本發(fā)明具體涉及一種用于配電線路故障定位裝置的電源電路及其供電方法。

背景技術：

隨著經濟技術的發(fā)展和人們生活水平的提高，電能已經廣泛應用于人們的生產和生活之中，發(fā)揮著巨大的作用。同時，隨著智能電網的興起和自動控制技術的應用，電網的故障自動定位也逐步應用于電網之中。

配電線路故障定位裝置是用于配電線路上，能夠快速定位線路故障的裝置，其性能的好壞直接關系到線路故障定位的精確性和可靠性。目前，傳統(tǒng)的配電線路故障定位裝置的電源電路，均采用電流互感器取電，經穩(wěn)壓后供給系統(tǒng)使用，多余能量給法拉電容儲能，同時使用一次性電池作為后備電源，當電流互感器供能不足時，由法拉電容和一次性電池一次為系統(tǒng)提供能量。隨著故障定位裝置的功能復雜化，性能越加提高，對電源管理越加嚴苛，供電電流變大。由于普通的一次性電池為滿足長壽命要求，放電電流小，難以滿足更先進的配電線路故障定位裝置的電能需求，若采用如可充電電池或其他形式的電池，對裝置壽命有巨大的影響，同時安全性和可靠性也難以得到保障。而如果采用法拉電容，雖然法拉電容具有大容量，低內阻的特點，可在短時間內為負載提供大電流，但也有漏電流較大的缺點。此外，傳統(tǒng)的配電線路故障定位裝置中使用的一次性電池多為能量型鋰亞電池，內部為炭包結構，具有能量密度大，壽命長，安全性能好等優(yōu)點，但是內阻大，放電電流小。但無法滿足新型故障定位裝置對瞬時大電流放電的要求。而功率型鋰亞電池，內部為卷繞結構，與能量型相比，能量密度小，安全性能差，但是內阻小，放電電流大。也難以滿足新型配電線路故障定位裝置的要求長壽命、高可靠、安全穩(wěn)定的要求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種負載能力強、安全穩(wěn)定可靠的用于配電線路故障定位裝置的電源電路。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種所述的用于配電線路故障定位裝置的電源電路的供電方法。

本發(fā)明提供的這種用于配電線路故障定位裝置的電源電路，包括取電電流互感器，穩(wěn)壓電路，主回路充電電路，法拉電容放電電路，法拉電容，后備電池，后備回路充電電路，控制單元和切換開關；所述取電電流互感器從電網線路取電，通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后供給主回路的電源；穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定電源后通過切換開關連接負載，同時也通過主回路充電電路連接法拉電容并未法拉電容供電；后備電池單獨構成后備供電回路，并直接通過轉換開關與外部負載連接并供電，同時也通過后備回路充電電路與法拉電容連接；法拉電容同時通過法拉電容放電電路接入主供電回路，并與切換開關直接連接為外部負載供電；控制單元輸出控制信號，分別控制主回路充電電路、后備回路充電電路、法拉電容放電電路和切換開關的工作。

所述的后備電池為一次性能量型炭包結構的鋰亞電池。

所述的穩(wěn)壓電路包括整流橋、開關管、保護二極管、電壓比較器、電壓采樣電路和濾波電容；取電電流互感器的輸出端連接整流橋，通過整流橋整流為直流電后，整流橋的輸出正極和負極之間并聯(lián)開關管的活動端；整流橋的輸出正極正向串接二極管后作為穩(wěn)壓電路的輸出端；電壓采樣電路和濾波電容并聯(lián)，并均連接在穩(wěn)壓電路的輸出端和整流橋的輸出負極之間；電壓比較器的輸入端一端連接基準電壓，另一端連接電壓采樣電路的輸出端。

所述的主回路充電電路包括主回路充電開關管和限流電阻；主回路充電開關管的活動端和限流電阻串接在穩(wěn)壓電路的輸出端和法拉電容的輸出端之間；主回路充電開關管的控制端與控制單元連接。

所述的法拉電容放電電路包括法拉電容放電開關管；法拉電容放電開關管的活動端串接在法拉電容的輸出端和穩(wěn)壓電路的輸出端之間，法拉電容放電開關管的控制端連接控制單元。

所述的后備回路充電電路包括后備回路充電開關管和限流電阻；后備回路充電開關管的活動端和限流電阻串接在后備電池的輸出端和法拉電容的輸出端之間；后備回路充電開關管的控制端與控制單元連接。

