[发明专利]一种能信共传光纤的激光供能方法及其系统

说明书

本发明提供了一种能信共传光纤的激光供能方法及其系统，该方法包括将在变电站侧、杆塔侧、以及在变电站侧与杆塔侧之间的光纤设置成激光能量信号与信息通信信号共纤；将与光电池并联连接超级电容和节点中央处理芯片；将所述变电站侧的激光能量信号和信息通信信号经过光纤传输至所述接线盒的波分复用器；由波分复用器区分激光能量信号和信息通信信号分别传输至光电池和节点中央处理芯片；由光电池将激光能量信号的光能量转换成电能量输入至超级电容，在所述传感器节点安装有光纤传感器，通过分析光纤中的数据处理来获得传感信号。通过本申请，解决现有光纤能信共传中传输给用电侧的能量不满足用电侧用电需求的问题。

技术领域

本发明属于电力电缆技术领域，具体地涉及一种能信共传光纤的激光供能方法及其系统。

背景技术

基于电子技术的信息采集与信息传输技术是当前物联网终端层的主要技术手段；光纤通信系统，具有单位损耗低和传输距离远、抗电磁干扰能力强，铺设组网简单，通信数据安全可靠等诸多优点，能够较大程度上满足复杂电磁环境下远距离通信的需求，适用于各类环境中的监测应用。但是由于受能源供应等因素限制，特殊环境下例如架空输电线路与地下管廊等，电子式终端通常供能问题引发一系列的不便，存在潜在的安全风险，会影响监测系统运行，进而破坏电网系统的安全有效运转。现有电力物联网中监测与控制远端节点侧供能方式主要包括：1)电力线远程输能，2)太阳能电池板、电磁感应等本地能量搜集等两类。电力线远程输能因存在建设困难等不足，在架空、地下管廊等长距离环境下难以应用；太阳能电池板对自然环境与气象条件等要求苛刻，特别是在阴雨冰雪恶劣天气无法实现能量供给，而磁共振等电磁感应类能量供给方式又存在供电距离受限、高压取电存在短路放电等不足。因此，电力物联网中监测与控制远端节点侧的有效供能是一个重要的技术难题。

近年来，如图1所示，光导纤维作为近代光学的一个重要分支，从阶跃折射率分布光纤到复杂折射率分布光纤，从单纯传光到传感各种物理量，继而发展为传输能量。利用光纤传能技术可以实现光通信网络远端节点的光纤化供给，实现能量与信息的共同传输，可以有效解决野外复杂环境中通信网络的快速布设需求，具有重要的应用价值。

光纤传能技术是指通过光伏效应把光能直接转换成电能的光电转换过程，其目的是尽可能地将远端传输的激光能量转换为电能输出给传感器终端使用。由于电力系统自动化和智能电网的发展，对中高压输电线路及电力设备进行实时监测变的越发重要，输电设备中智能电子设备和监测的传感器的应用日益广泛。为了准确监测电气设备的多种物理量，大量的、多种类型的传感器节点将密集分布于待测区域内。基于具体实践中，对于不同类型的传感器，其功耗存在明显差异，根据应用的需要和感知的现象，传感器将通过调整采样率及休眠模式减少功耗。此时处理数据的功耗包括由晶体管开关造成的功耗以及由于泄漏电流造成的能量损失。因此，不同传感器类型采集和处理不同大小和类型的数据，所以不同节点对能量的损耗速率是不一样的，对能量的需求量也是不同的，同样的能量在不同传感器的使用时间是不相同的。

在2001年，德国弗朗霍夫太阳能研究所利用810纳米波长的光源照射到GaAs光伏电池上测得电池的转换效率为50.2％。在2008年，该机构发表了一篇文章指出GaAs光伏电池在790纳米至850纳米波段之间的转换效率高，能够输出1W的电功率，但其信号传输距离却有限在100米～1000米之间。如要满足5千米以上远距离供能、以及5千米以上远距离通信的共纤传输需求，使用810纳米中心波长的光源供能虽然输出能量高，但随着传输距离越长，传输损耗就会越大，因此810纳米中心波长的光源供能方案并不适用于传输距离超过千米量级的供能需求。

因此，如何解决现有光纤能信共传过程中难以满足5千米以上远距离供能、以及5千米以上远距离通信的共纤传输需求，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能信共传光纤的激光供能方法及其系统，通过光纤和光电池、超级电容及节点传感器三者的结合，实现储存变电站侧输送来的能量通过超级电容进行充电。