输电线路状态监测太阳能供电设备的能量管理系统及方法

摘要

本发明属于电力系统通信技术领域，涉及输电线路状态监测太阳能供电设备的能量管理系统及方法，具体涉及一种输电线路状态监测太阳能供电设备的能量管理系统及方法。系统包括太阳能充放电控制器以及分别与其连接的负载、太阳能面板和蓄电池；太阳能充放电控制器包括依次连接的状态控制电路和北斗系统模块，通过太阳能充放电控制器中的状态控制电路实现太阳能充放电控制器在正常状态、非常状态和休眠状态这三种状态之间的转换；通过北斗系统模块接受北斗系统的统一授时和管控，使其同时切断负载以节省电力，同时投入负载以进行数据采集和数据传输。本发明使得整个输电线路状态监测系统周期性地工作，达到降低系统平均功耗的目的。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统通信技术领域，涉及输电线路状态监测太阳能供电设备的能量管理 系统及方法，具体涉及一种输电线路状态监测太阳能供电设备的能量管理系统及方法。

背景技术

在输电线路状态监测系统包括系统主站，通信网络和监测终端，监测终端可以监测输电 线路的各种有用状态信息，通过通信网络传输到系统主站。监测终端和通信设备均位于输电 线路杆塔上，一般采用太阳能供电方式为其供电。因为太阳能供电方式的供电能力有限，就 要求监测终端和通信网络设备的平均功耗很低，否则太阳能供电系统将十分庞大，成本也大 大增加。低功耗的设计是用于输电线路状态监测的监测终端和通信设备必须采用的，但是低 功耗设计的效果是有极限的，为了降低监测终端和通信设备的平均功耗，只能从合理规划其 工作时间的角度去考虑解决的办法。

由于输电线路状态监测业务传输很多时候不是24小时连续工作的，而是每隔一个特定的 时间进行一次状态采集和传输，因此通信设备和监测终端都可以采用合理的能量管理机制来 进行休眠和周期性的工作。但是通信设备的休眠和周期性的工作比较难以和监测终端进行同 步，不同厂家的通信设备和监测终端之间的能量管理机制也不一样。为了更好的解决能量管 理的问题，最好的解决办法是将能量管理机制应用于输电线路状态监测系统中的供电设备， 通信设备和监测终端都是供电设备负载，从而从系统级的层面考虑能量管理机制，可以取得 更好的效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种输电线路状态监测太阳能供电设备的能 量管理系统，另一目的是提供一种输电线路状态监测太阳能供电设备的能量管理方法，本发 明从系统级的层面考虑能量管理方法，将能量管理方法应用于输电线路状态监测系统中的供 电设备，从而使得整个输电线路状态监测系统周期性地工作，达到降低系统平均功耗的目的。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种输电线路状态监测太阳能供电设备的能量管理系统，其改进之处在于，所述系统包 括太阳能充放电控制器以及分别与其连接的负载、太阳能面板和蓄电池；

所述太阳能充放电控制器包括依次连接的状态控制电路和北斗系统模块。

优选的，所述状态控制电路用于太阳能充放电控制器在正常状态、非常状态和休眠状态 之间转换，包括电压检测电路以及与其分别连接的两个切换电路；电压检测电路用于检测蓄 电池的电压状态，为电路切换提供数据；所述两个切换电路根据电压检测结果进行自主切换；

所述电压检测电路与负载连接，向负载发出控制信号；其中一个切换电路分别与太阳能 电池板和负载连接，另一个切换电路分别与蓄电池和负载连接，并且两个切换电路之间进行 信息交互；

较优选的，所述状态控制电路中包括信息流和电力流；其中电力流通过太阳能面板为蓄 电池充电，蓄电池为状态控制电路提供能源以及为负载提供能量；信息流根据电压检测的结 果向切换电路提供指令，以实现不同状态之间的切换。

优选的，所述北斗系统模块为基于北斗系统的通信终端模块，在太阳能充放电控制器工 作在正常状态时发生作用，对输电线路状态监测系统（状态监测系统是一种电力应用系统， 规模较大，包括主站、通信网络和传感器，安装在输电线路沿线）中的太阳能供电设备进行 授时、统一控制和管理，使其同时切断负载，同时投入负载进行数据采集和数据传输。

