本發(fā)明涉及電源系統(tǒng)，尤其涉及輸電線路在線監(jiān)測的電源系統(tǒng)，具體地說是一種輸電線路在線監(jiān)測風(fēng)光互補(bǔ)電源系統(tǒng)及其風(fēng)力發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各行各業(yè)對電力供應(yīng)的質(zhì)量和數(shù)量提出了更高的要求，由于電網(wǎng)中輸電線路所處環(huán)境的不確定性，使線路運(yùn)行是否安全已成為電網(wǎng)可靠性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

由于輸電線路縱橫延伸幾十甚至幾百千米，處在不同的環(huán)境中。因此高壓輸電線路受所處地理環(huán)境和氣候影響很大，每年電網(wǎng)停電事故主要由線路事故引起。

以前，輸電線路檢查主要依靠運(yùn)行維護(hù)人員周期性巡視，雖能發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，但由于本身的局限性，缺乏對特殊環(huán)境和氣候的檢測，在巡視周期真空期也不能及時掌握線路走廊外力變化，極易在下一個巡視未到之前由于缺乏監(jiān)測發(fā)生線路事故。因此，輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用而生，其通過無線(gsm/gprs/cdma)傳輸方式，對輸電線路環(huán)境通道環(huán)境、溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、泄漏電流、覆冰、導(dǎo)線溫度、風(fēng)偏、弧垂、舞動、絕緣子污穢、周圍施工情況、桿塔傾斜等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，提供線路異常狀況的預(yù)警，通過對線路各有效參數(shù)的監(jiān)測，能夠提高對輸電線路安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的管理水平，并為輸電線路的狀態(tài)檢修工作提供必要的參考。

當(dāng)前，輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)是利用太陽能電池供電，通過無線公網(wǎng)3g/gprs/edge/cdma1x通信傳輸方式，對輸電線路的遠(yuǎn)程視頻、微氣象、桿塔傾斜、防盜報警、覆冰等線路情況進(jìn)行監(jiān)測并上傳至監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心不僅看到現(xiàn)場圖像，還可以通過各項(xiàng)監(jiān)測采集的數(shù)據(jù)實(shí)時分析、診斷和預(yù)測線路運(yùn)行狀態(tài)，采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵?、減輕險情，保證輸電線路的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

輸電線路在線監(jiān)測裝置的主要用途為：在導(dǎo)線測溫、局部環(huán)境微氣象監(jiān)測、導(dǎo)線微風(fēng)振動、絕緣子污穢監(jiān)測、圖像視頻在線監(jiān)測等一系列人工無法替代或負(fù)擔(dān)較重的工作中減輕和替代人工工作負(fù)擔(dān)，并且對所需目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測監(jiān)管的儀器設(shè)備。在線監(jiān)測裝置運(yùn)行后，完全依靠自身電能來執(zhí)行相應(yīng)功能?？墒牵趯?shí)際使用中常因缺電導(dǎo)致裝置出現(xiàn)故障。一旦裝置出現(xiàn)故障，必須進(jìn)行及時維修和更換。而在線監(jiān)測裝置的安裝目標(biāo)決定了其所處區(qū)域大多自然環(huán)境條件相對惡劣，地勢海拔較高，一旦出現(xiàn)故障，將很難進(jìn)行維修和更換工作。現(xiàn)實(shí)工作中，裝置依靠自身配置的太陽能板發(fā)電傳送至裝置電池模塊中，從而維持一個周期(24小時)的運(yùn)行。當(dāng)天收集的多余電量可依舊作為電能儲備存儲在電池模塊內(nèi)。由于太陽能供電裝置的運(yùn)行可靠性完全依賴于天氣條件，同時，太陽能板不可能跟隨太陽運(yùn)動軌跡做相應(yīng)的位移運(yùn)動，所以發(fā)電板的選裝位置相當(dāng)重要。即使按最佳位置(東南面)安裝，通過粗略估算，可以看出，面板所收集的電量非常有限(其中還未統(tǒng)計太陽的運(yùn)動軌跡導(dǎo)致太陽能板在固定位置上因桿塔塔材阻斷陽光直接照射至面板的時間)。若氣象條件相對不足，如連續(xù)陰雨天氣等狀態(tài)下，監(jiān)測裝置只能依靠自身的儲備電力提供裝置運(yùn)行需要。在線監(jiān)測裝置長久地不間斷使用這種單一的供放電模式運(yùn)行，勢必會導(dǎo)致其電池模塊供電不足，從而大幅降低電池模塊(目前使用的電池模塊基本以鉛酸蓄電池組為主)的使用壽命。從目前我們統(tǒng)計的故障種類中來看，因電池模塊造成裝置故障的比率是非常高的，而其他故障(如主控板、太陽能板、攝像頭等)僅占故障總量中很小一部分。

