CN106787261A - 一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法及装置，用于解决现有技术对在线监测设备供电可靠性不足，在供电距离，供电效率，供电的稳定性与可靠性，等方面存在或多或少的问题。本发明实施例方法包括：高压线路取能线圈在线获取交流电；激光器启动控制，将所述交流电的第一电能转变为光能；激光器通过光纤将光能传输到光电转换电池，将光能转变为第二电能；由光能转变的第二电能输出到在线监测设备。本发明实施例提出的一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法，首先是在供电距离方面限制少，光纤的长度可以按实际距离要求来确定；其次，激光本身就是一种高能量密度的定向能量流，经过光纤的传输，能量衰减少，传输效率高。

Description

一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法及装置

技术领域

本发明涉及高压输电技术领域，尤其涉及一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法及装置。

背景技术

随着电网规模的不断扩大，区域电网的互联互通，使得电力系统的运行和控制复杂程度越来越高，高压输电线路作为电能远距离传递的重要通道，其运行安全直接关系到电厂生产出来的电能能否被负荷顺利接收，而一般高压输电线路所处户外环境复杂，所跨地域大，气候多变，输电线路中的绝缘子，避雷器等固件的故障，都可能会引发大面积的停电，造成很大的社会经济损失。因此，对高压输电线路进行在线监测，提早发现故障并预警，可有效避免停电故障的发生。

目前，各式各样的架空线路监测系统已在线运行，主要包括在线故障诊断，预警，状态检修以及风险评估四个方面，如视频监测仪，杆塔倾斜监测仪，导线风偏监测仪，气象监测仪等。其供电主要方式有：新能源(如太阳能，风能)供电，电压/电流互感器在线取能，超声波，无线供电等。这些现有的供电方式，供电可靠性不足。

因此，寻找一种供电稳定性高的高压在线监测设备供能方法及装置成为本技术领域人员所研究的重要课题。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法及装置，用于解决现有技术对在线监测设备供电可靠性不足，在供电距离，供电功率及效率，供电的稳定性与可靠性，供电成本等方面存在或多或少的问题。

本发明实施例提供了一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法，包括：

高压线路取能线圈在线获取交流电；

激光器启动控制，将所述交流电的第一电能转变为光能；

激光器通过光纤将光能传输到光电转换电池，将光能转变为第二电能；

由光能转变的第二电能输出到在线监测设备。

可选地，激光器启动控制，将所述交流电的第一电能转变为光能具体包括：

交流电经过变流装置，在激光器的控制下，将第一电能转变为光能。

可选地，所述光能为光电转换电池吸收峰对应波长的激光。

可选地，激光器通过光纤将光能传输到光电转换电池，将光能转变为第二电能具体包括；

激光器发出的光能再经发射天线进行集中，由光纤定向将光能传输到光电转换电池，再经由光电转换电池将光能转变为第二电能。

可选地，由光能转变的第二电能输出到在线监测设备具体包括；

由光能转变的第二电能需要依次经过整流器、DC/DC变换器，输出到在线监测设备。

可选地，还包括：

由光能转变的第二电能输出到蓄能电池。

可选地，由光能转变的第二电能输出到蓄能电池具体包括；

由光能转变的第二电能需要依次经过整流器、DC/DC变换器，输出到包括有充电保护单元的蓄能电池。

可选地，所述激光器为光纤耦合输出的半导体激光器。

可选地，所述光纤包括单模光纤和双模光纤。

本发明实施例提供了一种基于光纤的高压在线监测设备供能装置，包括：

电能输入单元，用于将高压线路取能线圈在线获取的交流电输入到激光器；激光器启动控制，将所述交流电的第一电能转变为光能；

电能传输单元，用于利用光纤传输由激光器输出的光能到光电转换电池，光电转换电池将光能转变为第二电能；

电能输出单元，用于输出由光能转变的第二电能到蓄能电池和在线监测设备。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法及装置，其中一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法，包括：高压线路取能线圈在线获取交流电；激光器启动控制，将所述交流电的第一电能转变为光能；激光器通过光纤将光能传输到光电转换电池，将光能转变为第二电能；由光能转变的第二电能输出到在线监测设备。本实施例中的基于光纤的高压在线监测设备供能方法，由于采用光纤进行传输，供能稳定，能量衰减少，传输效率高，受周围环境影响小，降低后期维修的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法的一个实施的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法的另一个实施的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于光纤的高压在线监测设备供能装置的一个实施例的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法的另一个实施例的供能流程拓扑图；

图5为本发明实施例提供的一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法另一个实施例在线监测设备的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法另一个实施例在线监测设备安装示意图；

图示说明：1均压环；2绝缘子伞裙；3玻璃纤维缠绕管；4内屏蔽层；5光纤；6导电杆；7激光控制发射器；8电能变换器；9SF6气体；10光电池；11电能变换器。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法，用于解决现有技术对在线监测设备供电可靠性不足，在供电距离，供电功率及效率，供电的稳定性与可靠性，供电成本等方面存在或多或少的问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法的一个实施例包括：

