CN112368584A - 用于进行时间同步相量测量的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明通过消除对每个测量和/或控制位置的电源、GPS装备和远程通信装备的需要使得能够大幅降低实施PMU网络和/或控制系统的复杂性和成本。在实施PMU网络的情况下，通过在远离实际测量位置的位置集中对相量和对应的时间戳的确定来实现同步相量的创建。替代地，或除了给相量加时间戳之外，本发明使得能够给任何接收到的信号和/或得自那些信号的测量结果加时间戳。这些信号是从沿着诸如可以包含在现代电力电缆中的光纤分布的适当的传感器接收的。同样地，可以沿着诸如可以包含在现代电力电缆中的光纤传达控制信号，并且提供了许多种确保控制信号由预期的控制模块接收的方法。设想通过以此方式利用现有的光纤基础设施可以在电力网络中实施PMU网络和控制系统之一或二者。还设想可以根据对同步相量执行的分析来传输控制信号。

Description

用于进行时间同步相量测量的方法和装置
本发明涉及电力传输和分配领域。更具体地，本发明涉及对如下布置的改进，所述布置使得能够根据电力网络(power network)中的远程位置确定时间同步相量(同步相量(synchrophasor))、使得能够给来自电力网络中的远程位置的信号和/或测量结果加时间戳、以及使得能够将控制信号递送到电力网络中的远程位置。在本发明的实施方案中，采用了远程感测模块，但是集中了同步相位的确定和/或给从远程感测模块接收的信号加时间戳，并且在本发明的其他实施方案中，将控制信号从中央位置递送到远程控制模块。在每种情况下，本发明都受益于通常存在于电力电缆中的光纤，并且在不需要大量装备和基础设施投资的情况下实现附加的功能。
背景技术
供电网络(electricity network)或系统运营商使用同步电相量测量——被称作同步相量——来测量关于电力网络的状态的关键信息，通常是在一个大地理区域内。相量是包括AC(交流)电信号——通常是电压或电流——的振幅和相位的矢量量。同步相量是添加了表示进行测量的精确时间的时间戳的相量，该精确时间通常到1微秒内的绝对精度。此时间戳通常得自GPS卫星网络上广播的时间。
具有加时间戳的相量允许直接比较国家或国际电力网络的远距离或广阔地理区域内的电量(electrical quantity)，诸如相位、频率、振幅和功率流，这实现各种各样的电力系统分析，所述电力系统分析在此未被讨论(但是请参见例如“Real-Time Applicationof Synchrophasors for Improving Reliability”，2010年10月，North AmericanElectric Reliability Corporation，可通过https://www.smartgrid.gov/files/rapir_final_10_17_10.pdf访问，并且具体地是第4章“Phasor Data Applications and GridReliability”)。这些分析应用在全球是传输和分配系统运营商感兴趣的。
传统上，同步相量是由相量测量单元(PMU)在测量位置处或附近计算的，该相量测量单元仅仅是从附近的传感器和GPS时钟获取输入以产生包括加时间戳的相量的输出的电子测量系统。每个PMU需要电源、访问GPS网络以获取绝对时间基准以及用于从测量位置传输计算的相量的传统的远程通信网络。由于这些原因，实施PMU网络的成本对许多运营商来说费用过高。美国能源部估计，虽然PMU的成本可能是每单元$10k-15k，但是由于需要广泛的配套基础设施，因此PMU网络的总成本可能是PMU的成本的十倍。
这通常是在给任何信号或测量结果加时间戳时采用的方法。因此，给信号或得自这样的信号的测量结果(例如电压和/或电流)加时间戳也依赖于广泛的配套基础设施。
对电源的依赖进一步将测量位置限制于可获得电力的位置，例如在传输变电站中。测量位置的有限可用性对于传输和分配系统的有意义的监测是不足的，但是替代方案，即在远程位置安装电源，成本太高。
此外，常规的PMU系统仅提供单向测量。它们不提供用于控制本地能量资源诸如能量存储设备或发电机的手段。控制PMU附近的本地设备的期望是同步相量分析(或其他测量结果的分析)的自然扩展，然而现今将需要附加的控制装备(以及远程通信能力)来实现此功能，因此进一步增加费用并且使基础设施复杂化。
因此，本发明的至少一个方面的目的是消除和/或减轻已知的/现有的布置的一个或多个缺点，并且特别是消除和/或减轻对广泛的配套基础设施(诸如电源、GPS和远程通信装备)的依赖。
通过阅读以下描述，本发明的其他目标和目的将变得明了。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种进行时间同步相量测量的方法，包括：
从电压和/或电流传感器接收信号；
根据接收到的信号计算相量；以及
给所述相量加时间戳；
其中计算所述相量和给所述相量加时间戳是在远离所述电压和/或电流传感器的位置执行的。
优选地，所述信号是经由光纤从所述电压和/或电流传感器接收的光信号。所述光纤可以被包括在电力电缆中。所述方法可以包括使用宽频带光源照射所述光纤。
优选地，所述电压和/或电流传感器包括与压电元件接触的光纤布拉格光栅，所述压电元件响应于感测到的电压和/或电流而膨胀和收缩。
优选地，计算相量包括根据所述接收到的信号确定所述感测到的电压和/或电流。优选地，根据来自所述光纤布拉格光栅的峰值反射波长的谱位置确定所述感测到的电压和/或电流。优选地，根据所述峰值反射波长的变化确定所述感测到的电压和/或电流的变化。
优选地，所述电压和/或电流传感器的所述光纤布拉格光栅(或多个电压和/或电流传感器的每个光纤布拉格光栅)具有唯一的峰值反射波长。因此，可以使用例如波分复用器来询问和唯一地识别所述光纤布拉格光栅或每个光纤布拉格光栅。如果所述光纤布拉格光栅或每个光纤布拉格光栅不具有唯一的峰值反射波长，则可以使用时分复用器。
优选地，给所述相量加时间戳包括确定对应于所述感测到的电压和/或电流的时间。优选地，所述方法包括：接收时间同步信号。可选地，所述时间同步信号包括秒脉冲信号或网络时间协议信号。所述时间同步信号可以得自GPS信号。
优选地，所述方法包括：确定从所述电压和/或电流传感器接收到所述信号的时间t。这可以得自所述时间同步信号。
优选地，所述方法包括：确定对应于所述电压和/或电流传感器的时间延迟ts。优选地，所述方法包括：通过从接收到所述信号的所述时间t中减去所述时间延迟ts来确定所述信号起源于所述电压和/或电流传感器的时间。替代地，所述方法包括：确定对应于所述时间延迟ts的相位延迟
Figure BDA0002857176830000031