可見，純粹利用太陽能電池供電并不能滿足當(dāng)前輸電線路在線監(jiān)測的需要。由于太陽能供電系統(tǒng)對于日光強(qiáng)度的依賴性過高，以及太陽能蓄電池存儲容量的局限性，放點(diǎn)效率的衰減性，單一的太陽能供電系統(tǒng)已逐步無法跟上輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備的發(fā)展需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的現(xiàn)有輸電線路在線監(jiān)電源系統(tǒng)采用純光伏系統(tǒng)帶來的因天氣原因產(chǎn)生缺電現(xiàn)象從而導(dǎo)致裝置故障的問題，旨在提供一種風(fēng)光互補(bǔ)電源系統(tǒng)，為監(jiān)測設(shè)備提供風(fēng)光互補(bǔ)的雙供電保障系統(tǒng)，使在線監(jiān)測設(shè)備能夠全天候穩(wěn)定工作。

現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)有橫軸和立軸兩種結(jié)構(gòu)。前者電機(jī)的主軸水平設(shè)置，風(fēng)葉為軸流式結(jié)構(gòu)，發(fā)電量較大。后者電機(jī)的主軸呈縱向設(shè)置，風(fēng)葉包括內(nèi)風(fēng)葉和外風(fēng)葉，內(nèi)風(fēng)葉主要用于承接風(fēng)能，外風(fēng)葉主要用于消除轉(zhuǎn)動過程中振動，使風(fēng)動運(yùn)行平穩(wěn)。通常，立軸式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量相對較小，三級以上的風(fēng)速達(dá)到起動要求，四級以上的風(fēng)速才能達(dá)到發(fā)電的要求。為達(dá)到發(fā)電的要求，必須增加整體體積和風(fēng)葉的數(shù)量。一般來說風(fēng)葉的數(shù)量須在6片以上，必要時在主軸上套裝多組風(fēng)葉，因而整體尺寸非常大，設(shè)備重量通常在45公斤以上，很難安裝和固定到鐵塔上，維修和更換部件也非常困難。這種結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的另一個缺點(diǎn)是整機(jī)是一體式的，電機(jī)的轉(zhuǎn)子與風(fēng)機(jī)的主軸是一體加工成型的，不能分拆，加工非常復(fù)雜，制造成本很高，且不利于運(yùn)輸和安裝。因而現(xiàn)有立軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)無法滿足輸電線路在線監(jiān)電源系統(tǒng)的要求。

由此，本發(fā)明的另一個目的在于提供一種適于輸電線路在線監(jiān)測風(fēng)光互補(bǔ)電源系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電裝置，采用簡單的結(jié)構(gòu)，較小的體積和重量，便于安裝到輸電線路的鐵塔上，并輸出穩(wěn)定的電能，與光伏發(fā)電系統(tǒng)形成有效的互補(bǔ)，為在線監(jiān)測設(shè)備的供能、儲能提供可靠的保障。

為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：輸電線路在線監(jiān)測風(fēng)光互補(bǔ)電源系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電裝置、控制系統(tǒng)、電池儲能系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述的風(fēng)力發(fā)電裝置包括一組內(nèi)葉片、一組外葉片、主軸和電機(jī)，其特征在于所述的內(nèi)葉片和外葉片分別為片，并且所述的一組內(nèi)葉片通過兩端的上、下旋轉(zhuǎn)架與所述的主軸連接；所述的一組外葉片上端通過上連接片與所述的主軸連接，下端連接到下連接片；所述的電機(jī)固定在所述的下旋轉(zhuǎn)架和下連接片之間。

