一种开关柜模块化电源的制作方法

本发明涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种开关柜模块化电源。

背景技术：

开关柜是电力系统中最重要的电气设备之一。其中，开关柜主要用于在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护用电设备。

开关柜内设备的运行情况关系着电力系统运行的可靠性，因此，实现对开关柜内设备进行监控，及早发现并防止事故的发生，对提高电力系统运行的可靠性和自动化程度具有非常重要的意义。然而，智能监控开关柜内设备运行的在线监控设备在正常工作时，对于电源有着特殊的需求，需要电源在功率范围内稳定输出，同时为了满足电气隔离的安全要求，该电源不能由二次电源经降压、整流、滤波后提供，也不能用导线直接从低压侧供给，电源供给成为制约这类智能监测设备发展的关键。

因而，如何提供一种适用于上述种类的智能监测设备的电源，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种开关柜模块化电源，适用于作为开关柜内的智能监测设备的电源。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种开关柜模块化电源，用于为开关柜内监控装置供电，包括：

通过感应取能在所述开关柜内输送工频交流电流的电缆上获取电能，并将获取的交流电整流为直流电的能量获取模块；

对所述能量获取模块输出的直流电压进行滤波和稳压的直流电压稳定模块。

优选地，还包括：

将所述直流电压稳定模块中的直流电压限制在预设钳位阈值内的电压钳位控制模块。

优选地，所述能量获取模块包括：

从所述开关柜内输送工频交流电流的电缆上感应取能的感应取能电流互感器；

将所述感应取能电流互感器获取的交流电转化为直流电的整流单元；

与所述感应取能电流互感器和所述整流单元连接的取能保护单元。

优选地，所述取能保护单元包括：

压敏保护电阻，所述压敏保护电阻的两端分别与所述感应取能电流互感器的二次绕组的两端连接；

与所述压敏保护电阻并联的过压泄放晶体管。

优选地，所述直流电压稳定模块包括：

防能量倒送二极管，所述防能量倒送二极管的正极连接所述能量获取模块的正输出端；

用于储能的超级电容，所述超级电容的正极连接所述防能量倒送二极管的负极，所述超级电容的负极接地，所述超级电容的负极连接所述能量获取模块的负输出端；

对所述能量获取模块输出的直流电压进行滤波和稳压的稳压单元，所述稳压单元分别连接所述防能量倒送二极管的正极、所述超级电容的负极和所述电压钳位控制模块的输出端。

优选地，所述稳压单元包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述电压钳位控制模块的输出端；

滤波电容，所述滤波电容的第一端连接所述第一电阻的第二端，所述滤波电容的第二端连接所述超级电容的负极；

稳压二极管，所述稳压二极管的正极连接所述滤波电容的第二端，所述稳压二极管的负极连接所述滤波电容的第一端；

限流晶体管，所述限流晶体管的基极连接所述稳压二极管的负极，所述限流晶体管的发射极连接所述超级电容的负极，所述限流晶体管的集电极连接所述防能量倒送二极管的正极。

优选地，所述电压钳位控制模块包括：

电压控制的反转运算放大器，所述反转运算放大器的正电源输入端连接正相输入端，所述正相输入端连接所述直流电压稳定模块的正输出端，所述反转运算放大器的反相输入端连接预设电压值的外界电源，所述反转运算放大器的输出端连接所述第一电阻的第一端，所述反转运算放大器的负电源输入端接地；

第二电阻，所述第二电阻的第一端连接所述反转运算放大器的正相输入端，所述第二电阻的第二端连接所述反转运算放大器的输出端；

第三电阻，所述第三电阻的第一端连接所述反转运算放大器的正电源输入端，所述第三电阻的第二端连接所述反转运算放大器的输出端。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的开关柜模块化电源，包括：通过感应取能在开关柜内输送工频交流电流的电缆上获取电能，并将获取的交流电整流为直流电的能量获取模块；对能量获取模块输出的直流电压进行滤波和稳压的直流电压稳定模块。该开关柜模块化电源的能量由能量获取模块从开关柜内的电缆上感应取得，而不是通过导线从低压侧供给或者由二次电源提供，从而满足了电气隔离的要求，能量获取模块获取的交流电整流为直流电，直流电压稳定模块对该直流电进行滤波和稳压，从而输出稳定的电压，从而可以为开关柜内的智能监测设备提供稳定的直流电，满足了开关柜内智能监测设备对供电电源的各种需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的开关柜模块化电源结构示意图；