可选地，可以根据公式ts＝4.9μs/km、基于所述光纤和所述传感器之间的已知距离在数值上确定所述时间延迟ts。优选地，可以通过将信号传输到所述电压和/或电流传感器、在所述信号已经在所述电压和/或电流传感器处反射之后接收所述信号并且确定所述信号的往返时间2ts来确定所述时间延迟。传输信号可以包括将扰动引入照射所述光纤的光源的振幅。接收所述信号可以包括检测所述扰动对由所述电压和/或电流传感器反射的光的影响。
优选地，接收所述信号可以包括使用光耦合器分离由所述电压和/或电流传感器反射的光的一部分，并且用光电探测器检测它。
优选地，根据所述接收到的信号计算所述相量包括计算包括所述感测到的电压和/或电流的幅度和相位的矢量。可选地，所述感测到的电压和/或电流的所述相位被偏移对应于所述时间延迟ts的所述或一个相位延迟
Figure BDA0002857176830000041
可选地，计算所述相量包括计算所述感测到的电压和/或电流的时间序列的傅立叶变换。
优选地，所述方法包括：持续地从所述电压和/或电流传感器接收信号、持续地根据接收到的信号计算相量以及持续地给所述相量加时间戳。可选地，所述方法包括：周期性地确定对应于所述电压和/或电流传感器的所述时间延迟。
优选地，所述方法包括：从对应的多个电压和/或电流传感器接收多个信号、计算对应的多个相量以及给所述相量中的每个加时间戳。所述方法可以包括：周期性地确定对应于所述多个电压和/或电流传感器中的每个的时间延迟。所述多个信号中的每个可以包括对于对应的电压和/或电流传感器唯一的波长。
可选地，所述方法还包括：将控制信号(或一个或多个控制信号)递送到沿着所述/一个光纤的位置(或一个或多个位置)。所述位置(或多个位置)可以与一个电压和/或电流传感器(或多个传感器)相关联，并且可以与所述电压和/或电流传感器(或多个传感器)共同定位。可以响应于对测量的同步相量执行的分析而将所述控制信号(或多个控制信号)递送到所述位置。因此，所述方法还可以包括分析所述同步相量。
优选地，所述方法包括沿着所述光纤传输所述一个或多个控制信号，并且在控制模块处接收至少一个控制信号。可以以与从所述电压和/或电流传感器(或多个传感器)接收的所述信号(或多个信号)不同的波长来传输所述控制信号。
优选地，所述方法包括沿着所述光纤将多个控制信号递送到多个控制模块。可以以对应的多个波长传输所述多个控制信号，所述多个波长中的每个可以与从所述电压和/或电流传感器(或多个传感器)接收到的所述信号(或多个信号)的波长(或多个波长)不同。
优选地，将所述控制信号(或所述多个控制信号中的一个)递送到所述控制模块(或所述多个控制信号中的一个)可以包括代码复用和/或波长复用。
代码复用可以包括：以单个波长传输多个控制信号、在所述控制模块处接收所述多个控制信号以及确定所述多个控制信号中的哪个意在用于所述控制模块。
波长复用可以包括：以多个波长传输多个控制信号、在所述控制模块处接收所述多个控制信号以及检测以对于所述控制模块唯一的波长传输的一个或多个控制信号。
在第一方面的一个优选实施方案中，所述进行时间同步相量测量的方法包括：
经由光纤从电压和/或电流传感器接收光信号；
接收时间同步信号并且确定从所述电压和/或电流传感器接收到所述光信号的时间t；
根据所述接收到的光信号确定感测到的电压和/或电流并且计算相量；以及
基于时间t确定所述信号起源于所述电压和/或电流传感器的时间并且给所述相量加时间戳；
其中在远离所述电压和/或电流传感器的位置执行上述中的每个。
此优选实施方案还可以包括第一方面的前述优选或可选特征中的任何一个。例如，基于时间t确定所述信号起源于所述电压和/或电流传感器的时间可以包括确定对应于所述电压和/或电流传感器的时间延迟its，并且从接收到所述信号的所述时间t中减去所述时间延迟ts。
在第一方面的另一个优选实施方案中，所述进行时间同步相量测量的方法包括：
经由光纤从电压和/或电流传感器接收光信号；
根据接收到的光信号确定感测到的电压和/或电流、确定对应于所述电压和/或电流传感器的相位延迟
Figure BDA0002857176830000051
并且计算相量；以及
接收时间同步信号、确定从所述电压和/或电流传感器接收到所述光信号的时间t以及给所述相量加时间戳；
其中在远离所述电压和/或电流传感器的位置执行上述中的每个。
此优选实施方案同样还可以包括第一方面的前述优选或可选特征中的任何一个。例如，所述方法可以包括确定对应于所述电压和/或电流传感器的时间延迟ts，并且根据所述时间延迟ts计算所述相位延迟
Figure BDA0002857176830000061
另外，本发明的第一方面的实施方案可以包括对应于本发明的任何其他方面的优选或可选特征的特征，反之亦然。
根据本发明的第二方面，提供了一种将控制信号递送到沿着光纤的位置的方法，包括：
沿着所述光纤传输所述控制信号；以及
在控制模块处接收所述控制信号。
所述位置可以与电压和/或电流传感器相关联，并且可以与所述电压和/或电流传感器共同定位。可以以与从所述电压和/或电流传感器(或多个传感器)接收的所述信号(或多个信号)不同的波长来传输所述控制信号。
优选地，所述方法包括将多个控制信号递送到在沿着所述光纤的多个位置的多个控制模块。
本发明的第二方面的实施方案可以包括对应于本发明的任何其他方面的优选或可选特征的特征，反之亦然。例如，将所述控制信号(或所述多个控制信号中的一个)递送到所述控制模块(或所述多个控制信号中的一个)可以包括代码复用和/或波长复用，并且可以响应于对一个或多个同步相量执行的分析。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于进行时间同步相量测量的监测系统，包括：
询问器，所述询问器经由光纤与电压和/或电流传感器进行光通信，所述询问器被配置为：
从所述电压和/或电流传感器接收光信号；
根据接收到的信号计算相量；以及
给所述相量加时间戳。
优选地，所述询问器包括宽频带光源以照射所述光纤。所述光纤可以被包括在电力电缆中。优选地，所述询问器经由所述光纤与多个电压和/或电流传感器进行光通信，并且接收对应的多个光信号。所述多个信号中的每个可以包括对于对应的电压和/或电流传感器唯一的波长。
优选地，所述电压和/或电流传感器或每个电压和/或电流传感器包括与压电元件接触的光纤布拉格光栅，所述压电元件响应于感测到的电压和/或电流而膨胀和收缩。
优选地，所述询问器被配置为根据所述接收的光信号确定所述感测到的电压和/或电流或每个感测到的电压和/或电流。优选地，根据来自所述光纤布拉格光栅或每个光纤布拉格光栅的峰值反射波长的谱位置确定所述感测到的电压和/或电流或每个感测到的电压和/或电流。优选地，根据所述峰值反射波长的变化确定所述感测到的电压和/或电流的变化。
优选地，所述电压和/或电流传感器或每个电压和/或电流传感器的所述光纤布拉格光栅具有唯一的峰值反射波长，并且所述询问器可以包括波分复用器。替代地，所述询问器可以包括时分复用器。