所述的切換開關包括第一開關管、第二開關管、第三開關管、第一保護二極管和第二保護二極管；穩(wěn)壓電路的輸出端通過正向串接的第一保護二極管連接到第一開關管的活動端一端；第一開關管的活動端的另一端連接第三開關管的活動端一端，同時也為切換開關的輸出端；第一開關管的控制端連接第二開關管的活動端一端；第二開關管和第三開關管的控制端短接并連接到控制單元；第二開關管的活動端另一端通過正向串聯(lián)的第二保護二極管連接第三開關管的活動端另一端。

本發(fā)明還提供了一種所述的用于配電線路故障定位裝置的電源電路的供電方法，包括如下步驟：

檢測負載電流需求，并判斷負載電流需求與主回路最大供電電流的大小的步驟；

根據(jù)檢測到負載電流需求與主回路最大供電電流的大小關系，依據(jù)如下規(guī)則進行切換開關的切換的步驟：

1）負載正常供電的步驟，具體包括：

若負載電流需求小于主回路最大供電電流，則控制切換開關切換至主供電回路，由取電電流互感器和穩(wěn)壓電路供電，并同時為法拉電容充電；

若負載端電流需求大于主回路最大供電電流，則法拉電容放電電路開通，并切換切換開關至主供電回路供電狀態(tài)，由取電電流互感器和穩(wěn)壓電路，以及法拉電容和法拉電容放電電路同時為負載供電；

在取電電流互感器與法拉電容共同為負載供電時，持續(xù)檢測負載的供電電壓：若供電電壓持續(xù)下降至低于事先設定的最低供電電壓閾值時，切換開關切換至后備供電回路供電狀態(tài)，由后備電池直接向負載供電；

2）若負載需要瞬時大電流供電的步驟，具體包括：

根據(jù)負載所需的大電流供電信息，計算所需要的能量，并換算為法拉電容的充電電壓截止閾值；

打開后備回路充電電路，由后備電池將法拉電容充電至法拉電容的電壓達到充電電壓截止閾值；

關閉后備回路充電電路，同時打開法拉電容放電電路，并將切換開關切換至主供電回路供電狀態(tài)，由由取電電流互感器和穩(wěn)壓電路，以及充電完畢的法拉電容和法拉電容放電電路同時為負載進行瞬時大電流供電；

在負載進行瞬時大電流供電時，持續(xù)監(jiān)測主供電回路的電壓：若主供電回路的電壓上升至預設的工作點閾值時，斷開法拉電容放電回路，且控制切換開關轉換成由取電電流互感器和穩(wěn)壓電源構成的主供電回路來向負載供電的狀態(tài)。

本發(fā)明提供的這種用于配電線路故障定位裝置的電源電路及其供電方法，通過法拉電容、電流互感器和后備電池三組電源的結合，并輔以適當?shù)目刂齐娐泛涂刂扑惴?，達到了為負載進行普通供電、瞬時大電流供電的目的，而且供電負載能力強、安全穩(wěn)定可靠。此外，本發(fā)明提供的這種電源電路及其供電方法，不僅適用于配電線路故障定位裝置，也明顯適用于各類型需要進行電源供應的電子設備，包括各類型的計量儀表（比如電能表、水表、燃氣表、熱量表等）、電能管理終端、配電終端、電能質量監(jiān)控設備、電網自動化終端、采集終端、集中器、數(shù)據(jù)采集器、計量儀表手抄器等。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電源電路的功能模塊圖。

圖2為本發(fā)明的電源電路的電路原理圖。

圖3為本發(fā)明的供電方法的方法流程圖。

具體實施方式

如圖1所示為本發(fā)明的電源電路的功能模塊圖：本發(fā)明提供的這種用于配電線路故障定位裝置的電源電路，包括取電電流互感器，穩(wěn)壓電路，主回路充電電路，法拉電容放電電路，法拉電容，后備電池，后備回路充電電路，控制單元和切換開關；所述取電電流互感器從電網線路取電，通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后供給主回路的電源；穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定電源后通過切換開關連接負載，同時也通過主回路充電電路連接法拉電容并未法拉電容供電；后備電池單獨構成后備供電回路，并直接通過轉換開關與外部負載連接并供電，同時也通過后備回路充電電路與法拉電容連接；法拉電容同時通過法拉電容放電電路接入主供電回路，并與切換開關直接連接為外部負載供電；控制單元輸出控制信號，分別控制主回路充電電路、后備回路充電電路、法拉電容放電電路和切換開關的工作。后備電池可以采用一次性能量型炭包結構的鋰亞電池，其具有能量密度大的，安全性能高，壽命長的特點，能夠大大提供裝置及電路的安全性和可靠性，延長設備的使用壽命。