本发明基于另一目的提供的一种输电线路状态监测太阳能供电设备的能量管理方法，其 改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

（1）太阳能充放电控制器工作在正常状态，在蓄电池电压低于V1时太阳能充放电控制 器进入到非常状态，转向步骤（2）；

（2）太阳能充放电控制器工作在非常状态，在蓄电池电压低于V2时太阳能充放电控制 器进入到休眠状态，转向步骤（3）；

（3）太阳能充放电控制器进入到休眠状态，将太阳能面板和蓄电池短接，并对蓄电池进 行充电，当充电使蓄电池电压升高到V3以上时，转向步骤（4）；

（4）太阳能充放电控制器进入到非常状态，蓄电池继续接收太阳能产生的电能进行蓄电， 当蓄电池电压升高到V4以上时，转向步骤（5）；

（5）太阳能充放电控制器进入到正常状态，通过北斗系统进行指令的传输并立即或定时 切断和投运负载。

优选的，所述步骤（1）中，当太阳能充放电控制器工作在正常状态时，太阳能充放电控 制器自主进行充放电电管理，并且通过北斗系统模块接受北斗系统的授时信号进行对时，利 用本地时钟在两次授时之间（一般为24小时）维持实时时钟精度，通过北斗系统进行指令的 传输并立即或定时切断和投运负载，由于日照不足原因造成电量不足，蓄电池的电压下降， 太阳能充放电控制器在蓄电池电压低于V1时进入到非常状态，转向步骤（2）。

优选的，所述步骤（2）中，当太阳能充放电控制器工作在非常状态时，太阳能充放电控 制器自主进行充放电电管理，并且通过北斗系统模块接受北斗系统的授时信号进行对时，利 用本地时钟在两次授时之间（一般为24小时）维持实时时钟精度，此时由于电量不足，负载 被太阳能充放电控制器中的状态控制电路强行切断，无法通过北斗系统进行指令的传输并立 即或定时切断和投运负载，当蓄电池电压进一步降低到V2以下时，太阳能充放电控制器进 入到休眠状态，转向步骤（3）。

优选的，所述步骤（3）中，当太阳能充放电控制器进入到休眠状态时，太阳能充放电控 制器的状态控制电路工作，北斗系统模块停止工作，把太阳能面板和蓄电池短接并对蓄电池 进行充电，当充电使蓄电池电压升高到V3以上时，转向步骤（4）。

优选的，所述步骤（4）中，当太阳能充放电控制器进入到非常状态时，太阳能充放电控 制器自主进行充放电电管理，通过北斗系统模块接受北斗系统的授时信号进行对时，但由于 电量仍然不足，负载处于切断状态，无法通过北斗系统进行指令的传输并立即或定时切断和 投运负载，蓄电池继续接收太阳能产生的电能进行蓄电，当蓄电池电压进一步升高到V4以 上时，转向步骤（5）。

优选的，所述步骤（5）中，当太阳能充放电控制器进入到正常状态时，太阳能充放电控 制器正常工作，并自主进行充放电电管理，通过北斗系统模块接受北斗系统的授时信号进行 对时，利用本地时钟在两次授时之间（一般为24小时）维持实时时钟精度，通过北斗系统进 行指令的传输并立即或定时切断和投运负载。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

（1）实现了通信网络系统级休眠：

通过对输电线路状态监测系统中的太阳能供电设备进行授时和统一的控制和管理，使其 同时切断负载以节省电力，同时投入负载以进行数据采集和数据传输，很好地解决了通信网 络系统级休眠的问题。

（2）提高了系统的稳定性：

本发明将能量管理机制应用于输电线路状态监测系统中的太阳能供电设备，从而使得整 个输电线路状态监测系统周期性地工作，从而降低系统平均功耗，减小系统在供电设备上的 投入，延长系统的工作时间，定期对负载进行投切也克服了部分设备因为电磁干扰等原因带 来的死机现象，有利于提高整个系统的稳定性。