优选地，所述询问器被配置为接收时间同步信号。优选地，所述询问器被配置为确定从所述电压和/或电流传感器或每个电压和/或电流传感器接收到所述信号的时间t。优选地，所述询问器被配置为确定对应于所述电压和/或电流传感器或每个电压和/或电流传感器的时间延迟ts。优选地，所述询问器被配置为通过从接收到所述信号的所述时间t或每个时间t中减去所述时间延迟ts或每个时间延迟ts来确定所述信号起源于所述电压和/或电流传感器或每个电压和/或电流传感器的时间。替代地，所述询问器被配置为确定对应于所述电压和/或电流传感器或每个电压和/或电流传感器的相位延迟
Figure BDA0002857176830000071
优选地，所述询问器被配置为将信号传输到所述电压和/或电流传感器或每个电压和/或电流传感器、在所述信号已经在所述电压和/或电流传感器或每个电压和/或电流传感器处被反射之后接收所述信号并且确定对应于所述电压和/或电流传感器或每个电压和/或电流传感器的时间延迟。所述询问器可以被配置为将扰动引入照射所述光纤的光源的振幅。所述询问器可以被配置为检测所述扰动对由所述电压和/或电流传感器或每个电压和/或电流传感器接收和反射的光的影响。优选地，所述询问器包括光耦合器和光电探测器，所述光电探测器被配置为检测由所述电压和/或电流传感器或每个电压和/或电流传感器反射的光的一部分。
替代地，可以根据公式ts＝4.9μs/km在数值上确定所述时间延迟ts。
优选地，所述询问器被配置为计算包括所述感测到的电压和/或电流或每个感测到的电压和/或电流的幅度和相位的矢量。可选地，所述相位被偏移对应于所述感测到的电压和/或电流的相位延迟
Figure BDA0002857176830000081
可选地，所述询问器被配置为计算所述感测到的电压和/或电流或每个感测到的电压和/或电流的时间序列的傅立叶变换。
优选地，所述询问器被配置为持续地从所述电压和/或电流传感器或每个电压和/或电流传感器接收信号、持续地根据接收到的信号计算相量以及持续地给所述相量加时间戳。所述询问器可以周期性地确定对应于所述电压和/或电流传感器或每个电压和/或电流传感器的所述时间延迟t以及可选地确定所述相位延迟
Figure BDA0002857176830000082
以校准所述监测系统。
可选地，所述询问器被配置为经由所述光纤将控制信号递送到控制模块。所述控制模块可以与电压和/或电流传感器相关联、并且可以与所述电压和/或电流传感器共同定位、或它可以与所述电压或电流传感器或每个电压和/或电流传感器分离。所述询问器可以被配置为：响应于对相应的同步相量的分析而递送所述控制信号。
可选地，所述询问器被配置为以与从所述电压和/或电流传感器或每个电压和/或电流传感器接收的所述信号不同的波长传输所述控制信号。
优选地，所述询问器被配置为经由所述光纤将多个控制信号传输到多个控制模块。可以以对应的多个波长来传输所述多个控制信号，所述多个波长中的每个可以与从所述电压和/或电流传感器或每个电压和/或电流传感器接收的所述信号的所述波长不同。替代地，可以以单个波长传输所述多个控制信号。在任一种情况下，所述控制模块或每个控制模块优选地被配置为仅检测意在用于该控制模块的控制信号。
可选地，所述控制模块包括光电探测器和滤波器，所述滤波器被配置为将所述控制信号与经由所述光纤由所述控制模块接收的任何其他信号分离。
可选地，所述滤波器包括光分插复用器(optical add/drop multiplexer，光分/插复用器)。可选地，所述滤波器包括光纤布拉格光栅和光环行器，所述光纤布拉格光栅和光环行器被布置为将期望的波长的信号分出(drop)。优选地，所述光纤布拉格光栅在所述期望的波长是弱反射的。
替代地，所述滤波器包括被布置为经由窄频带滤波器将所述控制信号的一部分从所述光纤耦合到所述光电探测器的光纤耦合器。
替代地，所述滤波器包括波分复用器。可选地，所述滤波器还包括被布置为经由窄频带滤波器将所述控制信号的一部分从所述波分复用器耦合到所述光电探测器的光纤耦合器。可选地，所述控制模块还包括被布置为将剩余的控制信号从所述波分复用器耦合到所述光纤的光纤耦合器。
替代地，所述滤波器包括光纤耦合器和光分插复用器，所述光纤耦合器被布置为将所述控制信号的一部分耦合到所述光分插复用器，并且所述光分插复用器被配置为将期望的波长的信号分出到所述光电探测器。优选地，所述光分插复用器包括光纤布拉格光栅和光环行器，其中所述光纤布拉格光栅在所述期望的波长是弱反射的。可选地，所述控制模块还包括被布置为将剩余的控制信号从所述光分插复用器耦合到所述光纤的光纤耦合器。
在第三方面的一个优选实施方案中，所述监测系统包括：
询问器，所述询问器经由光纤与多个电压和/或电流传感器进行光通信，所述询问器被配置为:
使用宽频带光源照射所述光纤并且从所述多个电压和/或电流传感器接收光信号；
根据接收到的光信号确定感测到的电压和/或电流并且根据所述感测到的电压和/或电流计算相量；
确定每个光信号起源于对应的电压和/或电流传感器的时间；以及
给每个相量加时间戳。
在第三方面的另一个优选实施方案中，所述监测系统包括：
询问器，所述询问器经由光纤与多个电压和/或电流传感器进行光通信，所述询问器被配置为；
使用宽频带光源照射所述光纤并且从所述多个电压和/或电流传感器接收光信号；
根据接收到的光信号确定感测到的电压和/或电流、确定对应于所述电压和/或电流传感器的相位延迟
Figure BDA0002857176830000101
并且计算对应的相量；以及
确定从所述多个电压和/或电流传感器接收到每个光信号的时间t并且给每个相量加时间戳。
这些优选实施方案还可以包括第三方面的前述优选或可选特征中的任何一个。例如，可以根据来自对应的光纤布拉格光栅的峰值反射波长的谱位置确定每个感测到的电压和/或电流，并且可以根据所述峰值反射波长的变化确定所述感测到的电压和/或电流的变化。
另外，本发明的第三方面的实施方案可以包括对应于本发明的任何其他方面的优选或可选特征的特征，反之亦然。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于经由光纤接收控制信号的控制模块，所述控制模块包括：光电探测器；以及滤波器，所述滤波器被配置将所述控制信号与经由所述光纤由所述控制模块接收的任何其他信号分离。
本发明的第四方面的实施方案可以包括对应于本发明的任何其他方面的优选或可选特征的特征，反之亦然，并且特别是在第三方面中限定的所述控制模块的特征。
还设想的是，可以独立于计算或确定相量而采用前述方面的优选或可选特征的优点，以提供一种给任何信号或相关联的测量结果加时间戳的手段。
因此，本发明的第五方面提供了一种给来自电压和/或电流传感器的信号加时间戳的方法，包括：
从所述电压和/或电流传感器接收信号；
确定从所述电压和/或电流传感器接收所述信号的时间t；
