在高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺(tái)上，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)，很好地解決了高壓/超高壓輸電系統(tǒng)或裝置中測(cè)量部分的能源供給及絕緣難題。


圖1是本實(shí)用新型激光送能裝置的總體結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本實(shí)用新型激光送能裝置地面部分的原理框圖。
圖3是本實(shí)用新型激光送能裝置高壓平臺(tái)部分的原理框圖。
圖4是本實(shí)用新型激光送能裝置的激光二極管的驅(qū)動(dòng)電路。
圖5是本實(shí)用新型激光送能裝置的高壓平臺(tái)激光接收及電源檢測(cè)電路。
圖6是本實(shí)用新型激光送能裝置的激光二極管制冷電路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。圖1-3中粗箭頭代表能量流，細(xì)箭頭代表信號(hào)流。
本激光送能裝置按照空間布局分為地面部分和高壓平臺(tái)部分兩部分，兩者之間通過(guò)送能光纖和通信光纖實(shí)現(xiàn)能量和信息的傳輸。
圖2所示為激光送能裝置地面部分的原理框圖，主要完成發(fā)生激光并將激光傳輸至高壓平臺(tái)、監(jiān)測(cè)激光二極管的運(yùn)行狀態(tài)并將檢測(cè)信息匯總到控制中心、接收高壓平臺(tái)下傳的檢測(cè)信息并作相應(yīng)處理等功能。
圖3所示為激光送能裝置高壓平臺(tái)部分的原理框圖，主要完成接收激光并將激光能量轉(zhuǎn)換為電能、監(jiān)測(cè)平臺(tái)上電源的運(yùn)行狀態(tài)并將檢測(cè)信息下發(fā)到地面、與其它電源并聯(lián)對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行供電、利用儲(chǔ)能單元實(shí)現(xiàn)能量的無(wú)間斷供給等功能。
圖4所示為激光二極管的驅(qū)動(dòng)電路。圖中LD1、LD2、LD3為三個(gè)串聯(lián)工作的激光二極管，由達(dá)林頓管T1為其提供驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)為激光二極管配備了制冷器和散熱裝置，用來(lái)控制激光二極管的溫度。驅(qū)動(dòng)電路能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)激光二極管的運(yùn)行情況，并將檢測(cè)到的電流、溫度等信息傳輸?shù)娇刂茊卧?。?qū)動(dòng)電路還為異常情況提供了硬件故障保護(hù)，故障發(fā)生時(shí)，只需要封鎖MOS管K1即可保護(hù)激光二極管。
圖中，控制單元接收各個(gè)驅(qū)動(dòng)單元傳輸來(lái)的檢測(cè)信息(A/D轉(zhuǎn)換在控制單元中進(jìn)行)，加以數(shù)據(jù)處理后向外界(包括裝置本身界面和控制中心)提供激光送能裝置的運(yùn)行信息，裝置間采用CAN網(wǎng)進(jìn)行通信，通信協(xié)議符合CAN2.0A標(biāo)準(zhǔn)?？刂茊卧瑫r(shí)接收從高壓平臺(tái)下傳的電源檢測(cè)信息，并控制本裝置做相應(yīng)的處理。
圖5所示為平臺(tái)激光接收及電源檢測(cè)電路。圖中PV1～PV7為多只光伏轉(zhuǎn)換器件，它們并聯(lián)將送能光纖傳輸來(lái)的激光能量轉(zhuǎn)換為電能。電源并聯(lián)單元提供與其它電源(比如CT取能電源)的并聯(lián)接口，留有與其它電源并聯(lián)的物理接口，可采用4針帶鎖緊鳳凰端子，它們與儲(chǔ)能單元共同為數(shù)據(jù)采集裝置提供無(wú)間斷的電源供給，圖中超級(jí)電容C為儲(chǔ)能單元的核心器件。
圖5中，電源檢測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光電源等各種并聯(lián)電源的運(yùn)行情況，電源檢測(cè)信息在平臺(tái)上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后，通過(guò)通信光纖下發(fā)至本裝置的地面部分。
圖6所示為激光二極管制冷電路。圖中電阻Rt為激光二極管自身的溫敏電阻，它與其余三個(gè)電阻組成了橋式電路，將檢測(cè)到的溫度值傳送給控制單元。當(dāng)激光二極管的溫度超過(guò)設(shè)定的門(mén)檻值時(shí)，就會(huì)打開(kāi)MOS管K2啟動(dòng)制冷器進(jìn)行制冷；當(dāng)溫度值低于設(shè)定的門(mén)檻值時(shí)，就會(huì)關(guān)閉MOS管K2而使制冷器停止工作，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光二極管的自動(dòng)溫控功能，其中溫度門(mén)檻值可由可調(diào)電阻R3來(lái)調(diào)節(jié)。這里制冷器采用半導(dǎo)體制冷器，激光二極管安裝在其冷面，在制冷器的熱面安裝有大片散熱器，以達(dá)到快速散熱的效果。