如圖2所示為本發(fā)明的電源電路的電路原理圖：穩(wěn)壓電路由整流橋D1、開關管Q1、保護二極管D2、電壓比較器U1、電壓采樣電路（R1和R2）和濾波電容C1組成；主回路充電電路由主回路充電開關管Q2和限流電阻R3組成；法拉電容放電電路由法拉電容放電開關管Q3組成；后備回路充電電路由后備回路充電開關管Q5和限流電阻R4組成；切換開關則由第一開關管Q4、第二開關管Q6、第三開關管Q7、第一保護二極管D4和第二保護二極管D5組成；負載從圖中所述的信號輸出端VCC取電并工作。

取電電流互感器的輸出端連接整流橋，通過整流橋整流為直流電后，整流橋的輸出正極和負極之間并聯(lián)開關管的活動端；整流橋的輸出正極正向串接二極管后作為穩(wěn)壓電路的輸出端；電壓采樣電路和濾波電容并聯(lián)，并均連接在穩(wěn)壓電路的輸出端和整流橋的輸出負極之間；電壓比較器的輸入端一端連接基準電壓，另一端連接電壓采樣電路的輸出端；主回路充電開關管的活動端和限流電阻串接在穩(wěn)壓電路的輸出端和法拉電容的輸出端之間；主回路充電開關管的控制端與控制單元連接；法拉電容放電開關管的活動端串接在法拉電容的輸出端和穩(wěn)壓電路的輸出端之間，法拉電容放電開關管的控制端連接控制單元；后備回路充電開關管的活動端和限流電阻串接在后備電池的輸出端和法拉電容的輸出端之間；后備回路充電開關管的控制端與控制單元連接；穩(wěn)壓電路的輸出端通過正向串接的第一保護二極管連接到第一開關管的活動端一端；第一開關管的活動端的另一端連接第三開關管的活動端一端，同時也為切換開關的輸出端；第一開關管的控制端連接第二開關管的活動端一端；第二開關管和第三開關管的控制端短接并連接到控制單元；第二開關管的活動端另一端通過正向串聯(lián)的第二保護二極管連接第三開關管的活動端另一端。

如圖3所示為本發(fā)明的供電方法的方法流程圖：本發(fā)明提供的這種用于配電線路故障定位裝置的電源電路的供電方法，包括如下步驟：

檢測負載電流需求，并判斷負載電流需求與主回路最大供電電流的大小的步驟；

根據(jù)檢測到負載電流需求與主回路最大供電電流的大小關系，依據(jù)如下規(guī)則進行切換開關的切換的步驟：

1）負載正常供電的步驟，具體包括：

若負載電流需求小于主回路最大供電電流，則控制切換開關切換至主供電回路，由取電電流互感器和穩(wěn)壓電路供電，并同時為法拉電容充電；

若負載端電流需求大于主回路最大供電電流，則法拉電容放電電路開通，并切換切換開關至主供電回路供電狀態(tài)，由取電電流互感器和穩(wěn)壓電路，以及法拉電容和法拉電容放電電路同時為負載供電；

在取電電流互感器與法拉電容共同為負載供電時，持續(xù)檢測負載的供電電壓：若供電電壓持續(xù)下降至低于事先設定的最低供電電壓閾值時，切換開關切換至后備供電回路供電狀態(tài)，由后備電池直接向負載供電；

2）若負載需要瞬時大電流供電的步驟，具體包括：

根據(jù)負載所需的大電流供電信息，計算所需要的能量，并換算為法拉電容的充電電壓截止閾值；

打開后備回路充電電路，由后備電池將法拉電容充電至法拉電容的電壓達到充電電壓截止閾值；

關閉后備回路充電電路，同時打開法拉電容放電電路，并將切換開關切換至主供電回路供電狀態(tài)，由由取電電流互感器和穩(wěn)壓電路，以及充電完畢的法拉電容和法拉電容放電電路同時為負載進行瞬時大電流供電。

在負載進行瞬時大電流供電時，持續(xù)監(jiān)測主供電回路的電壓：若主供電回路的電壓上升至預設的工作點閾值時，斷開法拉電容放電回路，且控制切換開關轉換成由取電電流互感器和穩(wěn)壓電源構成的主供電回路來向負載供電的狀態(tài)。