确定对应于所述电压和/或电流传感器的时间延迟ts；
通过从接收到所述信号的时间t中减去所述时间延迟ts来确定所述信号起源于所述电压和/或电流传感器的时间；以及
给所述信号加时间戳。
根据本发明的第六方面，提供了一种监测系统，包括：
询问器，所述询问器经由光纤与一个或多个电压和/或电流传感器进行光通信，所述询问器被配置为：
从所述一个或多个电压和/或电流传感器接收一个或多个光信号；
确定从所述一个或多个电压和/或电流传感器接收到每个信号的时间t；
确定与每个电压和/或电流传感器对应的时间延迟ts；
通过从接收到每个信号的相应的时间t中减去相应的时间延迟ts来确定所述信号起源于相应的电压和/或电流传感器的时间；以及
给一个或多个信号加时间戳。
可以预期的是，代替给一个或多个信号本身加时间戳，所述方法(和系统)可以代替地给得自所述信号的测量结果加时间戳。尽管本申请人认为给所述信号加时间戳包括给得自所述信号的测量结果加时间戳，但是在本发明的第七方面和第八方面中，提供了一种对应于第五方面和第六方面的方法和系统，其中得自所述一个或多个信号的测量结果被加时间戳。
本发明的第五方面至第八方面的实施方案可以包括对应于本发明的任何其他方面的优选或可选特征的特征，反之亦然。例如，从所述一个或多个电压和/或电流传感器接收到每个信号的时间t可以得自时间同步信号，并且确定时间延迟ts可以包括将信号传输到每个电压和/或电流传感器并且确定所述信号的往返时间2ts。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考附图描述本发明的各方面的多个实施方案，其中：
图1例示了基于光纤布拉格光栅的光电压传感器；
图2例示了光纤传感器监测系统；
图3以示意图形式例示了根据本发明的一方面的监测系统；
图4是在监测系统诸如图3中所例示的监测系统中来自不同传感器位置的延迟时间的模拟；以及
图5是用于沿着光纤发送和接收控制信号的许多不同的编码和解码方法的示意性例示。
具体实施方式
如在上文的背景技术中所讨论的，期望在远距离并且在不需要电源、不依赖于GPS卫星或远程通信网络的情况下进行多个时间同步相量(“同步相量”)测量。还期望与远程位置进行通信，并且特别是将控制信号递送到远程位置。
通过利用光纤，无论是独立的还是包含在现代电力电缆中的或以其他方式，本发明允许在测量位置不需要任何电源、不访问GPS卫星或甚至不访问远程通信装备的情况下在非常远的距离上(例如在需要信号增强之前最高达100km)测量时间同步相量测量。本发明允许在不使用多于单个光纤芯的情况下(尽管可以采用多个芯)沿着电力电缆将大量这样的测量点放置在常规或战略位置。此外，再次利用光纤——其可以是独立的或包含在现代电力电缆中的或以其他方式，可以在非常远的距离上将控制信号发送到数个不同位置中的一个或多个。
光纤布拉格光栅光纤传感器
通过介绍的方式并且为了为随后的优选和替代实施方案的描述提供背景，图1例示了传感器1，该传感器将光应变传感器与压电元件组合，以提供用于测量远程位置的电压的机构。光应变传感器包括光纤布拉格光栅(FBG)3，该光纤布拉格光栅通过使用标准写入技术(诸如UV干涉和掩模)被写入光纤7的芯中。FBG 3将在布拉格波长(λB＝2nΛ)处反射，其中n是有效的芯折射率，并且Λ是光栅的间距(pitch)。因此，FBG 3有效地充当特定波长的反射器；峰值反射波长取决于光纤芯中折射率的变化的周期性(即光栅的间距)。
在此示例中，压电元件5(其可以是压电堆)与FBG 3的区域中的光纤物理接触(例如，结合)。当压电元件5在施加的电压(经由端子9)下膨胀和收缩时，FBG 3也被膨胀和收缩，从而改变光栅的间距并且因此改变布拉格波长。因此，FBG 3的峰值反射波长的瞬时谱位置指示施加到压电元件5的电压。因此，监测系统(参见下文)可以被配置为使用峰值反射波长的瞬时谱位置来确定施加到压电元件5的电压。
在一个替代示例中，FBG可以不直接附接到压电元件，而是在附接到压电元件的端盖之间‘伸展’。在这样的布置中，应变可以在光栅上均衡、光纤可以预张紧并且机械应变传递可以增加，从而产生与上文的直接附接布置相比改善的性能。
通过将压电元件和结合的FBG与电流变换器(CT)和负载电阻器并联连接，这样的传感器也可以被用作电流传感器。监测CT的次级电流——其经由负载电阻器被变换为电压——提供对通过CT封闭的电缆中的初级电流的测量。可以使用具有介电芯的罗氏线圈代替CT。
光纤传感器监测系统
图2以示意图形式例示了适于监测光纤11中的多个(n个)FBG 3的监测系统21。通过适当选择光纤芯的折射率的变化的周期性(即光栅的间距——参见上文)，每个FBG 3对不同波长(λ1、λ2、λ3、λ4......λn)的光敏感。
该系统包括宽频带光源23，用于使用询问信号来照射光纤11，该询问信号具有覆盖沿着光纤11定位的所有FBG 3的反射波长的波长范围。光沿着光纤11传播并且从每个FBG3反射的光被同时地并且连续不断地馈送入波分复用器27(经由耦合器26)，该波分复用器将从光纤11接收的光分成多个波长(和相关联的光纤)，每个波长对应于FBG 3中的一个。由ADC/处理器单元29驱动的快速光路开关28将依次来自每个FBG 3的反射信号导引到干涉仪和解调平台25。
然后，ADC/处理器单元29处理来自干涉仪和解调平台25的输出，以确定每个通道中的反射光的波长，并且从而确定施加到与相应的FBG 3相关联的压电元件的瞬时电压。例如，这可以通过将反射峰值的瞬时谱位置与校准数据或查找表进行比较来完成。
替代地，时分复用器(未示出)可以被用来将从光纤11接收的光分成时间分离序列。在这样的布置中，FBG 3不需要展现唯一的峰值反射波长。时分复用技术和波分复用技术的组合可以被用来询问非常大的FBG阵列。
附图标记31总体上指示询问器，该询问器包括宽频带光源23、波分复用器27和由ADC/处理器单元29(其可以用时分复用器代替或补充)驱动的快速光路开关28、以及干涉仪和解调平台25。
时间同步相量测量
如在上文的背景技术中所讨论的，相量是包括AC电信号——通常是电压或电流——的振幅和相位的矢量量，并且同步相量是添加了表示进行测量的精确时间的时间戳的相量。
如也在上文的背景技术中所讨论的，同步相量通常是通过PMU在测量位置处或附近计算的，该PMU需要电源、访问GPS网络以获取绝对时间基准以及用于从测量位置传输计算的相量的传统的远程通信网络。
相反，根据本发明的一个实施方案的监测系统121(参见图3)采用上文所描述的光纤布拉格光栅光纤传感器103阵列，所述传感器中的每个允许在远距离上对电压和/或电流进行远程、无源测量。根据每个测量位置的特定要求，这样的传感器103可以是初级连接的、次级连接的(例如，被改装以从现有的模拟电传感器捕获数据)、或被集成到装备中。与上文所描述的监测系统21一样，它们通过光纤线路101连接到询问器131。
