目前，太阳能供电可以不能满足输电线路全天候文章监控和连续雨天连续稳定运行的要求，形成危险点现场监控盲区。
风光互补供电系统利用风能和太阳能资源的互补性，实现全天候发电，有效解决了这一问题。介绍了风光互补供电系统的结构和工作原理，通过分析输电线路全天候文章监控系统的实际用电需求，设计了蓄电池、风力发电机和太阳能光伏阵列的配置方案和安装方案。
随着经济的快速发展，交通、管道、厂房、住宅等基础设施建设不断加快，在输电线路保护区经常发生吊车、高臂泵车等高大机械的违章搭建，对输电线路的安全运行构成极大威胁。通过在危险点安装文章监控装置，可以实现对危险点动态情况的实时控制，减少巡检人员现场监控工作量，有效预防输电线路外力破坏事故。
由于危险点的多变性和不可控性以及线路的重要性，避免夜间监控的盲区，要求全天候文章监控系统能够24小时连续稳定运行，以便后台监控中心全面掌握危险点的动态情况。但是，根据多年的运行情况来看，供电不足一直是装置稳定运行的瓶颈。
目前，输电线路文章监控设备的供电方式主要是太阳能供电。供电装置由太阳能电池板和电池组成，安装方便，投资少，环保。但是，由于一些地区光线不足，纯太阳能供电可以无法保证文章设备24小时监控运行，连续阴雨天气中断供电，影响设备正常运行。
还采用20 V低压线路供电方式。一条220V的低压线路接至铁塔附近的配电变压器，直接延伸至塔顶接入文章设备实现供电。供电稳定性满足设备连续稳定运行的要求，但建设成本高，受雷雨天气影响供电中断。
为了解决上述问题，设计了一种风光互补供电系统作为输电线路全天候文章监控设备和通信设备的电源，充分利用了太阳能和风能在时间和地域上的互补性。风能在没有阳光的夜晚和雨天发电，太阳能在晴天发电。两者在有风有太阳的时候同时发挥作用，实现全天候发电功能，保证文章监控系统在连续阴雨天的全天候连续运行。
风光互补供电系统的结构和原理
风光互补供电系统是由风力发电机组和太阳能电池组件组成的混合发电系统，可以将风的动能和太阳能光能转化为电能。风力发电机以自然风为动力，风轮吸收风能，带动风轮和风力发电机旋转，将风能转化为电能。
太阳能发电是基于光伏效应的原理，直接将太阳辐射能转化为电能。风光互补发电系统由风力发电机、太阳能电池组件、风光互补控制器、电池组、逆变器等部件组成。
在白天的太阳光照射下，光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应，将光能转化为电能，然后给电池充电。在风力发电部分，风能通过风机转化为机械能，机械能通过风力发电机转化为电能，然后通过风光互补控制器给电池充电。
电池组是风光互补发电系统的储能元件
将逆变电池中的直流电转换成相应的电压等级，如24V交流电，以保证交流负载设备的正常使用。同时具有自动稳压功能，可以提高风光互补发电系统的供电质量。
根据风力和太阳辐射的变化，风光互补发电系统可以运行在以下三种模式：风力发电机单独向负载供电；光伏发电系统独立向负载供电；风力发电机和光伏发电系统共同向负载供电。
风光互补供电系统的设计
设计一套能满足输电线路24小时全天候文章监控系统要求，并能在连续阴雨天持续稳定运行的风光互补供电系统。首先确定文章监控系统的负载需求，然后计算电池容量和系统发电量，确定系统所需电池的数量和组装方式。然后根据系统的总发电功率，确定风力发电机组和太阳能电池组的发电功率和型号，最后确定风光互补供电系统各部件在输电塔上的安装位置和装配方案。整体系统架构如图1所示。
1确定负荷需求。
输电线路全天候文章监控系统由红外摄像机(昼夜)、控制云台、通信设备和风光互补系统组成。红外夜视摄像头为索尼SNC-ch 14000万像素网络高清红外夜视摄像头，由DVS云台(带雨刷)控制，通信方式为无线MESH和OPGW通断传输。
通信装置为板式无线网状发射天线，通过网线与塔顶红外摄像机并排安装，文章数据无法发送到远方OPGW开接点的无线网状接收装置，再通过OPGW光缆传输到输电线路监控中心显示；
风光互补供电系统用电负荷为红外摄像机、控制云台和无线网状装置，其中红外摄像机工作电压为AC 24V，工作功率为15w；控制PTZ DVS和无线网状设备DC 12V的工作电压，工作功率分别为60W和5W。监控系统中各设备的负荷，要求在没有任何外部能源的情况下，能连续正常工作7天。负荷需求见表1。
2电池组设计
蓄电池的配置和充电控制是风光互补应用的关键。电池的容量是由电池本身的工作天数、每天的放电量、电池的足够容量和自身泄漏的电能等因素决定的。在特殊气候条件下，允许蓄电池放电，直到蓄电池剩余容量占正常额定容量的20%。
对于日负荷稳定、要求不高的场合，日放电循环深度可限制在电池额定容量的80%。在选择电池容量时，只要电池容量高于太阳能电池板峰值电流的25倍，电池就不会在充电过程中失水。
