[發明專利]一種能信共傳光纖的激光供能方法及其系統

在審

• 申請號: 202210199400.4
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114675380A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 肖子洋;張治國;顧雪亮;李月梅;李路明;梁良;王華;李健;吳志平;譚如超;周洋;楊濤
• 申請（專利權）人: 國網江西省電力有限公司信息通信分公司;國家電網有限公司;北京郵電大學
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;G02B6/44;G02B6/293;H02J50/30;H02J7/35;H02J7/34
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 何世磊

本發明提供了一種能信共傳光纖的激光供能方法及其系統，該方法包括將在變電站側、桿塔側、以及在變電站側與桿塔側之間的光纖設置成激光能量信號與信息通信信號共纖；將與光電池并聯連接超級電容和節點中央處理芯片；將所述變電站側的激光能量信號和信息通信信號經過光纖傳輸至所述接線盒的波分復用器；由波分復用器區分激光能量信號和信息通信信號分別傳輸至光電池和節點中央處理芯片；由光電池將激光能量信號的光能量轉換成電能量輸入至超級電容，在所述傳感器節點安裝有光纖傳感器，通過分析光纖中的數據處理來獲得傳感信號。通過本申請，解決現有光纖能信共傳中傳輸給用電側的能量不滿足用電側用電需求的問題。

技術領域

本發明屬于電力電纜技術領域，具體地涉及一種能信共傳光纖的激光供能方法及其系統。

背景技術

基于電子技術的信息采集與信息傳輸技術是當前物聯網終端層的主要技術手段；光纖通信系統，具有單位損耗低和傳輸距離遠、抗電磁干擾能力強，鋪設組網簡單，通信數據安全可靠等諸多優點，能夠較大程度上滿足復雜電磁環境下遠距離通信的需求，適用于各類環境中的監測應用。但是由于受能源供應等因素限制，特殊環境下例如架空輸電線路與地下管廊等，電子式終端通常供能問題引發一系列的不便，存在潛在的安全風險，會影響監測系統運行，進而破壞電網系統的安全有效運轉。現有電力物聯網中監測與控制遠端節點側供能方式主要包括：1)電力線遠程輸能，2)太陽能電池板、電磁感應等本地能量搜集等兩類。電力線遠程輸能因存在建設困難等不足，在架空、地下管廊等長距離環境下難以應用；太陽能電池板對自然環境與氣象條件等要求苛刻，特別是在陰雨冰雪惡劣天氣無法實現能量供給，而磁共振等電磁感應類能量供給方式又存在供電距離受限、高壓取電存在短路放電等不足。因此，電力物聯網中監測與控制遠端節點側的有效供能是一個重要的技術難題。

近年來，如圖1所示，光導纖維作為近代光學的一個重要分支，從階躍折射率分布光纖到復雜折射率分布光纖，從單純傳光到傳感各種物理量，繼而發展為傳輸能量。利用光纖傳能技術可以實現光通信網絡遠端節點的光纖化供給，實現能量與信息的共同傳輸，可以有效解決野外復雜環境中通信網絡的快速布設需求，具有重要的應用價值。

光纖傳能技術是指通過光伏效應把光能直接轉換成電能的光電轉換過程，其目的是盡可能地將遠端傳輸的激光能量轉換為電能輸出給傳感器終端使用。由于電力系統自動化和智能電網的發展，對中高壓輸電線路及電力設備進行實時監測變的越發重要，輸電設備中智能電子設備和監測的傳感器的應用日益廣泛。為了準確監測電氣設備的多種物理量，大量的、多種類型的傳感器節點將密集分布于待測區域內?；诰唧w實踐中，對于不同類型的傳感器，其功耗存在明顯差異，根據應用的需要和感知的現象，傳感器將通過調整采樣率及休眠模式減少功耗。此時處理數據的功耗包括由晶體管開關造成的功耗以及由于泄漏電流造成的能量損失。因此，不同傳感器類型采集和處理不同大小和類型的數據，所以不同節點對能量的損耗速率是不一樣的，對能量的需求量也是不同的，同樣的能量在不同傳感器的使用時間是不相同的。

在2001年，德國弗朗霍夫太陽能研究所利用810納米波長的光源照射到GaAs光伏電池上測得電池的轉換效率為50.2％。在2008年，該機構發表了一篇文章指出GaAs光伏電池在790納米至850納米波段之間的轉換效率高，能夠輸出1W的電功率，但其信號傳輸距離卻有限在100米～1000米之間。如要滿足5千米以上遠距離供能、以及5千米以上遠距離通信的共纖傳輸需求，使用810納米中心波長的光源供能雖然輸出能量高，但隨著傳輸距離越長，傳輸損耗就會越大，因此810納米中心波長的光源供能方案并不適用于傳輸距離超過千米量級的供能需求。

因此，如何解決現有光纖能信共傳過程中難以滿足5千米以上遠距離供能、以及5千米以上遠距離通信的共纖傳輸需求，尚未提出有效的解決方案。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種能信共傳光纖的激光供能方法及其系統，通過光纖和光電池、超級電容及節點傳感器三者的結合，實現儲存變電站側輸送來的能量通過超級電容進行充電。