本发明中的光纤为能量的传输介质，当激光发射端选用光纤耦合输出型的激光器时，光纤就可以成为光路的传输通道，能量以光的形式传输至能量接收端，该能量传输形式安全稳定，具有抗电磁干扰的能力，若放在密闭环境中，整个系统可以完全免受多变的外界气候环境干扰，延长光纤的使用寿命。

101、高压线路取能线圈在线获取交流电。

102、激光器启动控制，将交流电的第一电能转变为光能；

本实施例中，在能量的发射端，交流电经过稳压和整流，在激光控制器的作用下，通过光纤耦合输出的半导体激光器将电能高效地转换为光能。

103、激光器通过光纤将光能传输到光电转换电池，将光能转变为第二电能；

本实施例中，激光器发出的光束再经发射天线进行集中，由光纤定向将光能链接到接收端，再经由光电池完成光与电的转换；本实施例中的光纤选择的标准，即100mW以下的功率可以采用单模光纤，传输距离可达数十公里，并可以借助于线路上已有的单模光纤来实现信号与能量的同步传递；双模光纤可以在一定范围内实现更大功率的能量传递；将光纤嵌入到复合绝缘子中，保护了光纤，同时光纤导光不导电，有较好的抗电磁干扰的能力；

104、由光能转变的第二电能输出到在线监测设备；

本实施例中，光电转换后，需要经过电压变换，一路直接供给在线监测设备。

上述是对本发明实施例提供的一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法的主要步骤进行详细的描述，下面将以另一个实施例对本方法进行更加详细的描述，请参阅图2，本发明实施例提供的一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法的另一个实施例包括：

201、高压线路取能线圈在线获取交流电。

202、交流电经过变流装置，在激光器的控制下，将交流电的第一电能转变为光能。

203、激光器发出的光能再经发射天线进行集中，由光纤定向将光能传输到光电转换电池，再经由光电转换电池将光能转变为第二电能。

2041、由光能转变的第二电能需要依次经过整流器、DC/DC变换器，输出到在线监测设备。

2042、由光能转变的第二电能需要依次经过整流器、DC/DC变换器，输出到包括有充电保护单元的蓄能电池。

上述是对本发明实施例提供的一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法的步骤进行更加具体的描述，下面将以另一个实施例对一种基于光纤的高压在线监测设备供能装置进行详细的描述，请参阅图3，本发明实施例提供的一种基于光纤的高压在线监测设备供能装置的一个实施例包括：

该装置主要由三个部分组成，即电能输入单元，电能传输单元，电能输出单元。电能输入单元主要是电源，经过激光器驱动控制电路，再到激光器的发射天线，由光纤传输至能量的接收端，由光电转换器将光能转换成电能，再经过电能的变换，即整流稳压后，输出给负载端使用。

电能输入单元，用于将高压线路取能线圈在线获取的交流电输入到激光器；激光器启动控制，将所述交流电的第一电能转变为光能；

电能传输单元，用于利用光纤传输由激光器输出的光能到光电转换电池，光电转换电池将光能转变为第二电能；

电能输出单元，用于输出由光能转变的第二电能到蓄能电池和在线监测设备。

上述是对本发明实施例提供的一种基于光纤的高压在线监测设备供能装置进行详细的描述，下面将以一个实施例对基于光纤的高压在线监测设备供能方法的供能流程进行详细的介绍，请参阅图4，本发明实施例提供的一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法中的供能流程的一个实施例包括：

与传统激光供电相比，基于光纤的供电方案具有较大的优势。电源采用的是高压线路取能线圈在线取能的方式，在能量的发射端，交流电经过稳压和整流，在激光控制器的作用下，通过光纤耦合输出的半导体激光器将电能高效地转换为光能，提供接收端光电池吸收峰对应波长的激光，激光器发出的光束再经发射天线进行集中，由光纤定向将光能链接到接收端，再经由光电池完成光与电的转换；光电转换后，需要经过电压变换，一路直接供给在线监测设备，一路经过蓄电池的充电保护单元，输出到储能电池，作能量的备用。

从能量的转换效率上来看，若系统发射端接收到的功率为P₁，发射端能量传递效率为η₁(包括电光转换与发射天线的发射效率)，光纤的能量传输效率是η₂，接收端能量传递效率是η₃(包括天线的接收效率与光电池的转换效率)，接收到的功率为P₂，则在忽略大功率半导体器件损耗的情况下，整个系统的能量传输效率可以表示为：