如在参考图2所描述的监测系统21中，询问器131测量并且跟踪来自传感器103的每个峰值反射波长，并且通过分析峰值反射波长的变化来确定与每个传感器103相关联的电压和/或电流的变化。然而，询问器131还将针对每个传感器103持续地计算相量和给相量加时间戳，并且(可选地或替代地)将控制信号递送到远程位置。为了实现这，询问器131包括确定与每个传感器103相关联的电压和/或电流测量结果所需的基本测量平台，并且还被适配、被配置或被布置为实施时间戳校准过程，还被适配、被配置或被布置为实施相量计算和网络流处理、和/或用于远程设备的无源控制的方法，如将在下面的部分中描述的。
注意，设想的是其他传感器和感测布置可以受益于本发明在其许多变化的实施方案中做出的技术贡献；这样将理解，本发明不限于与参考图1所描述的类型的传感器或参考图2所描述的特定的询问布置或监测系统一起使用，它们主要用于描述本发明的可行实施方案的目的。
时间戳校准
询问器131将时间同步信号141(例如每秒脉冲数(PPS)信号或精确时间协议(PTP)信号)作为输入，该时间同步信号允许以通常为至少一微秒的精度知道从每个相应的传感器103接收到每个光信号的时间。
对于靠近询问器131的传感器103，此时间戳无需修改就可以被使用，以给相应的传感器信号的相量计算加时间戳。然而，本发明的一个阐明的目标是在远距离进行这样的测量，因为申请人的专有传感器可以被安装在距询问器很大距离处(如上文所述，在需要信号增强之前最高达100km)，在此情况下有必要调整或补偿从特定的传感器103行进到询问器131中的对应的探测器的光的有限的“飞行时间”。
可以根据光在传感器和询问器之间的光纤中的速度确定与从远程传感器位置行进到询问器131的光信号相关联的时间延迟ts，该速度仅仅是c/n，其中c是光在真空中的速度，并且n是此路径上光纤芯的平均折射率。通常，在标准单模远程通信光纤中n的值将是大约1.4682，对应于光在光纤中的约每微秒204.19米的速度。这对应于约4.9μs/km的时间延迟(作为距离的函数)ts。
以至少一微秒的期望的时间精度(为例)，至少对于位于距询问器大于约200米的那些传感器需要进行补偿。当然，可能期望增加此精度，或较低的精度可以是可容许的，但是出于解释本发明的原理的目的，此实施方案假设期望获得至少一微秒的精度，不管距相应的传感器103的询问器131的距离或与相应的传感器103的询问器131的接近度如何。
光在光纤中的速度并且因此ts也将随着沿着光的路径的平均温度而变化。申请人已经执行了对预期的UK和全球室外温度波动对本文所描述的时间戳校准过程的影响的建模，并且已经确定了对ts每月进行一次校准就可以足以保持任何误差远低于对时间戳精度的以上要求。一年两次的校准可能就足够了，但是如将从下面的讨论中清楚的，优选的校准过程不是破坏性的，并且因此可以被定期执行以确保测量的高时间精度。
用于校准阵列中的每个传感器103的ts的优选方法基于对光完成从询问器131到每个传感器103并且返回的同时往返行程所花费的时间的测量。在本发明的正常运行中(至少在其优选实施方案中)，光源(未示出)以‘连续波’模式运行。通过在已知的时间点将扰动(诸如阶跃变化或调制)引入光源的振幅，可以检测到此扰动对来自每个传感器103的反射信号的影响。关于特定的传感器103的往返时间——其是引入扰动与检测到该扰动对来自该传感器103的反射信号的影响之间的时间——是2*ts(因为它包括外传(outbound)行程和返回行程)，并且因此可以在对监测系统121干扰最小的情况下容易地确定ts。图4例示了对应于沿着光纤线路101的三个不同传感器位置的往返时间；位置1在10km处；位置2在30km处；并且位置3在50km处，以及相应的信号强度的指示，所述信号强度示出即使在50km的距离处也可以检测到这些信号。通过解释的方式，图4表示源功率被非常短暂地关闭，这造成低功率的‘光点’，以及对依次从每个传感器接收的反射中的功率中的该光点的检测。
为了测量ts，询问器被配置为：(a)在特定时间点调制或以其他方式将扰动引入用来照射光纤线路101的光源输出，并且(b)在从每个传感器反射之后测量此特征的返回时间(其对信号的影响)并且区分每个传感器的反射特征的到达。
可以通过各种各样的方式来实现光源的调制，包括：通过对某些源进行直接电压控制；通过控制放置在源输出处的光衰减器；通过控制放置在源输出处的光开关。这不是一个详尽的清单，并且存在技术人员将能够容易地实施的将振幅的某种形式的变化引入光源中的更多方式。
在从每个传感器返回时测量振幅变化的到达时间也可以通过各种各样的方式实现。如上文关于图2中所示出的并且参考图2所描述的光纤传感器监测系统21所描述的，可以使用WDM或TDM以与可以区分电压和/或电流测量信号相同的方式来区分来自各个传感器的信号。
然而，一种简单的方法是使用光分路器(splitter)或耦合器以分离沿着光纤返回的反射光的一部分(例如振幅的5％)。剩余(例如95％)的接收光功率像往常一样被检测和处理，而该5％被引导到一个简单的高速光电探测器(例如光电二极管和跨阻抗放大器)。在光源输出的扰动之后，光电探测器的输出将包括特征的一个时间序列，该时间序列表示依次来自每个传感器的反射扰动的到达——从物理上最接近的传感器开始并且以更远的传感器结束(如沿着光纤测量的并且不一定是“笔直地”距询问器的距离)。可以例如使用模拟电子电路来分析光电探测器的输出，以检测反射光中的特征的出现。这可以通过阈值化产生数字指示器信号来实现。在源中的特征门控与此数字指示器的检测之间的时间差表示2*ts，如上文所讨论的。
注意，尽管上文所描述的布置和过程消除了为了加时间戳而对GPS的依赖——这是由于许多原因而期望的，但是可想到，输入到询问器的时间同步信号可以得自GPS信号。在此情况下仍将实现明显的优点；例如，各个传感器仍将不依赖于GPS来使时间戳校准起作用，因为时间戳由询问器131执行。在任何情况下，即使在GPS发生故障的情况下，仍然存在传感器信号之间的相对时间延迟校准。
尽管在本申请中，主要在进行时间同步相量测量的背景下描述了本发明(在其各方面)，但是应理解，可以替代地或除了给相量加时间戳之外使用前述时间戳校准过程来给任何接收到的信号和/或得自这些信号的测量结果(例如电压、电流或二者)加时间戳。
因此，遵循本申请的教导不仅提供了进行时间同步相量测量的手段，而且还提供了对电压和/或电流或甚至任何其他测量结果的时间同步测量。
在一个例示性示例中，从传感器(例如电压和/或电流传感器)接收信号。确定接收到该信号的时间t，例如通过利用时间同步信号。确定对应于该传感器的时间延迟ts，例如通过以上文所描述的方式调制光源并且检测该调制的效果。可以通过从时间t中减去时间延迟ts来确定信号起源于该传感器的时间，并且其后可以(用信号起源于该传感器的时间)给接收到的信号加时间戳。如果该信号被处理以确定测量结果，诸如电压和/或电流测量结果，则也可以(或代替地)用信号起源于该传感器的时间给该测量结果加时间戳。