随着电池使用时间和电池温度的增加，自放电率会增加。对于新电池，自放电率通常小于容量的5%，但对于质量不好的旧电池，自放电率可以提高到每月10% ~ 15%。系统中配置的电池容量需要在无风和雨天条件下为设备供电至少7天。电池按24V设计，电池放电容量为70%，逆变器效率按90%考虑。根据监控系统中各设备的负载功率需求，计算电池的所需容量：
红外摄像头：a=7d 360w h/0.9/(24v * 0.7) 112a h
摄像头：b=7d 240w h/(12v * 0.7) 200a h
无线网状发射机：c=7d120 wh/(12v * 0.7)100 ah
因此电池容量为AB C=412A H，为了满足系统要求，串联使用电压为12V的单节电池，每节电池容量为225Ah/12V。配置四节累计容量为450Ah/24V的电池，两组电池并联，保证st
风力发电组件是一体化的立式风力发电机组，由立柱、风力发电机、发电机、轴承等组成。整个风力发电机组只有风轮一个运动部件，采用永磁无刷发电机组，包括感应绕组和发电感应极。没有转向、碳刷等易耗易损件，使用寿命显著延长。立式可以在2m/s-60m/s风速下安全使用。涡轮叶片形状，在太空中可以达到360度的风力，在微风和台风天气下可以正常发电。
该系统需要236W的发电功率。根据现场风力情况，通常风力可以达不到风机的额定运行风速，故配置一台额定功率为400W/24V的风力发电模块，以满足系统的需要。
5太阳能模块
太阳能电池阵列的功率输出能力与其面积密切相关。面积越大，相同光照条件下输出功率越大。太阳能电池阵的结构设计应保证组件与支架的连接牢固可靠，并能方便地更换太阳能电池组件。部件应安装在倾斜角度可调的支架上，并有防腐措施，以确保安装牢固。支架应能保证正确的方位和角度，使其能获得最大的发电量。
该系统需要236W的发电功率。为了充分利用太阳照射时间内的发电，可以在短时间内给电池组充电。配置四组额定功率为100W/24V的太阳能发电模块，满足系统需要。
6风灯智能控制器
控制器、风力发电和太阳能发电及充电电路需要满足相应的标准和要求。采用最大功率跟踪技术，最大限度地将风力和太阳能转化为电池充电电流。控制器具有风电充电输入端子、光伏充电电路输入端子、蓄电池端子和逆变器端子，具有过充、过放、过载、开路、短路、反接、防反向放电、过热等一系列报警和保护功能。
系统的启动电压设置为25V。当电压低于25V时，输出系统将欠压，不向负载供电，以防止电池因过放电而损坏。当电池完全饱和时，控制器将控制风扇发电。
7正弦波逆变器
正弦波逆变器用于将蓄电池的直流电转换成正弦波交流电输出，为红外摄像机供电。逆变器具有欠压保护、过流保护、短路保护、极性反接保护和防雷保护功能。自带显示单元，可显示变频器的输出电压、电流、功率、运行状态、异常报警等电气参数。通过无线MESH传输到OPGW开接点，传输到线路监控中心，监控人员可以远程实时监控。
8系统防雷
为了保证系统在雷雨等恶劣天气下的安全运行，本系统应采取防雷措施。主要有以下几个方面：
(1)接地线是防雷的关键。设备安装固定时，应使用专用接地线引出，并使用降阻器与接地点可靠连接。接地电阻应小于4欧姆。
(2)风力发电组件和太阳能组件的支架应良好接地。接地螺栓应通过降阻剂与接地点可靠连接，接地电阻应小于4欧姆。
(3)正弦波逆变器的DC输出端和交流输出端应采用二级防雷保护。
9系统安装设计
风光互补供电系统对杆塔的安装要求是安装简单，维护方便，安装位置不影响输电线路的日常运行维护。该系统由风力发电模块、太阳能发电模块、蓄电池和控制设备组成。
风力发电机的安装位置需要满足风力发电的最低风速，
太阳能发电模块由一个安装支架和四块8030太阳能电池板组成。支架固定在朝南的塔身主材上，太阳能电池板固定在支架上。它们成对串联，然后并联到主控制箱，最大限度地利用太阳能发电。
四节电池分为两组，叠放在两个镀锌铁盒中，中间用钢板隔开。其中一个铁箱作为主箱，即在箱内放置风光智能控制器、逆变器等设备，控制系统的输入输出和发电模式的切换。
由于太阳能电池板和支架尺寸较大，电池盒重量较重，两部分安装在离塔架9米远的平台上。为避免电缆腐蚀和干扰，设备与设备电缆之间的连接线穿过PVC管并固定在塔材上。
结束语
风光互补系统为输电线路危险点全天候文章监控系统供电，已成功应用于嘉兴王艳4458线32号塔(嘉邵高速下穿导线施工)重大危险点监控。
根据系统几个月的应用，风光互补供电方式可以满足文章监控系统24小时稳定运行的要求，不受阴雨天气影响，可以连续运行，不存在供电中断的情况，说明风能和太阳能具有良好的互补特性，与单独风力发电或光伏发电相比，可以获得相对稳定的输出，系统具有更高的稳定性和可靠性。在保证相同供电的情况下，可以大大减小储能电池的容量，更好地保护电池，延长电池的使用寿命，减少后期维护工作量。
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