图2为本发明一种具体实施方式所提供的能量获取模块结构示意图；

图3为本发明一种具体实施方式所提供的直流电压稳定模块结构示意图；

图4为本发明一种具体实施方式所提供的电压钳位控制模块结构示意图；

图5为本发明另一种具体实施方式所提供的开关柜模块化电源结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种开关柜模块化电源，用于为开关柜内监控装置提供可靠稳定的电源。

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式所提供的开关柜模块化电源结构示意图。

本发明的一种具体实施方式提供了一种开关柜模块化电源，用于为开关柜内监控装置供电，包括：通过感应取能在开关柜内输送工频交流电流的电缆上获取电能，并将获取的交流电整流为直流电的能量获取模块1；对能量获取模块输出的直流电压进行滤波和稳压的直流电压稳定模块2。

该开关柜模块化电源的能量由能量获取模块从开关柜内的电缆上感应取得，而不是通过导线从低压侧供给或者由二次电源提供，从而满足了电气隔离的要求，能量获取模块获取的交流电整流为直流电，直流电压稳定模块对该直流电进行滤波和稳压，从而输出稳定的电压，从而可以为开关柜内的智能监测设备提供稳定的直流电，满足了开关柜内智能监测设备对供电电源的各种需求。

进一步地，开关柜模块化电源还包括：将直流电压稳定模块中的直流电压限制在预设钳位阈值内的电压钳位控制模块3。

为了保证开关柜模块化电源的稳定输出，避免由于开关柜内输送工频交流电流的电缆上电流变化而导致开关柜模块化电源输出的电压超出开关柜内智能监测装置的电压阈值，设置电压钳位控制模块能够将开关柜模块化电源的输出电压限制在预设的钳位阈值内，从而保证了输出的电压不会超出预设的电压输出阈值。

请参考图2，图2为本发明一种具体实施方式所提供的能量获取模块结构示意图。

在本发明的一种实施方式中，能量获取模块1包括：从开关柜内输送工频交流电流的电缆上感应取能的感应取能电流互感器11；将感应取能电流互感器获取的交流电转化为直流电的整流单元12；与感应取能电流互感器和整流单元连接的取能保护单元13。其中，优选取能保护单元13包括：压敏保护电阻RV1，压敏保护电阻RV1的两端分别与感应取能电流互感器的二次绕组的两端连接；与压敏保护电阻并联的过压泄放晶体管Q1。

能量获取模块通过感应取能的电流互感器中的取能线圈从开关柜电缆获取电能，压敏保护电阻RV1在承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护电路中的敏感器件。而过压泄放晶体管Q1主要用于抑制取能线圈中的电流变化，防止尖峰电压对电路中器件的损坏。

请参考图3，图3为本发明一种具体实施方式所提供的直流电压稳定模块结构示意图。

在本发明的一种实施方式中，直流电压稳定模块2包括：防能量倒送二极管21，防能量倒送二极管21的正极连接能量获取模块的正输出端；用于储能的超级电容22，超级电容22的正极连接防能量倒送二极管21的负极，超级电容22的负极接地，超级电容的负极连接能量获取模块的负输出端；对能量获取模块输出的直流电压进行滤波和稳压的稳压单元23，稳压单元23分别连接防能量倒送二极管21的正极、超级电容22的负极和电压钳位控制模块的输出端。其中，稳压单元23包括：第一电阻R1，第一电阻R1的第一端连接电压钳位控制模块的输出端；滤波电容C1，滤波电容C1的第一端连接第一电阻R1的第二端，滤波电容C1的第二端连接超级电容22的负极；稳压二极管D5，稳压二极管D5的正极连接滤波电容C1的第二端，稳压二极管D5的负极连接滤波电容C1的第一端；限流晶体管Q2，限流晶体管Q2的基极连接稳压二极管D5的负极，限流晶体管Q2的发射极连接超级电容22的负极，限流晶体管Q2的集电极连接防能量倒送二极管21的正极，限流晶体管Q2的集电极和防能量倒送二极管21之间还可以设置一电阻R2。