同步相量的产生
如上文所描述的，同步相量是电量(通常是电压和/或电流)的加时间戳的相量测量结果。因此，在同步相量的产生中存在两个确定：(a)确立获取样本的绝对时间；以及(b)计算包括在获取样本时测量到的电信号的幅度和相位的矢量。然而，如下文将描述的，不是确立获取样本的绝对时间，可以替代地通过以下方式产生同步相量：(a)确立接收到样本的绝对时间；以及(b)计算包括在接收到样本时测量到的电信号的幅度和相位的矢量。
前一种方法在获取样本时提供同步相量，后一种方法在接收到样本时提供同步相量(有效地提供同步相量的实时测量)。
上文描述了一种用于确立传感器103的位置和询问器131之间的飞行时间ts的优选方法。考虑到此值，进行测量的绝对时间(与前一种方法有关)仅仅是绝对当前时间t——得自时间同步输入——减去ts。因此，时间戳仅仅是t-ts。
在后一种方法中，不是确定进行测量的绝对时间，时间戳可以仅仅是t(接收样本的时间)，并且飞行时间ts代替地被用来确定在接收到样本时测量到的电信号的相位。这可以通过基于被监测的系统的频率f——通常为50/60Hz——将时间ts转换为对应的相位延迟
Figure BDA0002857176830000181
并且通过将ts表示为总波周期1/f的一小部分来实现。例如，如果周期是20ms(50Hz系统)并且延迟是10ms，则相位延迟
Figure BDA0002857176830000182
将是180°。然后，将考虑相位延迟
Figure BDA0002857176830000183
来计算相量，并且用t给该相量加时间戳以在接收到样本时提供同步相量。
如本领域技术人员所已知的，可以通过各种各样的方式执行根据时间序列数据计算相量，最常见的是时间序列数据的傅立叶变换的计算。数字系统上的流行和实际实施方式是众所周知的，诸如离散傅立叶变换(DFT)和快速傅立叶变换(FFT)，它们产生时间序列数据的频域分解，从该频域分解可以提取基波的幅度和相位(对于ac电力系统通常是50Hz或60Hz)。也可以通过简单的(straightforward)分析在此点处提取基波的频率。
已经确立了获取样本的绝对时间或接收到样本的绝对时间，并且已经计算了包括测量到的电信号的幅度和相位的矢量，由此确定同步相量。如上文所描述的，这是在在任何测量位置都没有电源的情况下、在任何测量位置(或甚至在任何地方)都没有GPS装备的情况下并且在任何测量位置都没有远程通信装备或没有与任何测量位置相关联的远程通信装备的情况下实现的。
现在将描述询问器和/或监测系统的又一个可选特征，该可选特征增强了询问器、监测系统和/或在其中实施该可选特征的电力网络的功能。应注意，可以在没有询问器的情况下实施下面的无源控制信号递送方法，尽管出于例示工作示例的目的在此背景下对其进行描述。
无源控制信号递送
如上所暗示的，上文所描述的监测系统的又一个可选特征提供了一种用于将模拟控制信号或数字控制信号无源地递送到远程位置的手段。此位置可以但未必与连接到询问器的传感器模块相关联，并且为清楚起见，即使与传感器模块相关联，也不需要传感器模块被共同定位。在此描述的控制模块是一个无源、独立模块，该模块以与上文所描述的光纤布拉格光栅光传感器相同的方式连接到光纤(尽管设想的是这样的传感器或包括这样的传感器的至少一个监测系统可以被修改以接收控制信号)。可以响应于对如上所确定的同步相量执行的分析的结果而发送控制信号，例如以响应于系统稳定性分析基于相量测量数据改变发电或负载，或以将命令信号传达到开关或继电器。
鉴于上文所描述的光纤布拉格光栅光传感器的电端子用作对其执行测量的电压输入，控制模块的电端子将用作可以连接到附近的电气模块或电子模块以递送控制信号的输出。这样的控制模块可以采取许多种形式中的(至少)一种，并且以如下文所解释的两种方式中的(至少)一种运行。
在一个优选实施方案中，控制信号波长λc可以位于远程通信频带的边缘处。以此方式，可以使控制信号与传感器信号之间的串扰的可能性忽略不计。替代地，传感器带宽要求可以指示λc位于由传感器FBG利用的宽频带源带宽之外。例如，如果光传感器中的FBG的设计波长被限制于大约1530nm至1590nm的远程通信频带，则控制模块中的FBG的设计波长可以被限制于其他低损耗区域(例如约1310nm)。例如，可以使用双窗口光纤耦合器组合感测波长和控制波长。
为了将控制信号从询问器131发送到部署在沿着光纤100的某个位置的控制模块，控制模块可以被配置为接收光学编码的控制信号。与常规的光数字远程通信系统一样，这可以通过调制在λc处的光信号的振幅来实现。以此方式，在λc处的光的振幅的任何变化将引起在与相应的FBG相关联的光电探测器的输出处的电压的对应的变化。利用在λc处的光振幅调制与在控制模块(其可以位于距询问器相当大的距离处)处的电调制之间的此关系，可以实现出于控制目的的模拟电压信号或数字电压信号的远程递送。
在沿着一个光纤线路部署多个控制模块的情况下，优选的是能够区分控制信号，使得仅期望的控制模块(或多个模块，视情况而定)将接收或能够接收意在用于它(或它们)的控制信号。实现这的两种优选方式是通过代码复用和/或通过波长复用。
所有控制模块都可以在相同的波长处运行，并且可以借助于唯一的数字代码将控制信号递送到所需的控制模块，该数字代码仅可由意在接收它的控制模块解释。替代地(或附加地)，控制信号可以被波长编码，由此每个控制模块被分配唯一的波长(以与各个传感器模块可以被分配唯一的波长相同的方式——由FBG限定)。这两种方法在传输端和接收端都需要不同的部件，如图5中所例示的。在本文所描述的实施方案中，控制信号λc以某种方式与接收器处的感测信号分离。在每种情况下，将控制信号与由控制模块接收的任何其他信号分离的特征的布置都实际上是并且因此可以共同地被认为是滤波器。
1.数字编码的控制信号
在此方法中，相同的波长被用于所有控制模块，从而在询问器231中仅需要一个窄频带发射器/收发器。下面的描述假定λc位于感测带宽之内。然而，如上文所述，可能有必要或期望将λc定位在感测带宽之外；在此情况下，可以使用标准远程通信双波长部件。
在询问器231处，使用单个窄线宽激光二极管224来将一个信号发送到沿着光纤线路201的所有控制模块(例如501或601)。当控制波长λc被放置于宽频带传感器源的带宽之内时，激光二极管的高功率谱密度准许通过光电探测器(例如505或605)检测信号。意在用于特定的控制模块的信号可以以这样的方式被编码使得每个接收器可以提取其预期的消息。在每个控制模块处，只有当以对应于该特定的控制模块的代码序列发送信号，接收器电子设备就处理该信号。存在将所需的控制信号从感测光纤耦合到控制模块内的接收器中的数个选项，下文描述了其中两个。