本發(fā)明的輸電線路在線監(jiān)測風(fēng)光互補(bǔ)電源系統(tǒng)，具有以下有益效果：

(1)建成基于電網(wǎng)實(shí)際工況的高壓輸電線路風(fēng)光互補(bǔ)在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

基于電網(wǎng)在線監(jiān)測的實(shí)際工況，通過輸電線路風(fēng)光互補(bǔ)裝置集成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，批量化應(yīng)用，能夠?qū)毫迎h(huán)境中運(yùn)行的高壓輸電線路的運(yùn)行狀況進(jìn)行全天候、實(shí)時監(jiān)測，可有效減少由于線路周圍建筑施工(危險點(diǎn))、導(dǎo)線覆冰、風(fēng)偏舞動、線路大跨越、導(dǎo)線懸掛異物、塔材被盜等因素引起的電力事故。系統(tǒng)以動態(tài)視頻實(shí)時監(jiān)控的直觀方式，可使管理人員第一時間了解監(jiān)測點(diǎn)的現(xiàn)場信息，可針對突發(fā)的異常情況采取適當(dāng)?shù)氖侄斡枰匀斯じ深A(yù)，將事故的發(fā)生率或事故危害降至最低。并可通過人工請求方式(無人值守時通過定時和條件觸發(fā)兩種方式)實(shí)現(xiàn)異常狀況下的圖片抓拍或視頻連續(xù)攝像，達(dá)到24小時全天候監(jiān)測的目的，大大減輕巡視人員的勞動強(qiáng)度，提高線路安全運(yùn)行水平，為線路運(yùn)行單位提供直觀可靠的線路安全信息。

(2)降低因裝置內(nèi)部電源供電不足導(dǎo)致發(fā)生的故障率

風(fēng)能和太陽能基本不受災(zāi)害的影響，只要是有風(fēng)還是有太陽的條件下，就可以提供電能，因此風(fēng)光互補(bǔ)供電電源是一種可靠的供電系統(tǒng)。通過控制系統(tǒng)的控制策略可以實(shí)現(xiàn)恒流、恒壓充電控制的轉(zhuǎn)換，具有電力輸出穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性高、對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，降低了固有的受日光制約的現(xiàn)狀，形成了穩(wěn)定的供能系統(tǒng)，從而大大降低了裝置內(nèi)部電源供電不足而產(chǎn)生的電壓波動和潮流沖擊，從而減少了在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性，增加了監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

(3)有效提升在線監(jiān)測裝置的可持續(xù)運(yùn)行能力

負(fù)載缺電率是供電可靠性指標(biāo)，定義為系統(tǒng)不能滿足的負(fù)荷需求除以評估期總的負(fù)荷需求。對于可再生能源獨(dú)立供電系統(tǒng)，可再生能源資源、發(fā)電、儲能和負(fù)載之間有復(fù)雜的匹配關(guān)系。風(fēng)光互補(bǔ)獨(dú)立供電系統(tǒng)的容量配置就是根據(jù)這種復(fù)雜的匹配關(guān)系決定系統(tǒng)各部分的容量，從而提高供電靠性和降低成本。風(fēng)光互補(bǔ)獨(dú)立供電系統(tǒng)是可再生能源獨(dú)立供電

系統(tǒng)的一種重要形式，與風(fēng)力發(fā)電或光伏發(fā)電比較能使電力輸出更平穩(wěn)、可靠性更高同時還降低對儲能的要求。

(4)在惡劣天氣條件下為監(jiān)測裝置提供穩(wěn)定可靠能源

天氣不良情況下往往伴隨大風(fēng)氣象，也就是說，太陽能發(fā)電不理想的天氣狀況往往是風(fēng)能最豐富的時候，針對這種情況，可以用以風(fēng)力發(fā)電為主，光伏發(fā)電為輔的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)具有環(huán)保、無污染、免維護(hù)、安裝使用方便等特點(diǎn)，符合航標(biāo)能源應(yīng)用要求。在太陽能配置滿足春夏季能源供應(yīng)的情況下，不啟動風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)；在冬春季或連續(xù)天氣不良狀況、太陽能發(fā)電不良情況下，啟動風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。由此可見，風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)在航標(biāo)上的應(yīng)用具備了季節(jié)性和氣候性的特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了晝夜互補(bǔ)，季節(jié)互補(bǔ)的特性，從而利用風(fēng)光互補(bǔ)的特性，提高了惡劣天氣條件下監(jiān)控裝置供能的穩(wěn)定性。