因此，为提高能量的传输效率，必须要对经上各个环节进行设计，选择高效的器件，优化的控制方法。选择光电能量转换效率高的太阳能电池以及与之对应的激光波长段进能能量的传递，会大大增加能量的利用率；另外，可选择光纤耦合输出的半导体激光器，因其电光转换效率高(可达到70％左右)，体积小，重量轻，成本低；接收端可采用GaAs光电能量转换器，其转换效率可以达到50％，高的转换效率可以降低对发射功率的要求。另外，为了提高激光器的能量转换效率，减少其本身的损耗，提高其稳定性与可靠性，需要对其温度进行监控，通过调节，实现良好的温度特性；在光纤的选择上，考虑到供电需求与供电距离，可以根据不同的监测装置采用不同的光纤：单模光纤可以传送100mW以下的功率，传输距离可以达到数十公里以上，同时，可以利用架空输电线路上已有的单模通信光纤作为能量的传输介质，以节省材料成本；双模光纤可以传送更大的功率，传输距离相对单模光纤较短，因此，可以因地制宜，在考虑系统成本等因数的情况下，选择最合适的光纤来传递能量。

为了保证对设备的可靠持续供电，在本系统中，同样采用了一路备用电源，接收端接到的能量通过电能变换输出给负载的同时，也输出给蓄电池储能。与传统太阳能+蓄电池的方式相比，蓄电池的使用寿命可以得到很大的延长，太阳能光伏电池只有在白天或者光线足的情况下工作，而在晚上或者其它光线不足的天气，需要蓄电池来提供能量。而在本发明中，蓄电池只有在激光供电系统出现故障不能工作时，才会起动备用电源，因此，其使用频率大大降低，因此，整个系统的供电可靠性得到提高，后期维修，更换电池的成本会大大降低。

上述是对本发明实施例提供的一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法中的供能流程进行详细的描述，下面将以另一个实施例对本方法中的在线监测设备及安装方法进行详细的描述，请参阅图5和图6，本发明实施例提供的一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法中在线监测设备及安装方法的一个实施例包括：

架空输电线路在线监测装置，大部分是安装在铁塔上，小部分直接悬挂在输电线上。对于安装于铁塔上的监测设备，本发明提出一种新型的光纤传能的输送方式。如图5所示，当电源端由线圈取能的方式取得电能后，经过电能变换，启动激光器将电能转换为光能之后，耦合到光纤当中，光纤直接通过绝缘子的内部，再到接收端的光电池，将光能转换为电能，电能变换后，输出给蓄电池和负载使用。光纤导光不导电，具有较好的抗外界电磁干扰的作用，并且，因不会产生电磁感应，也不会对绝缘子的绝缘性能产生影响，同时，绝缘子的内部密闭空间对光纤起到保护的作用，能够减少因外界条件变化而产生的额外能量损耗。

图6给出了整个系统在杆塔上的安装示意图，电能由取能线圈取到能量，经处理后由光纤从高压线路传送到杆塔上的接收端，再经电压处理等环节传送到在线监测装置，供其使用。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明提供一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法及装置的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于光纤的高压在线监测设备供能方法，其特征在于，包括：

高压线路取能线圈在线获取交流电；

激光器启动控制，将所述交流电的第一电能转变为光能；

激光器通过光纤将光能传输到光电转换电池，将光能转变为第二电能；

由光能转变的第二电能输出到在线监测设备。

2.根据权利要求1所述的基于光纤的高压在线监测设备供能方法，其特征在于，激光器启动控制，将所述交流电的第一电能转变为光能具体包括：

交流电经过变流装置，在激光器的控制下，将第一电能转变为光能。

3.根据权利要求1所述的基于光纤的高压在线监测设备供能方法，其特征在于，所述光能为光电转换电池吸收峰对应波长的激光。

4.根据权利要求1所述的基于光纤的高压在线监测设备供能方法，其特征在于，激光器通过光纤将光能传输到光电转换电池，将光能转变为第二电能具体包括；

激光器发出的光能再经发射天线进行集中，由光纤定向将光能传输到光电转换电池，再经由光电转换电池将光能转变为第二电能。

5.根据权利要求1所述的基于光纤的高压在线监测设备供能方法，其特征在于，由光能转变的第二电能输出到在线监测设备具体包括；

由光能转变的第二电能需要依次经过整流器、DC/DC变换器，输出到在线监测设备。

6.根据权利要求1所述的基于光纤的高压在线监测设备供能方法，其特征在于，还包括：

由光能转变的第二电能输出到蓄能电池。

7.根据权利要求6所述的基于光纤的高压在线监测设备供能方法，其特征在于，由光能转变的第二电能输出到蓄能电池具体包括；

由光能转变的第二电能需要依次经过整流器、DC/DC变换器，输出到包括有充电保护单元的蓄能电池。

8.根据权利要求1所述的基于光纤的高压在线监测设备供能方法，其特征在于，所述激光器为光纤耦合输出的半导体激光器。

9.根据权利要求1所述的基于光纤的高压在线监测设备供能方法，其特征在于，所述光纤包括单模光纤和双模光纤。

10.一种基于光纤的高压在线监测设备供能装置，其特征在于，包括：

电能输入单元，用于将高压线路取能线圈在线获取的交流电输入到激光器；激光器启动控制，将所述交流电的第一电能转变为光能；

电能传输单元，用于利用光纤传输由激光器输出的光能到光电转换电池，光电转换电池将光能转变为第二电能；

电能输出单元，用于输出由光能转变的第二电能到蓄能电池和在线监测设备。