在第一实施方案中，通过控制模块501使用直接连接到感测光纤线路201的光分插复用器(OADM)的修改形式来将控制信号分出。OADM使用光纤布拉格光栅(FBG)503和无源光环行器504。在此背景下，为FBG 503的特性的波长选择性反射被用作波长滤波器。在控制模块501中，FBG/环行器布置503、504可以被用来将特定波长的信号从特定位置的光纤路径‘分出’，而此操作不对用于感测的其他FBG波长有任何影响。如果例如(并且如下文所提及的)采用数字编码和波长编码的组合，则这也是有利的。
在任何情况下，优选的是采用弱反射FBG，以使得控制信号可以到达光纤线路上的所有控制模块。仅控制信号的一小部分(例如1％-5％)可以被耦合到控制模块的光电二极管505；控制信号的大部分继续沿着光纤线路201。
替代地，如控制模块601中所示出的，无源光纤耦合器(FC)603可以被用来经由窄频带滤波器607将感测信号和控制信号二者的一小部分(例如1％-5％)耦合到光电二极管605，诸如法布里-珀罗(FP)滤波器或薄膜滤波器，以防止感测信号到达光电二极管605。
2.波长编码的控制信号
在此方法中，采用唯一的控制信号波长，通常每个控制模块一个。
优选地，给每个控制模块分配唯一的波长，例如在范围1310nm-1350nm内。可以使用各种技术来仅改变λc处的光信号的振幅。例如，例如覆盖1310nm-1350nm范围的、来自宽频带源的光可以被入射到一个滤波器或一系列滤波器和机械或电子选通器或开关上，所述选通器或开关能够以对应于控制模块(例如701、801和901)的波长离散地调制功率电平。可以使用专用的低成本光源，诸如发光二极管(LED)，每个控制波长一个(或多个)，所述光源可以被开启和关闭或其功率电平可以被改变。替代地，一个或多个标准远程通信激光二极管发射器或收发器324可以与粗波分复用器(CWDM)325结合使用，该粗波分复用器325将所有输出结合到单个光纤301a中以耦合到感测光纤301中，如在询问器331中。
在第一实施方案中，控制模块701使用宽频带WDM 703分离感测波长和控制波长。然后可以将控制频带的一部分耦合出(couple off)(例如，使用5/95％耦合器704)，并且窄频带滤波器707选择控制模块特定的波长，并且防止其他控制波长到达光电二极管705。第二WDM 703b可以被用来重新耦合感测波长和控制波长以沿着光纤线路301向前传输。
在第二实施方案中，控制模块801使用双波长光纤耦合器(FC)803将感测频带和控制频带二者的一小部分耦合出。像上文的控制模块701中的滤波器707一样，窄频带滤波器807被用来确保仅选择的控制波长由光电二极管805接收。
在第三实施方案中，控制模块901使用双波长FC 903和OADM(包括FBG 913和环行器914——类似于上文所描述的控制模块501)的‘分出’功能来将特定的控制波长耦合出。以此方式，控制模块所需的控制波长被分出，并且由光电二极管905接收。如果如在控制模块501中一样采用弱反射FBG，则控制波长的剩余的光可以通过第二双波长FC 903b被重新耦合到光纤线路301。
尽管优选的是唯一的波长被分配给每个控制模块，但是预见的是，沿着光纤布置的数个控制模块可以被配置为接收相同波长的信号。然后单独的控制模块可以通过如前一部分中所描述的那样数字地编码为特定的模块指定的信号来检测该信号。
还应记住，在上文所描述的实施方案中，光纤线路201、301也将光传送到基于光纤布拉格光栅的光传感器阵列和从基于光纤布拉格光栅的光传感器阵列传送光，尽管设想的是上文所描述的方法可以被用来独立于任何监测系统递送控制信号，在该情况下，不需要传送感测信号和控制信号二者，并且因此不需要将控制波长与感测波长分离。
总之，本发明的上文所描述的特征、实施方案和方面做出的关键贡献在于消除了在每个测量位置和/或控制位置处对电源、GPS装备和远程通信装备的需要，因此，可以大幅降低实施PMU网络和/或控制系统的复杂性和成本。在实施PMU网络的情况下，通过在远离实际测量位置的位置集中对相量和对应的时间戳的确定来实现同步相量的创建。替代地，或除了给相量加时间戳之外，本发明使得能够给任何接收到的信号和/或得自那些信号的测量结果加时间戳。这些信号是从沿着诸如可以包含在现代电力电缆中的光纤分布的适当的传感器接收的。同样地，可以沿着诸如可以包含在现代电力电缆中的光纤传达控制信号，并且提供了许多种确保控制信号由预期的控制模块接收的方法。设想通过以此方式利用现有的光纤基础设施可以在电力网络中实施PMU网络和控制系统之一或二者。还设想可以根据对同步相量执行的分析来传输控制信号。
在整个说明书中，除非上下文另有要求，否则术语“包括(comprise)”或“包含(include)”、或诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”、“包含(includes)”或“包含(including)”的变体将被理解为暗示包括所述整数或整数组，但不排除任何其他整数或整数组。
可以在本发明的范围内对上文所描述的实施方案进行各种修改，并且本发明扩展到除了本文明确要求保护的特征之外的特征组合。

Claims (30)

1.一种进行时间同步相量测量的方法，包括：
经由光纤从电压和/或电流传感器接收光信号；
接收时间同步信号并且确定从所述电压和/或电流传感器接收到所述信号的时间t；
确定对应于所述电压和/或电流传感器的时间延迟ts；
通过从接收到所述信号的所述时间t中减去所述时间延迟ts来确定所述信号起源于所述电压和/或电流传感器的时间；
根据接收到的信号计算相量；以及
给所述相量加时间戳。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述光纤被包括在电力电缆中。
3.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中计算相量包括根据所述接收到的信号来确定感测到的电压和/或电流。
4.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述电压和/或电流传感器包括与压电元件接触的光纤布拉格光栅，所述压电元件响应于感测到的电压和/或电流而膨胀和收缩，并且其中所述感测到的电压和/或电流是根据来自所述光纤布拉格光栅的峰值反射波长的谱位置确定的。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述电压和/或电流传感器的所述光纤布拉格光栅具有唯一的峰值反射波长。
6.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中通过将信号传输到所述电压和/或电流传感器、在所述信号已经在所述电压和/或电流传感器处反射之后接收所述信号并且确定所述信号的往返时间2ts来确定所述时间延迟。