綜上，本發(fā)明的風(fēng)光互補(bǔ)供能系統(tǒng)具有蓄電來源多元性，蓄電能力高效性，供電系統(tǒng)可靠性的特點(diǎn)，從而可以實(shí)現(xiàn)一套系統(tǒng)，為整基桿塔的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)供電的效果，節(jié)省了塔身的作業(yè)面積，減少了能耗，增加了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的供能效率，使得線監(jiān)測設(shè)備對輸電線路高危地區(qū)桿塔能夠進(jìn)行全天候監(jiān)測，將事故隱患及時消除。有效地減少由于線路周圍建筑施工等外力破壞引起的電力事故。在巡視人員不易到達(dá)地區(qū)，大大減少巡視次數(shù)，為輸電線路的巡視及狀態(tài)檢修開辟了新思路，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述的上、下旋轉(zhuǎn)架分別通過上、下固定座與所述的主軸連接。固定座可以增加與主軸的接觸面積，使連接更為可靠，轉(zhuǎn)動更為平穩(wěn)。并且，上、下旋轉(zhuǎn)架可以設(shè)計為薄片狀結(jié)構(gòu)，可減少材料用量，降低制造成本，減輕和產(chǎn)品的整體重量，便于運(yùn)輸和安裝。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的電機(jī)為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)子與所述的下旋轉(zhuǎn)架和下連接片固定連接，定子通過法蘭與外部安裝支架連接。

作為本發(fā)明的再進(jìn)一步改進(jìn)，所述的電機(jī)的定子上還開設(shè)有穿線孔。導(dǎo)線可通過該穿線孔引出。

作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述電機(jī)的定子與法蘭連接處還設(shè)有密封圈。

本發(fā)明還要提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置，包括一組內(nèi)葉片、一組外葉片、主軸和電機(jī)，其特征在于所述的內(nèi)葉片和外葉片分別為片，并且所述的一組內(nèi)葉片通過兩端的上、下旋轉(zhuǎn)架與所述的主軸連接；所述的一組外葉片通過兩端的上、下連接片與所述的主軸連接；所述的電機(jī)固定在所述的下旋轉(zhuǎn)架和下連接片之間。

本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置，一組內(nèi)葉片與兩端的上、下旋轉(zhuǎn)架連接成組件，一組外葉片與兩端的上、下連接片連接成組件，兩個組件固定到主軸上，電機(jī)安裝在下旋轉(zhuǎn)架和下連接片之間，并通過緊固件與下旋轉(zhuǎn)架和下連接片固定。

與傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)動裝置相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)內(nèi)外葉片數(shù)量少，整機(jī)體積小，重量輕，制造成本低，便于運(yùn)輸和安裝。

(2)電機(jī)、內(nèi)葉片組件、外葉片組件和主軸分別制造，加工簡單，結(jié)構(gòu)緊湊。并且，能夠適于不同類型的電機(jī)。

(3)適用于小功率發(fā)電，尤其適用于江浙一帶具有不定向風(fēng)的環(huán)境中，容易達(dá)到發(fā)電要求的轉(zhuǎn)速，并可直接安裝到到輸電線路的桿塔上，與光伏發(fā)電系統(tǒng)形成有效的互補(bǔ)，為在線監(jiān)測設(shè)備的供能、儲能提供可靠的保障。

附圖說明

圖1是本發(fā)明輸電線路在線監(jiān)測風(fēng)光互補(bǔ)電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)主視圖。

圖4是圖3的俯視圖。

圖5是圖4的a-a向剖視圖。

圖6是圖4的b-b向剖視圖。

圖中，1-風(fēng)力發(fā)電裝置，2-控制系統(tǒng)，3-負(fù)荷，4-電池儲能系統(tǒng)，5-光伏發(fā)電系統(tǒng)，6-外葉片，7-上旋轉(zhuǎn)架，8-上固定座，9-上連接片，10-主軸，11-內(nèi)葉片，12-下旋轉(zhuǎn)架，13-法蘭，14-下連接片，15-鍵，16-電機(jī)，17-轉(zhuǎn)子，18-定子，19-穿線孔，20-密封圈，21-下固定座，22-內(nèi)葉片的迎風(fēng)面，23-搭子。

