用于供电系统的能量收集装置、监控系统和无线传感器节点制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于供电系统的能量收集装置、监控系统和无线传感器节点，其中所述能量收集装置包括：导热层，与所述供电系统的供电线缆接触；热电材料层，设置在所述导热层上；以及换热层，设置在所述热电材料层上。

【技术实现步骤摘要】
用于供电系统的能量收集装置、监控系统和无线传感器节点
本专利技术涉及直流供电
，具体涉及一种用于供电系统的能量收集装置、监控系统和无线传感器节点。
技术介绍
在供电系统中通常需要监控整个供电系统的状态，例如线缆表面温度、能量击穿通知(energybreakdownnotification)、局部放电测量结果等，需要采集这些状态参数并将其发送到服务器，服务器通过对这些状态参数进行分析，可以启动特定动作以优化供电系统的性能，或者是启动预测性维护任务。为了采集这些状态参数，需要在供电系统中布设分布式无线传感器节点，然而目前存在的巨大问题是这些分布式无线传感器节点的供电电源。对于交流供电系统，现有的一种做法是，利用电缆周围的振荡磁场来对无线传感器节点进行供电，但是对于长距离输电，交流供电系统的损耗巨大，目前越来越多的采用直流供电技术，例如高压直流(HVDC，HighVoltageDirectCurrent)系统来进行长距离输电。对于直流供电系统，一种现有的做法是采用电池来对无线传感器节点进行供电，但是这样需要执行庞大的维护任务，在时间和成本方面花费巨大；另一种现有的做法是利用太阳能来对分布式无线传感器节点进行供电，不仅成本高，而且无线传感器节点的性能和可用性在很大程度上取决于天气情况。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种用于供电系统的能量收集装置、监控系统和无线传感器节点，以解决现有的供电系统监控成本高且不易于维护的问题。根据第一方面，本专利技术实施例提供了一种用于供电系统的能量收集装置，包括：导热层，与所述供电系统的供电线缆接触；热电材料层，设置在所述导热层上；以及换热层，设置在所述热电材料层上。可选地，所述导热层、所述热电材料层和所述换热层中的至少一个为环形且围绕所述供电线缆设置。可选地，所述热电材料层由多个圆柱形或矩形热电发电器构成。可选地，所述热电材料层由柔性材料制成。可选地，所述换热层是具有多个散热鳍片的散热片。根据第二方面，本专利技术实施例提供了一种用于供电系统的监控系统，包括：无线传感器节点，用于采集并发送所述供电系统的状态参数；上述第一方面中任一项所述的能量收集装置，用于向所述无线传感器节点供电。可选地，所述无线传感器节点为多个，所述能量收集装置为多个，所述供电系统监控系统还包括：能量子系统，与多个所述能量收集装置连接，用于接收并存储所述能量收集装置所产生的电能，并向多个所述无线传感器节点供电。可选地，所述能量子系统还用于向多个所述无线传感器节点分配电能；和/或将所述能量收集装置所产生的电压变换为所述无线传感器节点的工作电压。可选地，所述供电系统是直流供电系统。根据第三方面，本专利技术实施例提供了一种用于供电系统的无线传感器节点，包括：采集装置，用于采集供电系统的状态参数；通讯装置，用于向外部发送所采集的供电系统的状态参数；上述第一方面中任一项所述的能量收集装置，用于向所述采集装置和所述通讯装置供电。根据本专利技术实施例的用于供电系统的能量收集装置和监控系统，利用流过供电系统的供电线缆的电流使得能量收集装置的热电材料层两侧出现温差，从而可以使得热电材料层产生电能来为监控供电系统状态的无线传感器节点供电，无需执行庞大的维护任务且成本低廉。根据本专利技术实施例的用于供电系统的无线传感器节点，无线传感器节点内部集成有能量收集装置，在对供电系统布设监控时，仅需要将无线传感器节点放置在供电系统的供电线缆上即可，不需要进行任何布线，成本低且可靠性高。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1示出了根据本专利技术实施例的用于供电系统的能量收集装置的示意图；图2示出了沿图1中虚线A-A的截面图；图3示出了根据本专利技术实施例的用于供电系统的监控系统的示意图；图4示出了根据本专利技术另一实施例的用于供电系统的监控系统的示意图；图5示出了根据本专利技术实施例的无线传感器节点的示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1示出了根据本专利技术实施例的用于供电系统的能量收集装置的示意图，该能量收集装置可以用于为监控供电系统状态的无线传感器节点供电，如图1所示，能量收集装置20可以包括导热层21、热电材料层22和换热层23，其中导热层21与供电系统的供电线缆10接触，以将供电线缆10产生的热量传递给热电材料层22，热电材料层22设置在导热层21上，并且换热层23设置在热电材料层22上。