權(quán)利要求1.一種高壓/超高壓輸電系統(tǒng)用激光送能電源裝置，其特征在于按照空間布局分為地面部分和高壓平臺(tái)部分兩部分，地面部分的激光二極管與高壓平臺(tái)的光伏轉(zhuǎn)換器件之間通過(guò)送能光纖連接，地面部分的控制單元和高壓平臺(tái)的電源檢測(cè)單元之間聯(lián)有通信光纖；地面部分由控制單元，驅(qū)動(dòng)單元，開(kāi)關(guān)電源和激光二極管等構(gòu)成；控制單元接收從高壓平臺(tái)下傳的電源檢測(cè)信息和驅(qū)動(dòng)單元傳輸來(lái)的檢測(cè)信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后向裝置本身界面和控制中心提供激光送能裝置的運(yùn)行信息，系統(tǒng)的各個(gè)裝置間采用CAN網(wǎng)進(jìn)行通信，通信協(xié)議符合CAN2.0A標(biāo)準(zhǔn)；在地面部分的激光二極管的驅(qū)動(dòng)電路中，達(dá)林頓管與激光二極管串聯(lián)，為其提供驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)激光二極管配有制冷器和散熱裝置；驅(qū)動(dòng)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光二極管的運(yùn)行情況，并將檢測(cè)到的電流、溫度等信息傳輸?shù)娇刂茊卧贿_(dá)林頓管接有MOS管，用于在故障時(shí)關(guān)斷達(dá)林頓管，以保護(hù)激光二極管；激光送能裝置的高壓平臺(tái)部分由光伏轉(zhuǎn)換器件，電源并聯(lián)單元，電源檢測(cè)單元，儲(chǔ)能單元等構(gòu)成；光伏轉(zhuǎn)換器件將送能光纖傳輸來(lái)的激光能量轉(zhuǎn)換為電能；電源并聯(lián)單元將光伏轉(zhuǎn)換器件的輸出與CT取能電源并聯(lián)，對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行供電；在數(shù)據(jù)采集裝置和電源并聯(lián)單元之間設(shè)置有儲(chǔ)能單元，以確保能量的無(wú)間斷供給。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓/超高壓輸電系統(tǒng)用激光送能電源裝置，其特征在于在地面部分的激光二極管的驅(qū)動(dòng)電路中，三個(gè)激光二極管串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓/超高壓輸電系統(tǒng)用激光送能電源裝置，其特征在于高壓平臺(tái)部分當(dāng)中的激光接收及電源檢測(cè)電路中，光伏轉(zhuǎn)換器件為多只并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓/超高壓輸電系統(tǒng)用激光送能電源裝置，其特征在于儲(chǔ)能單元由雙電層電容器構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的高壓/超高壓輸電系統(tǒng)用激光送能電源裝置，其特征在于電源并聯(lián)單元留有與其它電源并聯(lián)的物理接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓/超高壓輸電系統(tǒng)用激光送能電源裝置，其特征在于電源并聯(lián)單元采用4針帶鎖緊鳳凰端子作為與其它電源并聯(lián)的物理接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的高壓/超高壓輸電系統(tǒng)用激光送能電源裝置，其特征在于在激光二極管制冷電路中，激光二極管自身的溫敏電阻與其余三個(gè)電阻組成橋式電路，將檢測(cè)到的溫度值傳送給控制單元；在所述的橋式電路當(dāng)中可設(shè)置有一個(gè)可調(diào)電阻，以調(diào)節(jié)激光二極管的溫度門(mén)檻值，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光二極管的自動(dòng)溫控功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓/超高壓輸電系統(tǒng)用激光送能電源裝置，其特征在于激光二極管的制冷器采用半導(dǎo)體制冷器，激光二極管安裝在其冷面，在制冷器的熱面安裝有大片散熱器。
專(zhuān)利摘要一種高壓/超高壓輸電系統(tǒng)用激光送能電源裝置，分為地面部分和高壓平臺(tái)部分。地面部分的激光二極管與高壓平臺(tái)的光伏轉(zhuǎn)換器件之間通過(guò)送能光纖傳遞能量，地面控制單元和平臺(tái)電源檢測(cè)單元之間聯(lián)有通信光纖以傳輸信息。在激光二極管的驅(qū)動(dòng)電路中，采用配有制冷器和散熱裝置的三個(gè)激光二極管串聯(lián)，并由達(dá)林頓管為其提供驅(qū)動(dòng)電流；驅(qū)動(dòng)單元同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)激光二極管的運(yùn)行情況，并將檢測(cè)到的電流、溫度等信息傳輸?shù)娇刂茊卧?。高壓平臺(tái)上并聯(lián)的光伏轉(zhuǎn)換器件將送能光纖傳輸來(lái)的激光能量轉(zhuǎn)換為電能，同時(shí)由平臺(tái)電源檢測(cè)單元實(shí)時(shí)下發(fā)平臺(tái)電源的運(yùn)行信息。本實(shí)用新型可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，解決了高壓/超高壓輸電系統(tǒng)中測(cè)量部分的能源供給及絕緣難題。
文檔編號(hào)H02N6/00GK2904434SQ20062001263
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月10日
發(fā)明者荊平, 劉慧文, 王宇紅, 武守遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院