CN113410916B - 一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控系统及方法，属于光纤供电技术领域，包括控制单元、电路参数调节单元和电压采集单元；控制单元通过电路参数调节单元调节并获取光伏功率变换器输出电流，通过电压采集单元获取光伏功率变换器的输出电压，进而获取光伏功率变换器当前最大输出功率，并换算出光伏功率变换器的实际输入光功率，以此判断光能传输链路是否出现故障，以此保证系统的正常稳定的工作。控制单元判断后级设备的额定电流与光伏功率变换器可提供电流的关系，能够预估后级设备是否会对光伏功率变换器形成过载，若是，不允许光伏功率变换器为后级设备供电，避免光伏功率变换器使用寿命大幅缩短或永久性损坏。

Description

一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控系统及方法

技术领域

本发明涉及光纤供电技术领域，尤其涉及一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控系统及方法。

背景技术

光纤供电系统由光纤将大功率激光器产生的光能输送到光伏功率变换器，光伏功率变换器将光能转换为电能对后级设备进行供电。由于光纤供电系统经常受光纤弯曲或光纤接头接触良好度影响，进入光伏功率变换器的光功率极易出现不足的情况，导致光伏功率变换器输出电功率不足，后级设备开启后易使光伏功率变换器形成过载现象。其次，光纤供电系统大多应用于高压或复杂强电磁环境，后级设备故障概率较高，若后级设备出现故障，容易对光伏功率变换器造成短路现象。

在传统应用中，光伏功率变换器的输出端直接连接后级设备进行工作，由于光伏功率变换器自身比较脆弱，若后级设备出现过流或短路，易导致光伏功率变换器寿命大幅缩短或永久性损坏。另外，光纤供电系统中仅关注后级设备的工作状态进而判断整个系统出现故障，无法在线确定故障来源于光伏功率变换器与激光器之间的光能传输链路还是后级设备自身，若光能传输链路故障，其负载能力降低，更容易出现过载现象，导致光伏功率变换器寿命大幅缩短或永久性损坏，这是目前光纤供电系统中亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中无法在线确定光伏功率变换器与激光器之间的光能传输链路是否出现故障问题，提供了一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控系统及方法，通过对光伏功率变换器的最大输出功率进行在线扫描监测，以此获取光伏功率变换器的实际输入光功率，结合光能激光器的额定输出光功率判断光能激光器与光伏功率变换器之间的光能传输链路是否出现故障，以此对光伏功率变换器进行保护。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控系统，系统具体包括顺次连接的光能激光器、供能光纤和光伏功率变换器，还包括控制单元、电路参数调节单元和电压采集单元，控制单元与电路参数调节单元、电压采集单元连接，光伏功率变换器为控制单元、电路参数调节单元、电压采集单元供电；

所述电路参数调节单元用于精细递进式调节光伏功率变换器的输出电流，并将光伏功率变换器的输出电流反馈至控制单元，同时电压采集单元用于采集光伏功率变换器的输出电压并反馈至控制单元，以使控制单元获取光伏功率变换器的输出电流-电压曲线；

控制单元根据光伏功率变换器的输出电流-电压曲线，进而获取光伏功率变换器当前的最大功率Pmax，并根据最大功率Pmax换算光伏功率变换器的实际输入光功率；控制单元根据光伏功率变换器的实际输入光功率结合光能激光器的额定输出光功率确定光能激光器与光伏功率变换器之间的光能传输链路是否出现故障，若出现，发出报警指令。其中，精细递进式调节光伏功率变换器的输出电流具体为，以mA级定值电流作为公差，使光伏功率变换器的输出电流依次增大；mA级定值电流优选为十位级如10mA。

在一示例中，所述电路参数调节单元包括顺次连接的恒流电路和反馈电路；控制单元输出端与恒流电路连接，用于精细递进式调节恒流电路的输出电流；反馈电路输出端与控制单元连接，用于将恒流电路的实时输出电流反馈至控制单元。

在一示例中，所述恒流电路包括顺次连接的恒流源和阻性负载；所述控制单元输出端与恒流源连接，通过精细递进式调节恒流源的输出电流进而调节阻性负载上的电压；所述阻性负载与反馈电路输入端连接，反馈电路输出端与控制单元连接，以将阻性负载上的电压反馈至控制单元，若阻性负载上的电压呈递进式变化，则表示恒流电路工作状态正常，反之，停止扫描（使恒流电路停止工作）且控制单元给出报警提示，提示用户对恒流电路进行检修。

在一示例中，所述电路参数调节单元还包括第一开关器件，第一开关器件一端与控制单元连接，另一端与恒流电路连接。

在一示例中，所述系统还包括后端保护单元，后端保护单元包括顺次连接的第二开关和限流电路，控制单元与第二开关连接、限流电路连接，且光伏功率变换器经第二开关、限流电路为后级设备供电；所述限流电路中的限流阈值为后级设备的额定电压Vd在光伏功率变换器的输出电流-电压曲线中对应的光伏功率变换器的输出电流It。

在一示例中，所述后端保护单元还包括缓启动电路，所述缓启动电路与控制单元输出端连接，且光伏功率变换器经第二开关、限流电路、缓启动电路为后级设备供电。

在一示例中，所述系统还包括温度采集单元；所述温度采集单元输出端与控制单元连接，用于采集光伏功率变换器实时温度信息。

在一示例中，所述系统还包括报警单元，报警单元与控制单元输出端连接。

需要进一步说明的是，上述各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。

本发明还包括一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控方法，所述方法基于上述任意示例或者多示例进行组合形成的监测系统，并以控制单元作为所述监测方法的执行主体，包括以下步骤：

精细递进式调节电路参数调节单元的输出电流，并获取电路参数调节单元的输出电流、电压采集单元反馈的光伏功率变换器的输出电压，进而获取光伏功率变换器的输出电流-电压曲线；

根据光伏功率变换器的输出电流-电压曲线获取光伏功率变换器当前的最大功率Pmax，并根据最大功率Pmax换算光伏功率变换器的实际输入光功率；

根据光伏功率变换器的实际输入光功率结合光能激光器的额定输出光功率确定光能激光器与光伏功率变换器之间的光能传输链路是否出现故障，若出现，发出报警指令。

在一示例中，为克服现有技术中后级设备出现过流或短路易导致光伏功率变换器寿命大幅缩短或永久性损坏的问题，本发明方法还包括：

根据后级设备的额定电压Vd在光伏功率变换器的输出电流-电压曲线中映射出所述额定电压Vd对应光伏功率变换器的输出电流It；

判断后级设备的额定电压Vd所对应光伏功率变换器的输出电流It是否大于所述后级设备的额定电流Id，若是，允许光伏功率变换器为后级设备供电，反之，不允许光伏功率变换器为后级设备供电。本示例中，控制单元通过判断后级设备的额定电流与光伏功率变换器可提供输出电流It的关系，能够预估后级设备是否会对光伏功率变换器形成过载，若是，不允许光伏功率变换器为后级设备供电，避免光伏功率变换器使用寿命大幅缩短或永久性损坏。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

（1）在一示例中，通过精细递进式调节电路参数调节单元的输出电流，进而获取光伏功率变换器当前最大功率Pmax，并换算出光伏功率变换器的实际输入光功率，结合光能激光器的额定输出光功率判断其发射的激光是否完全输入至光伏功率变换器，以此判断光能激光器与光伏功率变换器之间的光能传输链路是否出现故障，若是，发出告警提示，提示工作人员对光能激光器与光伏功率变换器之间的光纤传输链路进行维护，以此快速、准确定位光纤供电系统中故障位置，保证系统的正常工作的同时能提高了激光的利用率。

（2）在一示例中，通过恒流源、阻性负载能够实现光伏功率变换器输出电流的高精度稳定递进式调节，进而能够在不损伤光伏功率变换器的基础上，实现光伏功率变换器的负载能力测试。

（3）在一示例中，通过反馈电路将阻性负载上的电压反馈至控制单元，能够进一步对恒流电路的工作状态进行监测，进一步提升系统的可靠性。

（4）在一示例中，通过电压采集单元、温度采集单元采集光伏功率变换器工作过程中的输出电压以及工作温度，进一步对光伏功率变换器的工作状态进行监测，防止光伏功率变换器异常工作而损坏。

（5）在一示例中，通过限流电路对光伏功率变换器的输出电流进行限制，防止后级设备出现过流或短路时损伤光伏功率变换器。

（6）在一示例中，通过缓启动电路对后级设备进行上电控制，避免后级设备上电瞬间出现的尖峰电流导致光伏功率变换器出现过载现象。

（7）在一示例中，通过判断后级设备的额定电流与光伏功率变换器可提供输出电流的关系，能够预估后级设备是否会过载，若是，不允许光伏功率变换器为后级设备供电，避免光伏功率变换器使用寿命大幅缩短或永久性损坏。

（8）在一示例中，本发明通过恒流电路、电压采集单元能够在线确定光伏功率变换器与激光器之间的光能传输链路是否出现故障，在此基础上，进一步配合限流电路能够确定是否因后级设备过流或短路导致光伏功率器故障，实现光伏供电系统中故障位置的快速定位。

（9）在一示例中，通过输入单元作为外部触发实现光伏功率变换器输出电流-电压曲线任意时刻的在线扫描，当供能光纤布线位置变更后，现场工作人员可人为经输入单元外部触发光伏功率变换器的输出电流-电压曲线的在线扫描，实时确认光伏功率变换器的工作状态。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明一示例中的系统框图；

图2为本发明一示例中的系统框图；

图3为本发明一示例中的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控系统，系统具体包括光能激光器和光伏功率变换器，还包括控制单元、电路参数调节单元和电压采集单元，控制单元与电路参数调节单元、电压采集单元连接；光能激光器发射的光功率经供能光纤（光能传输链路）传输至光伏功率变换器，光伏功率变换器接收来自光能激光器的光功率后即可输出电能作为电源，进而为电功率为控制单元和电路参数调节单元供电。具体地，电压采集单元输出端与控制单元连接，用于采集光伏功率变换器的实时输出电压并反馈至控制单元，包括但不限于电压传感器、数模转换电路，本示例采用低功耗数模转换电路，低功耗数模转换电路与光伏功率变换器串联连接。目前的光伏功率变换器通常可提供约几百毫瓦的电功率，其后级空载时输出电压约6~7V，随着负载的增加，输出电压逐渐降低，但不线性。不同的输入光功率对应不同的光伏功率变换器输出电流-电压曲线，输入光功率越小，光伏功率变换器带负载能力越小；同样的负载，输入光功率越小，光伏功率变换器的输出电压越低。

进一步地，电路参数调节单元作为控制单元的测试负载，用于精细递进式调节光伏功率变换器的输出电流，并将自身（电路参数调节单元）输出电流反馈至控制单元；同时，电压采集单元用于采集光伏功率变换器的输出电压并反馈至控制单元，进而使控制单元获取到光伏功率变换器的输出电流-电压曲线；其中，精细递进式调节光伏功率变换器的输出电流具体为，以mA级定值电流作为公差，使光伏功率变换器的输出电流依次增大；mA级定值电流优选为十位级如10mA。控制单元根据光伏功率变换器的输出电流-电压曲线，进而获取光伏功率变换器当前的最大功率Pmax，并根据最大功率Pmax换算出光伏功率变换器的实际输入光功率；控制单元根据实际输入光功率结合光能激光器的额定输出光功率确定光能激光器与光伏功率变换器之间的光能传输链路是否出现故障，若出现，发出报警指令。具体地，在获取光伏功率变换器当前最大功率的基础上，结合光伏功率变换器输入光功率与输出电功率之间的已知关系，能够确定光伏功率变换器实际接收的光功率（光伏功率变换器的实际输入光功率），结合已知的光能激光器的额定输出光功率，能够进一步判断光能激光器发射的激光是否完全输入至光伏功率变换器，若否，说明光能激光器至光伏功率变换器之间的光纤链路出现弯曲或者光纤接头接触不良好（接头松动或者受灰尘等异物阻挡）的情况，仅能使部分激光进入光伏功率变换器，此时，控制单元给出告警指令，使工作人员及时对光能激光器与光伏功率变换器之间的光纤链路进行维护，保证系统的正常工作的同时提高激光的利用率。作为一选项，控制单元存储有光伏功率变换器最大输出功率与输入光功率之间的关系映射表（二维表），可根据光伏功率变换器当前的最大输出功率查询其输入光功率。

作为一优选项，电压采集单元还进一步提供对光伏功率变换器的监测保护功能。具体地，电压采集单元将采集的光伏功率变换器的实时输出电压反馈至控制单元，控制单元通过比较实时输出电压是否低于阈值如4.5V来判断光伏功率变换器是否工作于绝对条件之外，若是，说明光伏功率变换器自身故障或者光伏功率变换器的输出电路存在异常，立即关闭第一开关和第二开关，且控制单元给出告警提示。

需要说明的是，本发明不仅仅限应用至上述光纤供电系统，也可应用于其他供电系统的监测，即仅需将供电器件进行对应的替换即可，即可将上述顺次连接的光能激光器和光伏功率变换器替换为其他供电装置。

在一示例中，控制单元包括但不限于FPGA、PLC、单片机、ARM等控制器，考虑功耗问题，本示例优选功耗极低的单片机，并以较低速率运行。

在一示例中，电路参数调节单元包括顺次连接的恒流电路和反馈电路，恒流电路为高精度恒流源；控制单元输出端与恒流电路连接，用于递进式调节恒流电路的输出电流，进而实现对光伏功率变换器的输出电流的调节；反馈电路输出端与控制单元连接，用于将恒流电路的实时输出电流反馈至控制单元，本示例中反馈电路具体采用低功耗数模转换电路（数模转换器）。

在一示例中，如图2所示，恒流电路包括顺次连接的恒流源和阻性负载，所述恒流源与控制单元输出端连接，所述阻性负载与反馈电路连接。具体地，本示例中通过控制单元对恒流源输出电流进行精细递进式调节，进而改变恒流电路的输出电流，实现对光伏功率变换器的输出电流扫描；阻性负载具体为高精度功率电阻器，本示例功率电阻器为高精度50欧电阻。本示例采用恒流源实现恒流电路的输出电流调节，进而实现光伏功率变换器的精细负载测试。需要进一步说明的是，阻性负载经低功耗数模转换电路连接至控制单元，用于将阻性负载上的电压传输至控制单元，控制单元进一步判断阻性负载上的电压是否呈递进式变化，若是，则表示恒流电路工作状态正常，反之，控制单元给出报警提示，提示用户对恒流电路进行检修。

在一示例中，所述电路参数调节单元还包括第一开关器件，第一开关器件一端与控制单元连接，另一端与恒流电路连接。具体地，通过引入第一开关器件，控制单元通过控制第一开关的通断状态进而使电路参数调节单元开始扫描工作或停止扫描工作。第一开关器件优选MOSFET开关（金属-氧化物半导体场效应晶体管），其处于关断状态时，功耗极低可忽略，无需占用光伏功率变换器有限电功率。

在一示例中，将上述示例进行组合得到一优选实施例，此时电路参数单元包括顺次连接的MOSFET开关、恒流源、功率电阻器和低功耗数模转换电路，将电路参数调节单元中需要恒定消耗光伏功率变换器电能的器件，即MOSFET开关、两个数模转换电路（电压采集单元和反馈电路）以及控制单元需要消耗功耗合计记为Ps，Ps为监测系统额外增加的功耗，仅为几毫瓦，对整个供电系统的效率影响不大，即对光伏功率变换器的负载能力测试影响不大。当控制单元开启MOSFET开关并对恒流源设置最小恒定电流I1，如10mA，该电流注入功率电阻器，数模转换器对功率电阻器上的电压进行采集并反馈至控制单元，以确认恒流电路工作正常。控制单元通过数模转换电路测量此时光伏功率变换器的输出电压V1，并计算当前光伏功率变换器的输出电功率为：P1=V1*I1+Ps。控制单元调节恒流源输出电流，使输出电流增加ΔI，如ΔI为10mA，此时恒流电流为I2=I1+ΔI，测量的光伏功率变换器输出电压记为V2，当前光伏功率变换器输出电功率为：P2=V2*I2+Ps。如此循环此流程精细递进式调节恒流源输出电流，可实现对光伏功率变换器的输出I-V曲线和输出电功率的扫描。

在一示例中，所述系统还包括后级设备和后端保护单元，后端保护单元包括顺次连接的第二开关和限流电路，控制单元与第二开关连接、限流电路连接，且光伏功率变换器经第二开关、限流电路为后级设备供电。具体地，通过引入第二开关器件，使光伏功率变换器自动为后级设备供电，或使光伏功率变换器断开与后级设备的供电链路，第二开关器件优选MOSFET开关（金属-氧化物半导体场效应晶体管）。限流电路中的限流阈值为光伏功率变换器的输出电流-电压曲线中后级设备的额定电压Vd时对应的光伏功率变换器的输出电流It，通过限流电路对后级设备的工作电流进行限制，即后级设备工作电流限制在It以内，防止后级设备出现过流或短路时损伤光伏功率变换器。

在一示例中，所述后端保护单元还包括缓启动电路，所述缓启动电路与控制单元输出端连接，且光伏功率变换器经第二开关、限流电路、缓启动电路为后级设备供电，通过缓启动电路对后级设备进行上电控制，避免后级设备上电瞬间出现的尖峰电流导致光伏功率变换器出现过载现象。

在一示例中，所述系统还包括用于采集光伏功率变换器实时温度信息的温度采集单元，优选为低功耗功温度传感器，用于采集光伏功率变换器的实时工作温度；温度采集单元输出端与控制单元连接，用于将采集的实时工作温度反馈至控制单元，控制单元通过比较实时工作温度是否超出光伏功率变换器工作温度阈值，若是，控制单元给出告警提示。

在一示例中，系统还包括报警单元，报警单元与控制单元输出端连接，考虑到功耗问题，采用低功耗LED灯或蜂鸣器响应控制单元的报警指令。

在一示例中，系统还包括输入单元，输入单元输出端与控制单元连接。具体地，本示例中输入单元为按键，功耗低，通过光伏功率变换器为按键进行供电，由于按键功耗低，不影响光伏功率变换器为后级设备提供电能；通过按键输入外部触发信息进而使控制单元改变第一开关的工作状态，使恒流电路开始工作，对光伏功率变换器的输出电流信息进行扫描，结合电压采集单元反馈的输出电压，以此实现光伏功率变换器电流-电压曲线的实时在线扫描控制，当供能光纤布线位置变更后，现场工作人员可人为经输入单元外部触发光伏功率变换器的输出电流-电压曲线的在线扫描，实时确认光伏功率变换器的工作状态。

作为一优选示例，本发明监控系统包括供能单元、控制单元、电路参数调节单元、电压采集单元、温度采集单元、后端保护单元、报警单元和输入单元，供能单元包括顺次连接的光能激光器、供能光纤和光伏功率变换器；电路参数调节单元包括顺次连接的第一开关、恒流源、阻性负载和反馈电路，且第一开关、恒流源与控制单元连接；反馈电路为低功耗数模转换电路，低功耗数模转换电路输出端与控制单元连接。后端保护单元顺次连接的第二开关、限流电路和缓启动电路，且第二开关、限流电路和缓启动电路均与控制单元连接，光伏功率变换器经第二开关、限流电路和缓启动电路为后级设备供电，同时光伏功率变换器为控制单元、第一开关、反馈电路、恒流源、电压采集单元、温度采集单元、第二开关、报警单元、输入单元供电。为更好说明本发明构思，现对本发明优选示例系统具体工作原理进行说明：

系统上电开始工作，控制单元接收电压采集单元、温度采集单元采集的光伏功率变换器的实时输出电压、温度信息，根据实时输出电压和/或温度信息判断光伏功率变换器的工作状态是否正常，若不正常，发出告警指示，通知用户对光伏功率变换器进行检修，若正常，控制单元使第一开关处于导通状态，使电路参数单元接入系统开始工作，对光伏功率变换器的负载能力进行测试；具体地，控制单元精细递进式调节恒流源的输出电流，结合接收电压采集单元反馈的光伏功率变换器的输出电压，得到光伏功率变换器的输出电流-电压曲线；同时，为保证恒流源正常工作，控制单元接收反馈电路反馈的阻性负载上的电压，通过检测阻性负载上的电压是否递增式变化判断恒流源的工作状态，提高负载能力测试的精确度和可靠性，进一步提升了系统的稳定性。进一步地，由于光伏功率器的输出电功率受光能激光器输出光功率、光纤传输链路等因素的影响，光伏功率变换器的实时最大功率并非一个确切的固定值，为确定光伏功率变换器当前的负载能力，即光伏功率器在当前光能激光器输出光功率、当前光纤传输链路条件下能够提供至后级设备的最大电能，需进一步确定光伏功率变换器的最大输出功率，本系统中控制单元根据光伏功率变换器的输出电流-电压曲线即可快速确定光伏功率变换器当前的最大功率Pmax，在此基础上，控制单元根据最大功率Pmax换算光伏功率变换器的实际输入光功率，结合光能激光器的额定输出光功率确定光能激光器与光伏功率变换器之间的光能传输链路是否出现故障，即判断光能激光器发射的激光是否完全输入至光伏功率变换器，若否，说明光能激光器至光伏功率变换器之间的光纤链路出现弯曲或者光纤接头接触不良好（接头松动或者受灰尘等异物阻挡）的情况，仅能使部分激光进入光伏功率变换器此时，控制单元给出告警指令，提示用户对光纤链路进行检修。更进一步地，控制单元根据后级设备的额定电压Vd在光伏功率变换器的输出电流-电压曲线中映射出所述额定电压Vd对应光伏功率变换器的输出电流It，并判断后级设备的额定电压Vd所对应光伏功率变换器的输出电流It是否大于所述后级设备的额定电流Id，若是，光伏功率变换器的输出功率大于后级设备的额定功率，能够使后级设备正常工作允许光伏功率变换器为后级设备供电，反之，光伏功率变换器的输出功率大于后级设备的额定功率，能够使后级设备正常工作，不允许光伏功率变换器为后级设备供电，以此保护光伏功率变换器不会因后级设备过载而损坏。为进一步防止后级设备过流或短路导致光伏功率变换器寿命大幅缩短或永久性损坏的现象，将限流电路中的限流阈值设为后级设备的额定电压Vd在光伏功率变换器的输出电流-电压曲线中对应的光伏功率变换器的输出电流It，以对光伏功率变换器的输出电流进行限制，防止后级设备出现过流或短路时损伤光伏功率变换器。更进一步地，若控制单元计算出当前光伏功率变换器的输入光功率足够，若此时限流电路达到限流阈值，可进一步判定后级设备出现了故障，此时控制单元控制第二开关断开，不允许光伏功率变换器为后级设备供电。综上可以看出，本发明通过恒流电路、电压采集单元能够在线确定光伏功率变换器与激光器之间的光能传输链路是否出现故障，在此基础上，进一步配合限流电路能够确定是否因后级设备过流或短路导致光伏功率器故障，实现光伏供电系统中故障位置的快速定位，即能够快速确定是光伏功率变换器与激光器之间的光能传输链路出现故障，还是后级设备自身因过流或短路导致光伏功率变换器故障。进一步地，当供能光纤布线位置变更后，现场工作人员可人为经输入单元外部触发光伏功率变换器的输出电流-电压曲线的在线扫描，实时确认光伏功率变换器的工作状态。

本发明还包括一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控方法，该监控方法基于上述各示例组合形成的优选示例监测系统，执行主体为控制单元，如图3所示，包括以下步骤：

S01：精细递进式调节电路参数调节单元的输出电流，并获取电路参数调节单元的输出电流、电压采集单元反馈的输出电压，进而获取光伏功率变换器的输出电流-电压曲线；

S02：根据光伏功率变换器的输出电流-电压曲线获取光伏功率变换器当前的最大功率Pmax，并根据最大功率Pmax换算光伏功率变换器的实际输入光功率；具体地，通过递进式增加电流改变电路参数调节单元的输出电流，相当于递进式增大光伏功率器的当前负载（电路参数调节单元）的工作功率，以此实现对光伏功率变换器的负载能力测试，随着当前负载功耗的增加，光伏功率变换器的输出功率会逐渐增大，增大到一定程度后又会逐渐减小。光伏功率变换器的输出功率开始减小表示其负载能力开始减小，此时停止扫描，光伏功率变换器的输出功率的拐点即为其最大功率Pmax。

S03：根据光伏功率变换器的实际输入光功率结合光能激光器的额定输出光功率确定光能激光器与光伏功率变换器之间的光能传输链路是否出现故障，若出现，发出报警指令。

本发明方法根据光伏功率变换器的最大功率获取光伏功率变换器的输入光功率，进一步判断光能激光器发射的激光是否完全输入至光伏功率变换器，若否，说明光能激光器至光伏功率变换器之间的光纤链路出现弯曲或者光纤接头接触不良好的情况，仅能使部分激光进入光伏功率变换器，此时，控制单元需给出告警提示。

在一示例中，步骤S01前还包括：

S00：通过采集的光伏功率变换器的实时输出电压、实时工作温度判断光伏功率变换器是否处于正常工作状态，若是，实施步骤S01；否则，对光伏功率变换器故障进行排查。

在一示例中，步骤S01还包括：

S011：控制单元接收反馈电路反馈的阻性负载上的电压，根据阻性负载上的电压判断恒流电路的工作状态；具体地，控制单元检测阻性负载上的电压是否呈递进式变化，若是，则表示恒流电路工作状态正常，反之，控制单元给出报警提示，提示用户对恒流电路进行检修。

在一示例中，所述方法还包括：

S04：根据后级设备的额定电压Vd在光伏功率变换器的输出电流-电压曲线中映射出所述额定电压Vd对应光伏功率变换器的输出电流It；具体地，若后级设备的额定电压为5V，则查询光伏功率变换器的输出电流-电压曲线中5V对应的输出电流It。需要说明的是，各后级设备对应的额定电压Vd、额定电流Id信息可通过表格的形式存储于控制单元中。

S05：判断后级设备的额定电压Vd所对应光伏功率变换器的输出电流It是否大于所述后级设备的额定电流Id，若是，允许光伏功率变换器为后级设备供电，反之，不允许光伏功率变换器为后级设备供电。具体地，当所述输出电流It大于后级设备额定电流时Id时，光伏功率变换器的输出功率大于后级设备的额定功率，能够使后级设备正常工作，则可通过光伏功率变换器为后级设备供电；当所述工作电流It小于后级设备额定电流Id时，光伏功率变换器当前输出功率小于后级设备的额定功率，即此时使光伏功率变换器向后级设备供电会出现过载现象，光伏功率变换器使用寿命会大幅缩短或永久性损坏，此时，控制单元控制第二开关断开，不允许光伏功率变换器为后级设备供电。

在一示例中，步骤S04中具体包括：

控制单元使第一开关处于关断状态，以使电路参数调节单元与光伏功率变换器处于断开状态，恒流电路不工作不再耗电；控制单元打开第二开关，并将限流电路中的限制电流设为输出电流It，并使缓启动电路开始工作，为后级设备供电。此时将限流电路的限制电流设置为It，可最大程度输出电能，若换算出的光伏功率变换器输入光功率足够，同时限流电路达到限流阈值，可进一步判定后级设备出现了故障，此时控制单元控制第二开关断开，不允许光伏功率变换器为后级设备供电。

以上具体实施方式是对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控系统，其特征在于：其包括顺次连接的光能激光器、供能光纤和光伏功率变换器，还包括控制单元、电路参数调节单元和电压采集单元，控制单元与电路参数调节单元、电压采集单元连接，光伏功率变换器为控制单元、电路参数调节单元、电压采集单元供电；

所述电路参数调节单元用于精细递进式调节光伏功率变换器的输出电流，并将光伏功率变换器的输出电流反馈至控制单元，同时电压采集单元用于采集光伏功率变换器的输出电压并反馈至控制单元，以使控制单元获取光伏功率变换器的输出电流-电压曲线；

控制单元根据光伏功率变换器的输出电流-电压曲线，进而获取光伏功率变换器当前的最大功率Pmax，并根据最大功率Pmax换算光伏功率变换器的实际输入光功率；控制单元根据光伏功率变换器的实际输入光功率结合光能激光器的额定输出光功率确定光能激光器与光伏功率变换器之间的光能传输链路是否出现故障，若出现，发出报警指令；

获取光伏功率变换器当前的最大功率Pmax具体包括：

根据光伏功率变换器的输出电流-电压曲线获取光伏功率变换器的输出功率，光伏功率变换器的输出功率的拐点为光伏功率变换器当前的最大功率Pmax。

2.根据权利要求1所述一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控系统，其特征在于：所述电路参数调节单元包括顺次连接的恒流电路和反馈电路；控制单元输出端与恒流电路连接，用于精细递进式调节恒流电路的输出电流；反馈电路输出端与控制单元连接，用于将恒流电路的实时输出电流反馈至控制单元。

3.根据权利要求2所述一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控系统，其特征在于：所述恒流电路包括顺次连接的恒流源和阻性负载；所述控制单元输出端与恒流源连接，通过精细递进式调节恒流源的输出电流进而调节阻性负载上的电压；所述阻性负载与反馈电路输入端连接。

4.根据权利要求1所述一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控系统，其特征在于：所述系统还包括后端保护单元，后端保护单元包括顺次连接的第二开关和限流电路，控制单元与第二开关连接、限流电路连接，且光伏功率变换器经第二开关、限流电路为后级设备供电；所述限流电路中的限流阈值为后级设备的额定电压Vd在光伏功率变换器的输出电流-电压曲线中对应的光伏功率变换器的输出电流It。

5.根据权利要求4所述一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控系统，其特征在于：所述后端保护单元还包括缓启动电路，所述缓启动电路与控制单元输出端连接，且光伏功率变换器经第二开关、限流电路、缓启动电路为后级设备供电。

6.根据权利要求1所述一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控系统，其特征在于：所述系统还包括温度采集单元，所述温度采集单元输出端与控制单元连接，用于采集光伏功率变换器实时温度信息。

7.根据权利要求1所述一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控系统，其特征在于：所述系统还包括输入单元，输入单元输出端与控制单元连接。

8.根据权利要求1所述一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控系统，其特征在于：所述系统还包括报警单元，报警单元与控制单元输出端连接。

9.一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控方法，其特征在于：所述方法基于权利要求1-8任一项所述系统，并以控制单元作为所述监控方法的执行主体，包括以下步骤：

精细递进式调节电路参数调节单元的输出电流，并获取电路参数调节单元的输出电流、电压采集单元反馈的输出电压，进而获取光伏功率变换器的输出电流-电压曲线；

根据光伏功率变换器的输出电流-电压曲线获取光伏功率变换器当前的最大功率Pmax，并根据最大功率Pmax换算光伏功率变换器的实际输入光功率；

根据光伏功率变换器的实际输入光功率结合光能激光器的额定输出光功率确定光能激光器与光伏功率变换器之间的光能传输链路是否出现故障，若出现，发出报警指令。

10.根据权利要求9所述一种光纤供电系统中光伏功率变换器的监控方法，其特征在于：所述方法还包括：

根据后级设备的额定电压Vd在光伏功率变换器的输出电流-电压曲线中映射出所述额定电压Vd对应光伏功率变换器的输出电流It；

判断后级设备的额定电压Vd所对应光伏功率变换器的输出电流It是否大于所述后级设备的额定电流Id，若是，允许光伏功率变换器为后级设备供电，反之，不允许光伏功率变换器为后级设备供电。

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