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摘要：本文提出了一种配用电架空线路电子设备电源的设计方案，能在白天有太阳时全天候提供电源，太阳落山后超级电容接替供电，超级电容能量耗尽后一次性电池作后备，大大提高电子设备的寿命。
关键词：配用电；架空线路；取电；太阳能；超级电容
Abstract This paper presents a design scheme of electronic equipment power supply on distribution overhead line, in the day the sun provide power around the clock, when the sun is down super capacitor as power supply, if super capacitor energy is depleted, the disposable batteries back up, greatly improve the life of electronic devices.
Keywords: power distribution, overhead lines, electricity, solar energy, super capacitor
随着电力系统自动化水平的提高，电子设备越来越多地应用在各电压等级电力线路上，如带电指示器、故障检测器、巡线机器人、环境在线检测设备、视频等，以保证线路的可靠运行。而电子设备的供电获取成为实际应用中的一个重要问题，尤其是对于架空线路，如何有效地解决或获取电子设备的供能电源成为它本身能否可靠持续地工作和运行的关键。传统架空线路电源获取方法大概有以下几种：a、一次性电池。这种方法实施最简单，但也有它最大的缺点，那就是能量和寿命是有限的，无法再生和持续。b、采用太阳能供电方式。这种方法最大问题是受气候条件影响大，无法实现全天候的供电需求。c、低压侧激光供能。这种方法在电子式电流互感器和有源型光学电流互感器上得到了应用，但此类电源成本很高，在配用电领域无法得到应用。d、利用电流线圈在线取能，也即CT取电。而此供电方式也有需要解决的问题：线路在电流很小时无法得到稳定的电源输出；在短路及冲击电流下是否能很好保护电源本身及后级电路等。鉴于以上问题，本文提出一种通过太阳能供电与超级电容蓄能补充、一次性电池作后备保障相结合的电源解决方案，使电源获取可靠稳定。
1系统原理
本系统设计原理为：利用充电管理模块，把从早上一直到晚上因不同照射角太阳能板输出的不稳定电源稳定在一个合适的电压，给超级电容充电，同时给电子设备供电；当太阳落山后，放电管理模块把超级电容因逐渐释放能量而不断下降的不稳定电源稳定在一个合适的电压，给电子设备供电；当深夜超级电容耗完能量后，一次性电池切换提供可靠后备电源。
2 电路的设计与实现
2.1 充电管理部分设计
考虑到实现的困难和成本因素，安装在电力线路上的电子设备是无法自动跟踪太阳的，而太阳的照射角不同太阳能板输出的电压就会不同，早晚倾斜得厉害时输出的电压低，中午直射时输出的电压高，为得到稳定的电压，我们选择了Linear公司的LTC3225芯片，作为充电管理部分的核心。
LTC3225是专为两只串联的2.5V超级电容充电而设计的集成电路，输出电压4.8V～5.3V。它根据分别对两只电容端电压的监测来工作，电压低时自动开始充电，充满自停。故不适用于无中心抽头的串联型超级电容充电；也不适用于有下限电压限制的锂离子超级电容。
LTC3225利用内部的电荷泵来充电，即使两只串联的超级电容的容量有误差，电荷泵也可保证对其平衡充电。如图1所示，在LTC3225外部接有快速电容，电荷泵首先对快速电容充电，一旦充满，快速电容上的电荷就向超级电容转移。充电过程是以一定间隔在充电和电荷转移间进行，且是按串联超级电容的顺序逐一转移的。所以，可以得到比输入电压高的充电电压，即使输入电压仅2.8V，也可对串联后达5.5V的超级电容充电。
3 实验结果
根据上述研究我们设计了PCB板，太阳能板选择2W小太阳能板、超级电容选择10F双层电容、一次性电池选择3600mAh镍电池，制做了两块实际的电源，并通过电阻来模拟4mA的电子设备负载，各环节都用指针式毫安表进行监视，在屋外进行了长时间的测试，秋季只要不下雨的情况下，早上到傍晚都是太阳能板供电，太阳下山后超级电容供电一直到半夜3点，半夜3点到早上6点太阳升起转由一次性电池供电，实现了预设的目的。
论文作者:王力,张澜,牛顺清,姜国瑞,张长胜
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/11/29
标签：电容论文; 电压论文; 电源论文; 电子设备论文; 太阳能论文; 电荷论文; 电池论文; 《电力设备》2016年第18期论文;