（3）简化了通信设备和网络的设计：

将通信系统中复杂的休眠唤醒和能量管理机制转移到太阳能供电设备中，简化了通信设 备和网络复杂的设计，也起到了良好的效果。

（4）节省整个系统的能耗：

北斗系统模块可在太阳能充放电控制器工作在正常状态时发生作用。通过北斗系统，可 以对输电线路状态监测系统中的太阳能供电设备进行授时和统一的控制和管理，使其同时切 断负载以节省电力，同时投入负载以进行数据采集和数据传输。这样，可以使得整个输电线 路状态监测系统中的各个监测终端和通信设备可以通过太阳能供电系统的控制高度地保持一 致，周期性地、受控地工作，达到节能降耗的目的。

附图说明

图1是本发明提供的输电线路状态监测太阳能供电设备的系统结构框图；

图2是本发明提供的输电线路状态监测太阳能供电设备的状态转换及功能框图；

图3是本发明提供的状态控制电路的系统结构及其连接关系图；

图4是本发明提供的输电线路状态监测太阳能供电设备的能量管理方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供了一种输电线路状态监测太阳能供电设备的能量管理系统，如图1所示，包 含两个部分：第一个部分是太阳能充放电控制器中的状态控制电路，状态控制电路是由模拟 器件构成的核心电路，可以保证太阳能充放电控制器在正常状态、非常状态和休眠状态之间 转换；第二部分是太阳能充放电控制器中的北斗系统模块，北斗系统模块是基于国内北斗系 统的通信终端模块，保证了太阳能充放电控制器在北斗系统的控制下，可以进行系统授时和 投切负载的操作。北斗系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），是继美全球 定位系统（GPS）和俄国GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗系统由空间端、 地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、 导航、授时服务，并且具有短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定 位精度优于20m，授时精度优于100ns。状态控制电路和北斗系统模块相连，两者之间进行 双向的信息交互，有利于更高效的能量管理。此外，能量管理系统还包括分别与太阳能充放 电控制器连接的若干负载、太阳能面板和蓄电池。

其中，北斗系统模块可在太阳能充放电控制器工作在正常状态时发生作用。通过北斗系 统，可以对输电线路状态监测系统中的太阳能供电设备进行授时和统一的控制和管理，使其 同时切断负载以节省电力，同时投入负载以进行数据采集和数据传输。本发明提供的输电线 路状态监测太阳能供电设备的状态转换及功能框图如图2所示。

太阳能充放电控制器可以在正常状态、非常状态和休眠状态之间转换，这样的转换由太 阳能充放电控制器中的状态控制电路实现，本发明提供的状态控制电路的系统结构及其连接 关系如图3所示，包括电压检测电路以及与其分别连接的两个切换电路；电压检测电路用于 检测蓄电池的电压状态，为电路切换提供数据；所述两个切换电路根据电压检测结果进行自 主切换；电压检测电路与负载连接，向负载发出控制信号；其中一个切换电路分别与太阳能 电池板和负载连接，另一个切换电路分别与蓄电池和负载连接，并且两个切换电路之间进行 信息交互。

状态控制电路中还包括信息流和电力流；其中电力流通过太阳能面板为蓄电池充电，蓄 电池为状态控制电路提供能源以及为负载提供能量；信息流根据电压检测的结果向切换电路 提供指令，以实现不同状态之间的切换。

本发明提供的输电线路状态监测太阳能供电设备的能量管理方法流程图如图4所示，具 体的管理方法步骤如下：

（1）太阳能充放电控制器工作在正常状态，太阳能充放电控制器自主进行充放电电管理， 可以通过北斗系统模块接受北斗系统的授时信号进行对时，利用本地时钟在一段时间内维持 实时时钟精度，可通过北斗系统进行指令的传输并立即或定时切断和投运负载，但由于日照 不足等原因造成电量不足，蓄电池电压下降，太阳能充放电控制器会在蓄电池电压低于V1 时进入到非常状态，转向步骤（2）；

（2）当太阳能充放电控制器工作在非常状态时，太阳能充放电控制器自主进行充放电电 管理，可以通过北斗系统模块接受北斗系统的授时信号进行对时，利用本地时钟在两次授时 之间（一般为24小时）维持实时时钟精度，但此时由于电量不足，负载已经被太阳能充放电 控制器中的状态控制电路强行切断，无法通过北斗系统进行指令的传输并立即或定时切断和 投运负载，当电池电压进一步降低到V2以下时，太阳能充放电控制器进入到休眠状态，转 向步骤（3）；