7.根据权利要求6所述的方法，包括：将扰动引入照射所述光纤的光源的振幅，并且检测所述扰动对由所述电压和/或电流传感器反射的光的影响。
8.根据任一项前述权利要求所述的方法，包括：确定对应于所述时间延迟ts的相位延迟
Figure FDA0002857176820000021
9.根据权利要求8所述的方法，其中根据所述接收到的信号计算所述相量包括：计算包括所述感测到的电压和/或电流的幅度和相位的矢量，其中所述感测到的电压和/或电流的所述相位被偏移所述相位延迟
Figure FDA0002857176820000022
10.根据任一项前述权利要求所述的方法，包括：从对应的多个电压和/或电流传感器接收多个信号、计算对应的多个相量以及给所述相量中的每个加时间戳。
11.根据权利要求10所述的方法，包括：持续地从每个电压和/或电流传感器接收信号、持续地根据每个接收到的信号计算相量以及持续地给每个相量加时间戳。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的方法，包括：周期性地确定对应于每个电压和/或电流传感器的时间延迟和/或相位延迟。
13.根据任一项前述权利要求所述的方法，还包括：将一个或多个控制信号递送到沿着所述光纤的一个或多个位置，并且在控制模块处接收至少一个控制信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中响应于对一个或多个测量的同步相量执行的分析而将所述控制信号递送到所述一个或多个位置。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其中以与从所述电压和/或电流传感器接收到的所述信号不同的一个波长或多个波长传输所述一个或多个控制信号。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，包括：以单个波长传输多个控制信号、在所述控制模块处接收所述多个控制信号、以及确定所述多个控制信号中的哪个意在用于所述控制模块，和/或以多个波长传输多个控制信号、在所述控制模块处接收所述多个控制信号、以及检测以对于所述控制模块唯一的波长传输的一个或多个控制信号。
17.一种用于进行时间同步相量测量的监测系统，包括：
询问器，所述询问器经由光纤与一个或多个电压和/或电流传感器进行光通信，所述询问器被配置为；
从所述一个或多个电压和/或电流传感器接收一个或多个光信号；
接收时间同步信号并且确定从相应的电压和/或电流传感器接收到每个信号的时间t；
确定对应于每个电压和/或电流传感器的时间延迟ts；
通过从接收到所述信号的每个时间t中减去相应的时间延迟ts来确定所述信号起源于每个电压和/或电流传感器的时间；
根据一个或多个接收到的信号计算一个或多个相量；以及
给所述一个或多个相量加时间戳。
18.根据权利要求17所述的系统，其中每个电压和/或电流传感器包括与压电元件接触的光纤布拉格光栅，所述压电元件响应于感测到的电压和/或电流而膨胀和收缩，其中每个感测到的电压和/或电流是根据来自每个光纤布拉格光栅的峰值反射波长的谱位置确定的。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的系统，其中所述询问器被配置为：将扰动引入照射所述光纤的光源的振幅，并且检测所述扰动对由每个电压和/或电流传感器接收和反射的光的影响以确定所述时间延迟ts。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的系统，其中所述询问器被配置为：计算包括每个感测到的电压和/或电流的幅度和相位的相量，并且用每个感测到的电压和/或电流起源于每个电压和/或电流传感器的时间给所述相量加时间戳。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的系统，其中所述询问器被配置为：确定对应于每个时间延迟ts的相位延迟
Figure FDA0002857176820000031
并且将每个感测到的电压和/或电流的所述相位偏移所述相位延迟
Figure FDA0002857176820000032
22.根据权利要求17至21中任一项所述的系统，其中，所述询问器被配置为：持续地从每个电压和/或电流传感器接收信号、持续地根据所述接收到的信号计算相量、持续地给所述相量加时间戳、并且周期性地确定对应于每个电压和/或电流传感器的时间延迟t以校准所述监测系统。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的监测系统，其中所述询问器被配置为：响应于对对应的同步相量的分析而经由所述光纤将控制信号递送到控制模块。
24.根据权利要求23所述的监测系统，其中所述控制模块包括光电探测器和滤波器，所述滤波器被配置为将所述控制信号与经由所述光纤由所述控制模块接收的任何其他信号分离。
25.根据权利要求24所述的监测系统，其中所述滤波器包括光纤布拉格光栅和光环行器，所述光纤布拉格光栅和光环行器被布置为将期望的波长的信号分出，并且其中所述光纤布拉格光栅在所述期望的波长是弱反射的。
26.根据权利要求24所述的监测系统，其中所述滤波器包括被布置为经由窄频带滤波器将所述控制信号的一部分从所述光纤耦合到所述光电探测器的光纤耦合器。
27.根据权利要求24所述的监测系统，其中所述滤波器包括波分复用器和被布置为经由窄频带滤波器将所述控制信号的一部分从所述波分复用器耦合到所述光电探测器的光纤耦合器。
28.根据权利要求24所述的监测系统，其中所述滤波器包括光纤耦合器和光分插复用器，所述光纤耦合器被布置为将所述控制信号的一部分耦合到所述光分插复用器，并且所述光分插复用器被配置为将期望的波长的信号分出到所述光电探测器。
29.一种给来自电压和/或电流传感器的信号加时间戳的方法，包括：
从所述电压和/或电流传感器接收信号；
确定从所述电压和/或电流传感器接收到所述信号的时间t；
确定对应于所述电压和/或电流传感器的时间延迟ts；
通过从接收到所述信号的所述时间t中减去所述时间延迟ts来确定所述信号起源于所述电压和/或电流传感器的时间；以及
给所述信号加时间戳。
30.一种监测系统，包括：
询问器，所述询问器经由光纤与一个或多个电压和/或电流传感器进行光通信，所述询问器被配置为；
从所述一个或多个电压和/或电流传感器接收一个或多个光信号；
确定从所述一个或多个电压和/或电流传感器接收到每个信号的时间t；
确定对应于每个电压和/或电流传感器的时间延迟ts；
通过从接收到每个信号的相应的时间t中减去相应的时间延迟ts来确定所述信号起源于相应的电压和/或电流传感器的时间；以及
给所述一个或多个信号加时间戳。
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