在本实施方式中，开关柜模块化电源主要基于感应取能和超级电容储能，以为开关柜的智能监测设备提供电能。采用超级电容储能，功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽。

请参考图4，图4为本发明一种具体实施方式所提供的电压钳位控制模块结构示意图。

在本发明的一种实施方式中，电压钳位控制模块3包括：电压控制的反转运算放大器31，反转运算放大器31的正电源输入端连接其正相输入端，其正相输入端连接直流电压稳定模块的正输出端，反转运算放大器31的反相输入端连接预设电压值的外界电源，反转运算放大器31的输出端连接第一电阻的第一端，反转运算放大器31的负电源输入端接地；

第二电阻32，即图4中的R4，第二电阻32的第一端连接反转运算放大器31的正相输入端，第二电阻32的第二端连接反转运算放大器31的输出端；

第三电阻33，即图4中的R5，第三电阻33的第一端连接反转运算放大器31的正电源输入端，第三电阻33的第二端连接反转运算放大器31的输出端；

第四电阻R3，其中，第四电阻R3位于反转运算放大器31正相输入端和直流电压稳定模块的正输出端之间，第四电阻R3和所述反转运算放大器31正相输入端连接的一端连接第二电阻R4。

请参考图5，图5为本发明另一种具体实施方式所提供的开关柜模块化电源结构示意图。

本实施方式所提供的开关柜模块化电源由上述各实施方式所提供的具体的能量获取模块、直流电压稳定模块和电压钳位控制模块组成。如图5所示，能量获取模块1的J1端连接直流电压稳定模块2的J3端，能量获取模块1的J2端连接直流电压稳定模块2的J4端，直流电压稳定模块2的J5端连接电压钳位控制模块3的J9端，直流电压稳定模块2的J7端连接电压钳位控制模块3的J8端，电压钳位控制模块3的J9端连接电压钳位控制模块3的J10端。其中，J1、J2分别为能量获取模块的正极输出端和负极输出端；J3和J4为直流电压稳定模块的对应输入端；J5、J6分别为直流电压稳定模块的正极输出端和负极输出端；J7为直流电压稳定模块的稳压单元的一输入端；J8为电压钳位控制模块的输出端；J9为电压钳位控制模块的正相输入端，J10为电压钳位控制模块的正电源输入端。在本实施方式中，电压钳位控制模块的反相输入端输入2.5V电压。

以直流电压稳定模块输出的电压作为反转运算放大器的正相输入端的电源电压，并相应输出电压钳位信号至直流电压稳定模块来限制开关柜模块化电源的输出电压，保证了开关柜模块化电源的输出电压的稳定性和可靠性。

综上所述，本发明实施方式所提供的开关柜模块化电源基于感应取能和超级电容储能，由开关柜的电缆处感应取能，而不是通过导线从低压侧供给或者由二次电源提供，从而满足了电气隔离的要求，能量获取模块获取的交流电经压敏保护电阻和过压泄放晶体管的取能保护单元后，经由整流单元整流成直流电。直流电压稳定模块对该直流电进行滤波和稳压，且直流电压稳定模块接收电压钳位控制模块的钳位控制信号，输出稳定的电压，从而可以为开关柜内的智能监测设备提供可靠稳定的直流电，维持在线监控设备的正常工作，提高开关柜运行的可靠性和自动化水平。

以上对本发明所提供一种开关柜模块化电源进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。