（3）此时太阳能充放电控制器进入到休眠状态，太阳能充放电控制器中除了状态控制电 路的其他部分均停止工作，北斗系统模块也停止了工作，此时只有状态控制电路发生作用， 把太阳能面板和蓄电池短接进行充电，当充电到一定程度使蓄电池电压升高到V3以上时， 转向步骤（4）；

（4）此时太阳能充放电控制器进入到非常状态，自主进行充放电电管理，通过北斗系统 模块接受北斗系统的授时信号进行对时，但由于此时电量仍然不足，负载仍然处于切断状态， 无法通过北斗系统进行指令的传输并立即或定时切断和投运负载，蓄电池继续接收太阳能产 生的电能进行蓄电，当蓄电池电压进一步升高到V4以上时，转向步骤（5）；

（5）此时太阳能充放电控制器进入到正常状态，太阳能充放电控制器正常工作，自主进 行充放电电管理，通过北斗系统模块接受北斗系统的授时信号进行对时，利用本地时钟在两 次授时之间（一般为24小时）维持实时时钟精度，通过北斗系统进行指令的传输并立即或定 时切断和投运负载。

本发明将能量管理机制应用于输电线路状态监测系统中的太阳能供电设备，从而使得整 个输电线路状态监测系统周期性地工作，从而降低系统平均功耗，减小系统在供电设备上的 投入，延长系统的工作时间，提高系统的稳定性。

实施例

本发明提供的能量管理机制可被应用于输电线路状态监测系统中的太阳能供电设备。例 如在一个12V直流的太阳能供电系统中，包括太阳能面板、蓄电池、太阳能充放电控制器和 若干负载，如图1所示。太阳能充放电控制器可在正常状态、非常状态和休眠状态之间转换， 可令如图2所示的V1=11V，V2=10V，V3=10.5V，V4=11.5V。这样，当太阳能充放电控制 器工作在正常状态时，由于日照不足等原因造成电量不足，电压下降的时候，太阳能充放电 控制器会在电压低于11V时进入到非常状态。因为以12V为额定供电电压的各种负载在低于 11V的情况下很可能不能正常工作，在这样的情况继续消耗电力是没有必要的；当电压进一 步降低到10V以下时，太阳能充放电控制器也无法保证正常工作，而其工作的必要性也不强， 因此进入到休眠状态是比较合适的选择，可以进一步节省电力，并对电池进行低电压保护， 以免对电池造成损伤；当日照能够保证，太阳能面板对蓄电池进行充电的时候，随着电压的 回升，太阳能充放电控制器会在电压大于10.5V的时候从休眠状态回到非常状态，为了避免 太阳能控制器在10V电压的时候在两种状态之间频繁转换，此时的电压阀值不应设置为10V， 而应大于10V，10.5V为宜；当电压进一步上升到11.5V以上的时候，太阳能充放电控制器重 新回到正常状态，可以根据主站的指令投入和切断负载。对于电压等级要求不同的太阳能供 电系统，其转换门限值V1、V2、V3、V4可根据实际的需求进行灵活配置，主要原则是保证 负载可靠供电、减免不必要的能量消耗。

北斗系统模块可在太阳能充放电控制器工作在正常状态时发生作用。通过北斗系统，可 以对输电线路状态监测系统中的太阳能供电设备进行授时和统一的控制和管理，使其同时切 断负载以节省电力，同时投入负载以进行数据采集和数据传输。这样，可以使得整个输电线 路状态监测系统中的各个监测终端和通信设备可以通过太阳能供电系统的控制高度地保持一 致，周期性地、受控地工作，达到节能降耗的目的。

本发明提供的一种输电线路状态监测太阳能供电设备的能量管理系统及方法，通过太阳 能充放电控制器中的状态控制电路实现太阳能充放电控制器在正常状态、非常状态和休眠状 态这三种状态之间的转换；通过太阳能充放电控制器中北斗系统模块接受北斗系统的统一授 时和管控，使其同时切断负载以节省电力，同时投入负载以进行数据采集和数据传输。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本 发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等 同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。