具體實(shí)施方式

參照圖1，本發(fā)明的輸電線路在線監(jiān)測風(fēng)光互補(bǔ)電源系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電裝置1、控制系統(tǒng)2、負(fù)荷3、電池儲能系統(tǒng)4和光伏發(fā)電系統(tǒng)5。發(fā)電裝置1和光伏發(fā)電系統(tǒng)5同時向負(fù)荷3提供電能，形成風(fēng)光互補(bǔ)，能夠?qū)毫迎h(huán)境中運(yùn)行的高壓輸電線路的運(yùn)行狀況進(jìn)行全天候、實(shí)時監(jiān)測。多余的電能可存入電池儲能系統(tǒng)5中。

控制器通過控制策略控制充電狀態(tài)和輸電電壓。在本實(shí)施方式中，充電控制采用先恒流、再恒壓、最后浮充充電的控制方法。在控制策略中加入蓄電池電流反饋，以實(shí)現(xiàn)恒流、恒壓充電控制的轉(zhuǎn)換。在初始充電時，通過調(diào)整斬波電路的輸出電壓，控制蓄電池充電的電流，實(shí)現(xiàn)恒流充電。充電電流降低到一定值時，轉(zhuǎn)入恒壓充電狀態(tài)。最后，進(jìn)行浮充充電。從而減少了充電過程中對蓄電池的潮流沖擊。以它為主建立的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，具有電力輸出穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性高、對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，降低了固有的受日光制約的現(xiàn)狀，形成了穩(wěn)定的供能系統(tǒng)，從而大大降低了裝置內(nèi)部電源供電不足而產(chǎn)生的電壓波動和潮流沖擊，進(jìn)而減少了在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性，增加了監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

參照圖2-圖6，所述的風(fēng)力發(fā)電裝置1包括一組內(nèi)葉片11、一組外葉片6、主軸10和電機(jī)16，所述的內(nèi)葉片11和外葉片6分別為3片。

內(nèi)葉片11為離心式葉片，其結(jié)構(gòu)為一薄片型材，迎風(fēng)面22為光滑的弧面。該弧面可以是一段圓弧面，也可以是兩段或多段圓弧面光滑連接而成，或者是一個漸開面，以確保能夠承接更多的風(fēng)能。在每片內(nèi)葉片的兩端分別設(shè)有一組搭子23，在上、下旋轉(zhuǎn)架7、12上對應(yīng)開設(shè)有一組小孔，將搭子23穿過小孔后再打彎，產(chǎn)生類似鉚接方式的固定連接，從而將內(nèi)葉片11與上、下旋轉(zhuǎn)架7、12進(jìn)行可靠固定，形成內(nèi)葉片組件。

上旋轉(zhuǎn)架7通過上固定座8與所述的主軸10連接。上固定座8為法蘭狀結(jié)構(gòu)，套筒部位套裝在主軸10上，通過螺釘與主軸10固定。底面凸緣與上旋轉(zhuǎn)架7通過螺釘連接。

下旋轉(zhuǎn)架12以基本相同的方式通過下固定座21與所述的主軸10連接。

外葉片6為圓弧形薄片結(jié)構(gòu)，上端通過螺釘與上連接片9連接，下端通過螺釘與下連接片14連接，形成外葉片組件。該組件通過上連接片9連接到主軸10的最上端。

所述的電機(jī)16為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)子17上端通過螺釘與所述的下旋轉(zhuǎn)架12固定連接，下端通過螺釘與下連接片14固定連接。定子18通過法蘭13與外部安裝支架連接。所述電機(jī)的定子18與法蘭13連接處還設(shè)有密封圈20。所述的電機(jī)的定子18上還開設(shè)有穿線孔19，供導(dǎo)線引出。

應(yīng)該理解到的是：上述實(shí)施例只是對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制，任何不超出本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。