在供电系统运行期间，流过供电系统的供电线缆10的电流由于欧姆电阻而使得供电线缆10相对于环境温度升温，使得能量收集装置20的热电材料层22两侧出现温差，从而可以使得热电材料层22产生电能来为监控供电系统状态的无线传感器节点供电，无需执行庞大的维护任务且成本低廉。根据本专利技术实施例的能量收集装置应用场景广泛，可以应用于直流或交流供电系统，尤其适用于直流供电系统。为了增大与供电线缆10的接触面积，以使得热电材料层22能够产生更多电能，在本专利技术的一些实施例中，能量收集装置20为环形，且围绕供电线缆10设置，如图1和图2所示，导热层21、热电材料层22和换热层23均为环形，且围绕供电线缆10设置，即导热层21围绕供电线缆10设置，热电材料层22围绕导热层21设置，换热层23围绕热电材料层22设置。图1和图2中所示的能量收集装置只是作为示例，并非意在限制本专利技术，导热层21、热电材料层22和换热层23不必都为环形。在本专利技术的一些实施例中，热电材料层22可以由多个圆柱形模块或矩形模块构成，更优选地可以由柔性材料制成，从而可以围绕供电线缆10设置，换热层23可以是具有多个散热鳍片的散热片，导热层21和换热层23由高热导率材料制成，例如铜、铝等金属材料，从而在热电材料层22两侧实现最大温差。在供电系统正常运行期间，供电线缆的最高温度最高可达80℃，在过载情况下最高温度可达170℃，而高温电缆甚至可在高达210℃的温度下工作，而外界环境温度通常在40℃以下，即使是按环境温度为40℃计算，对于供电系统正常运行的情况下，在热电材料层22两侧至少可以存在ΔT＝40K的可用温差。当然，由于供电线路上负载会不断变化，会使得沿供电线缆的温度并不恒定，在供电线路上负载极低时，通过实验测量显示，供电线缆与环境温度仍然可以保持5K-10K的温差。通常，热电发电器的能量密度在40K温差下约为3500μW/cm2，在5K温差下则约为3.5μW/cm2。通常，分布式无线传感器节点持续采集并发送供电系统状态参数的功耗约为100mW，在这里，我们假设DC/DC转换器的效率为40％，能量存储效率为80％，分布式无线传感器节点唤醒、采集并发送供电系统状态参数的操作为5秒，且监测供电系统的时间间隔为15分钟，可以预估使分布式无线传感器节点正常工作所需的能量收集装置20的长度，如下表1所示。表1不同条件下所需能量收集装置的长度由上表可以看出，在无线传感器节点每15本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于供电系统的能量收集装置，其特征在于，包括：导热层，与所述供电系统的供电线缆接触；热电材料层，设置在所述导热层上；以及换热层，设置在所述热电材料层上。

【技术特征摘要】
1.一种用于供电系统的能量收集装置，其特征在于，包括：导热层，与所述供电系统的供电线缆接触；热电材料层，设置在所述导热层上；以及换热层，设置在所述热电材料层上。2.根据权利要求1所述的能量收集装置，其特征在于，所述导热层、所述热电材料层和所述换热层中的至少一个为环形且围绕所述供电线缆设置。3.根据权利要求2所述的能量收集装置，其特征在于，所述热电材料层由多个圆柱形或矩形热电发电器构成。4.根据权利要求2所述的能量收集装置，其特征在于，所述热电材料层由柔性材料制成。5.根据权利要求1-4中任一项所述的能量收集装置，其特征在于，所述换热层是具有多个散热鳍片的散热片。6.一种用于供电系统的监控系统，其特征在于，包括：无线传感器节点，用于采集并发送所述供电系统的状态参数；权利要求1-5中任一项所述的能量收集装置，用于向所述无线传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：马里奥·路德维希，托马斯·施莱希特，
申请(专利权)人：全球能源互联网欧洲研究院，全球能源互联网研究院有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE