CN105762915A - 基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路，包括太阳能供电系统及光电转换电源，所述太阳能供电系统连接光电转换电源，所述示太阳能供电系统内设置有光伏板、稳压电路及供电控制器，所述光伏板连接稳压电路，所述稳压电路连接供电控制器，所述供电控制器连接光电转换电源；所述光电转换电源内设置有反馈通道、供能通道和互感器，所述反馈通道分别连接互感器和供能通道，所述供能通道连接互感器；采用太阳能进行清洁供电，代替传统的电源的供电方式，从而有效的减少不可再生资源的损耗，具有输出电压值不受电网波动影响的特性，具有良好的抗电磁干扰、抗辐射干扰的性能，是一种安全、洁净的电能装置。

Description

基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体的说，是基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路。

背景技术

太阳能的能源是来自地球外部天体的能源（主要是太阳能），是太阳中的氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量，人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。我们生活所需的煤炭、石油、天然气等化石燃料都是因为各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来后，再由埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。

现有能源

随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。现有电力能源的来源主要有3种，即火电、水电和核电。

火电缺点

火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。

水电缺点

水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。

核电缺点

核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害；2011年3月11日13时46分，日本福岛发生9.0级地震，引发震惊国际的福岛核电站事故，造成核电站附近30公里成为无人区；方圆5公里的海洋资源将受到不同程度的影响或是海洋生物变异。

理想能源

新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。找到的新能源主要有两种，一是太阳能，二是燃料电池。另外，风力发电也可算是辅助性的新能源。

照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。

从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净（无公害）；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。不足之处是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。

要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本，二是要实现太阳能发电同的电网联网。

太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达20%以上，但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到10%，每瓦发电设备价格降到1－2美元时，便足以同其他的发电方式竞争。

当然，特殊用途和实验室中用的太阳电池效率要高得多，如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而成的太阳电池，光电变换效率可达36%，快赶上了燃煤发电的效率。但由于它太贵，只能限于在卫星上使用。

太阳能发电有两大类型：一类是太阳光发电（亦称太阳能），另一类是太阳热发电（亦称太阳能热发电）。

太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池。

太阳能热发电是先将太阳能转化为热能，再将热能转化成电能，它有两种转化方式。一种是将太阳热能直接转化成电能，如半导体或金属材料的温差发电，真空器件中的热电子和热电离子发电，碱金属热电转换，以及磁流体发电等。另一种方式是将太阳热能通过热机（如汽轮机）带动发电机发电，与常规热力发电类似，只不过是其热能不是来自燃料，而是来自太阳能。

光通信（OpticalCommunication）是以光波为载波的通信方式。增加光路带宽的方法有两种：一是提高光纤的单信道传输速率；二是增加单光纤中传输的波长数，即波分复用技术（WDM）。

城域网(MetropolitanAreaNetwork)是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，简称MAN。属宽带局域网。由于采用具有有源交换元件的局域网技术，网中传输时延较小，它的传输媒介主要采用光缆，传输速率在100兆比特/秒以上。

MAN的一个重要用途是用作骨干网，通过它将位于同一城市内不同地点的主机、数据库，以及LAN等互相联接起来，这与WAN的作用有相似之处，但两者在实现方法与性能上有很大差别。

基于一种大型的LAN，通常使用与LAN相似的技术。MAN单独的列出的一个主要原因是已经有了一个标准：分布式队列双总线DQDB（DistributedQueueDualBus），即IEEE802.6。DQDB是由双总线构成，所有的计算机都连结在上面。

宽带城域网（BMAN）是我国信息化建设的热点，DWDM（密集波分复用）的巨大带宽和传输数据的透明性，无疑是当今光纤应用领域的首选技术。然而，MAN等具有传输距离短、拓扑灵活和接入类型多等特点，如照搬主要用于长途传输的DWDM，必然成本过高；同时早期DWDM对MAN等灵活多样性也难以适应。面对这种低成本城域范围的宽带需求，CWDM（粗波分复用）技术应运而生，并很快成为一种实用性的设备。

对光通信来说，其技术基本成熟，而业务需求相对不足。以被誉为“宽带接入最终目标”的FTTH为例，其实现技术EPON已经完全成熟，但由于普通用户上网需要的带宽不高，使FTTH的商用只限于一些试点地区。但是，在2006年，随着IPTV等三重播放业务开展，运营商提供的带宽已经不能满足用户对高清晰电视的要求，随之FTTH的部署也提上了日程。无独有偶，ASON对传输网络控制灵活，可为企业客户提供个性化服务，不少运营商为发展和维系企业客户，不惜重金投资建设ASON。

未来传输网络的最终目标，是构建全光网络，即在接入网、城域网、骨干网完全实现“光纤传输代替铜线传输”。骨干网和城域网已经基本实现了全光化，部分网络发展较快的区域，也实现了部分的接入层的光进铜退。

激光器，1960年7月8日，美国科学家梅曼发明了世界上首台激光器——红宝石激光器，从此人们便可获得性质和电磁波相似而频率稳定的光源。研究现代化光通信的时代也从此开始。激光器的英文简称叫LASER，意思是“受激发射的光放大”。这种激光器产生的光与普通的灯光不一样，它是受物质原子结构本质决定的光，频率稳定，约为100太赫。这种光的频率比已经广泛应用的微波（频率约为10兆赫）的频率高1万倍。因此，用这种光来传送信息从理论上来说，通信的容量可以比微波通信的容量也大1万倍！因此，激光器的发明对光通信的研究工作产生了重大的影响。但是最初发明的激光器在室温下不能连续工作，因此，还不可能在通信中获得实际应用。

光纤，人类从未放弃过对理想光传输介质的寻找，经过不懈的努力，人们发现了透明度很高的石英玻璃丝可以传光。这种玻璃丝叫做光学纤维，简称“光纤”。人们用它制造了在医疗上用的内窥镜，例如做成胃镜，可以观察到距离一米左右的体内情况。但是它的衰减损耗很大，只能传送很短的距离。光的损耗程度是用每千米的分贝为单位来衡量的。直到20世纪60年代，最好的玻璃纤维的衰减损耗仍在每公里1000分贝以上。每公里1000分贝的损耗是什么概念呢？每公里10分贝损耗就是输入的信号传送1公里后只剩下了十分之一，20分贝就表示只剩下百分之一，30分贝是指只剩千分之一……1000分贝的含意就是只剩下亿百分之一，是无论如何也不可能用于通信的。因此，当时有很多科学家和发明家认为用玻璃纤维通信希望渺茫，失去了信心，放弃了光纤通信的研究。

激光器和光纤的发明，使人们看到了光通信的曙光。而要实现光纤通信，还需要在激光器和光纤的性能上有重大的突破。但是在这两方面的突破遇到了许多困难，尤其是光纤的损耗要达到可用于通信的要求，从每千米损耗1000分贝降低到20分贝似乎不太可能，以致很多科学家对实现光纤通信失去了信心。就在这种情况下，出生于上海的英藉华人高锟（K.C.Kao）博士，通过在英国标准电信实验室所作的大量研究的基础上，对光波通信作出了一个大胆的设想。他认为，既然电可以沿着金属导线传输，光也应该可以沿着导光的玻璃纤维传输。1966年7月，高锟就光纤传输的前景发表了具有重大历史意义的论文，论文分析了玻璃纤维损耗大的主要原因，大胆地预言，只要能设法降低玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的损耗从每公里1000分贝降低到20分贝/公里，从而有可能用于通信。这篇论文使许多国家的科学家受到鼓舞，加强了为实现低损耗光纤而努力的信心。

世界上第一根低损耗的石英光纤――1970年，美国康宁玻璃公司的三名科研人员马瑞尔、卡普隆、凯克成功地制成了传输损耗每千米只有20分贝的光纤。这是什么概念呢？用它和玻璃的透明程度比较，光透过玻璃功率损耗一半（相当于3分贝）的长度分别是：普通玻璃为几厘米、高级光学玻璃最多也只有几米，而通过每千米损耗为20分贝的光纤的长度可达150米。这就是说，光纤的透明程度已经比玻璃高出了几百倍！在当时，制成损耗如此之低的光纤可以说是惊人之举，这标志着光纤用于通信有了现实的可能性。

光纤之路――舍我其谁

1970年激光器和低损耗光纤这两项关键技术的重大突破，使光纤通信开始从理想变成可能，这立即引起了各国电信科技人员的重视，他们竞相进行研究和实验。1974年美国贝尔研究所发明了低损耗光纤制作法――CVD法（汽相沉积法），使光纤损耗降低到1分贝/公里；1977年，贝尔研究所和日本电报电话公司几乎同时研制成功寿命达100万小时（实用中10年左右）的半导体激光器，从而有了真正实用的激光器。1977年，世界上第一条光纤通信系统在美国芝加哥市投入商用，速率为45Mb/s。

进入实用阶段以后，光纤通信的应用发展极为迅速，应用的光纤通信系统已经多次更新换代。70年代的光纤通信系统主要是用多模光纤，应用光纤的短波长(850纳米）波段，（1纳米=1000兆分之一米）。80年代以后逐渐改用长波长（1310纳米），光纤逐渐采用单模光纤，到90年代初，通信容量扩大了50倍，达到2.5Gb/s。进入90年代以后，传输波长又从1310纳米转向更长的1550纳米波长，并且开始使用光纤放大器、波分复用（WDM）技术等新技术。通信容量和中继距离继续成倍增长。广泛地应用于市内电话中继和长途通信干线，成为通信线路的骨干。

摩尔定律，早在1964年，英特尔公司创始人戈登·摩尔(GordonMoore）在一篇很短的论文里断言：每18个月，集成电路的性能将提高一倍，而其价格将降低一半。这就是著名的摩尔定律。由此，微处理器的速度会每18个月翻一番。这就意味着每5年它的速度会快10倍，每10年会快100倍。同等价位的微处理器会越变越快，同等速度的微处理器会越变越便宜。可以想见，在未来，世界各地的人不但都可以通过自己的计算机上网，而且还可以通过他们的电视、电话、电子书和电子钱包上网。作为迄今为止半导体发展史上意义最深远的定律，摩尔定律被集成电路近40年的发展历史准确无误地验证着。

吉尔德定律，乔治·吉尔德曾预测，在未来25年，主干网的带宽将每6个月增加一倍。其增长速度超过摩尔定律预测的CPU增长速度的3倍。今天，几乎所有知名的电讯公司都在乐此不疲地铺设缆线。当带宽变得足够充裕时，上网的代价也会下降。在美国，今天已经有很多的ISP向用户提供免费上网的服务。

麦特卡尔夫定律，以太网的发明人鲍勃·麦特卡尔夫告诉我们：网络价值同网络用户数量的平方成正比。如果将机器联成一个网络，在网络上，每一个人可以看到所有其他人的内容，100人每人能看到100人的内容，所以效率是10000。10000人的效率就是100000000。

联合国“1999世界电信论坛会议”副主席约翰·罗斯(JohnRoth）在10日论坛开幕演说时提出“新摩尔定律”――光纤定律，互联网带宽每9个月会增加一倍的容量，但成本降低一半，比晶片变革速度的每18个月还快。

摩尔定律（Moore'sLaw）用来形容半导体科技的快速变革，平均每18个月，晶片的容量会成长一倍，成本却减少一半；“光纤定律”（OpticalLaw）则用来形容网络科技。

发明内容

本发明的目的在于提供基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路，采用太阳能进行清洁供电，代替传统的电源的供电方式，从而有效的减少不可再生资源的损耗，并且能够对光纤传输线路供能，其在进行供能时，具有输出电压值不受电网波动影响的特性，具有良好的抗电磁干扰、抗辐射干扰的性能，是一种安全、洁净的电能装置。

本发明通过下述技术方案实现：基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路，包括太阳能供电系统及光电转换电源，所述太阳能供电系统连接光电转换电源，所述示太阳能供电系统内设置有光伏板、稳压电路及供电控制器，所述光伏板连接稳压电路，所述稳压电路连接供电控制器，所述供电控制器连接光电转换电源。

进一步的为更好的实现本发明，能够将储存的多余电能在不足以利用太阳能直接发电进行供电的情况下依然能够使整个电路正常工作，特别设置有下述结构：所述太阳能供电系统内还设置有蓄电池组，所述蓄电池组连接供电控制器。

进一步的为更好的实现本发明，特别设置有下述结构：所述光电转换电源内设置有反馈通道、供能通道和互感器，所述反馈通道分别连接互感器和供能通道，所述供能通道连接互感器，所述供电控制器连接供能通道。

进一步的，能够在电源系统供电的基础上将电信号转换为光信号，而后在将光信号转换为电信号，特别设置有下述结构：所述供能通道内设置有电源系统、电光转换电路及光电转换电路，所述电源系统分别连接反馈通道和电光转换电路，所述电光转换电路连接光电转换电路，所述光电转换电路分别连接互感器和反馈通道，所述供电控制器连接电源系统。

进一步的为更好的实现本发明，特别设置成下述结构：所述电光转换电路通过多模光纤连接光电转换电路。

进一步的为更好的实现本发明，特别设置成下述结构：所述反馈通道内设置有数据采集电路和数据处理电路，所述数据处理电路分别连接数据采集电路和电源系统，所述数据采集电路连接光电转换电路。

进一步的为更好的实现本发明，特别设置成下述结构：所述数据采集电路通过单模光纤与数据处理电路连接。

进一步的为更好的实现本发明，特别设置成下述结构：所述互感器采用混合式光纤电流互感器。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明采用太阳能进行清洁供电，代替传统的电源的供电方式，从而有效的减少不可再生资源的损耗，并且能够对光纤传输线路供能，其在进行供能时，具有输出电压值不受电网波动影响的特性，具有良好的抗电磁干扰、抗辐射干扰的性能，是一种安全、洁净的电能装置。

附图说明

图1为本发明所述太阳能供电系统的原理图。

图2为本发明所述光电转换电源的原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路，采用太阳能进行清洁供电，代替传统的电源的供电方式，从而有效的减少不可再生资源的损耗，并且能够对光纤传输线路供能，其在进行供能时，具有输出电压值不受电网波动影响的特性，具有良好的抗电磁干扰、抗辐射干扰的性能，是一种安全、洁净的电能装置，如图1、图2所示，特别设置有下述结构：包括太阳能供电系统及光电转换电源，所述太阳能供电系统连接光电转换电源，所述示太阳能供电系统内设置有光伏板、稳压电路及供电控制器，所述光伏板连接稳压电路，所述稳压电路连接供电控制器，所述供电控制器连接光电转换电源。

实施例2：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，能够将储存的多余电能在不足以利用太阳能直接发电进行供电的情况下依然能够使整个电路正常工作，如图1、图2所示，特别设置有下述结构：所述太阳能供电系统内还设置有蓄电池组，所述蓄电池组连接供电控制器。

实施例3：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，如图1、图2所示，特别设置有下述结构：所述光电转换电源内设置有反馈通道、供能通道和互感器，所述反馈通道分别连接互感器和供能通道，所述供能通道连接互感器，所述供电控制器连接供能通道。

实施例4：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的，能够在电源系统供电的基础上将电信号转换为光信号，而后在将光信号转换为电信号，如图1、图2所示，特别设置有下述结构：所述供能通道内设置有电源系统、电光转换电路及光电转换电路，所述电源系统分别连接反馈通道和电光转换电路，所述电光转换电路连接光电转换电路，所述光电转换电路分别连接互感器和反馈通道，所述供电控制器连接电源系统。

实施例5：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，如图1、图2所示，特别设置成下述结构：所述电光转换电路通过多模光纤连接光电转换电路。

实施例6：

本实施例是在实施例4或5的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，如图1、图2所示，特别设置成下述结构：所述反馈通道内设置有数据采集电路和数据处理电路，所述数据处理电路分别连接数据采集电路和电源系统，所述数据采集电路连接光电转换电路。

实施例7：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别设置成下述结构：所述数据采集电路通过单模光纤与数据处理电路连接。

实施例8：

本实施例是在实施例3-7任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别设置成下述结构：所述互感器采用混合式光纤电流互感器。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路，其特征在于：包括太阳能供电系统及光电转换电源，所述太阳能供电系统连接光电转换电源，所述示太阳能供电系统内设置有光伏板、稳压电路及供电控制器，所述光伏板连接稳压电路，所述稳压电路连接供电控制器，所述供电控制器连接光电转换电源。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路，其特征在于：所述太阳能供电系统内还设置有蓄电池组，所述蓄电池组连接供电控制器。

3.根据权利要求1或2所述的基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路，其特征在于：所述光电转换电源内设置有反馈通道、供能通道和互感器，所述反馈通道分别连接互感器和供能通道，所述供能通道连接互感器，所述供电控制器连接供能通道。

4.根据权利要求3所述的基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路，其特征在于：所述供能通道内设置有电源系统、电光转换电路及光电转换电路，所述电源系统分别连接反馈通道和电光转换电路，所述电光转换电路连接光电转换电路，所述光电转换电路分别连接互感器和反馈通道，所述供电控制器连接电源系统。

5.根据权利要求4所述的基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路，其特征在于：所述电光转换电路通过多模光纤连接光电转换电路。

6.根据权利要求5所述的基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路，其特征在于：所述反馈通道内设置有数据采集电路和数据处理电路，所述数据处理电路分别连接数据采集电路和电源系统，所述数据采集电路连接光电转换电路。

7.根据权利要求4所述的基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路，其特征在于：所述数据采集电路通过单模光纤与数据处理电路连接。

8.根据权利要求4-7任一项所述的基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路，其特征在于：所述互感器采用混合式光纤电流互感器。

9.根据权利要求3所述的基于太阳能供电的混合式光纤电流互感器供电电路，其特征在于：所述互感器采用混合式光纤电流互感器。