CN116599245A - 一种主从式传感器激光基站供电系统、方法和设备 - Google Patents

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林定毅
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Abstract

本发明公开了一种主从式传感器激光基站供电系统、方法和设备，属于供电系统领域。该系统由基站主体和分布式传感器单元两个组成部分构成。基站主体包括中央控制器、电源设备、通信设备以及配套各个分布式传感器单元的控制器单元。每个分布式传感器单元和控制器单元之间通过光纤光缆进行通信和供能。传感器单元与控制器单元之间可以进行信息传输，传感器单元将采集到的信号和自身运行信号传输到控制器单元。本发明能够在强电磁干扰环境下有效地为传感器单元提供激光供能，并实现数据通信功能，实现主从式传感器控制系统。该系统具有通信与供能的光电隔离以及对电磁干扰具有较强的抗干扰能力等特点。

Description

一种主从式传感器激光基站供电系统、方法和设备
技术领域
本发明涉及供电系统领域，具体涉及一种主从式传感器激光基站供电系统、方法和设备。
背景技术
随着电力电子技术的发展，模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)在柔性直流输电中被广泛应用。在柔性直流输电中，辅助电源需要为栅极驱动单元、控制电子设备、传感器、保护电路和其他电子设备通电。其中，金属线广泛用于控制单元和测量单元之间的信号和功率传输。然而，随着电气系统的电压和功率水平的增加，开关动作不可避免地会产生严重的内部电压和电流波动，从而导致电磁干扰(EMI)。这导致了高压电力系统和低压控制系统之间的电容耦合，并为EMI电流提供了路径，从而导致信号失真、控制故障，并威胁电力电子系统的安全。为解决强电磁干扰对通信线路中信号影响的问题，提出一种主从式传感器激光基站供电系统、方法和设备。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种主从式传感器激光基站供电系统、方法和设备，利用光纤进行供能，可以提供可靠、稳定的供能质量，同时实现光电隔离。此方案中描述了一种新的状态监测系统，该系统将光纤的安全性与电子传感器的可靠性和成本效益相结合。光纤将数据从传感器单元传输到控制器单元，此外，它们还为传感器单元中的传感器和辅助电路提供电力。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
第一方面，本申请公开一种主从式传感器激光基站供电系统，包括，传感器单元和控制单元；传感器单元和控制单元之间的供能接口和通信接口均采用光纤进行连接。
在一些实施例中，传感器单元至少包括光电二极管、信号激光器、激光功率转换器、DC/DC转换器、微型控制器；其中，光电二极管、信号激光器和DC/DC转换器由微型控制器进行控制；DC/DC转换器和激光功率转换器用于对传感器单元中的各个设备进行供能。
在一些实施例中，控制单元至少包括光电二极管、信号激光器、高功率激光器、微型控制器、高功率激光驱动；其中，光电二极管、信号激光器和高功率激光驱动由微型控制器进行控制；高功率激光器由高功率激光驱动进行供能和控制；控制单元由基站的中央控制器进行控制，同时由电源设备进行供能。
在一些实施例中，基站包括中央控制器和WLAN通信设备，其中中央控制器对各个控制单元和WLAN通信设备进行控制。
在一些实施例中，包括电源设备，该设备对基站中的各个控制单元、WLAN通信设备和中央控制器进行供能，电源设备也被中央控制器进行控制。
在一些实施例中，所述传感器单元还连接有电压传感器和电流传感器；根据传感器的类型，采用电线或者光纤进行数据采集传输，同时用电线进行供能。
第二方面，本申请公开一种应用如第一方面所述的主从式传感器激光基站供电方法，其特征在于，包括以下步骤：
在基站中，各个所述控制器单元能通过激光作为能量载体，对匹配的所述传感器单元进行供能；所述控制器单元与所述传感器单元基于光纤进行数据通信；所述传感器单元把传感器采集到的数据发送到控制器单元中，同时所述控制器单元把相应的控制指令下发到各个所述传感器单元。
第三方面，本申请公开一种终端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述存储器中存储有能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器加载并执行计算机程序时，采用了如第一方面所述的一种主从式传感器激光基站供电方法。
第四方面，本申请公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器加载并执行时，采用了如第一方面所述的一种主从式传感器激光基站供电方法。
本发明的有益效果：
本发明在强电磁干扰环境下保证传感器采集到的信号，在传输过程中不会受到电磁干扰的影响，进而导致信号失真。本发明通过激光供电的形式为传感器单元中的传感器及其辅助电路进行供能，实现了光电隔离效果，此外供能线路不会收到电磁干扰的影响，防止辅助电路的参考电压发生漂移。本发明所提出的主从传感器控制系统，能实现主基站同时控制多个分布式传感器单元，实时收集多个分布式单元采集到的数据信号，并为其进行供能和下发控制指令。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本申请的基站与分布式传感器单元的系统结构示意图；
图2为本申请的基于数模转换的光纤通信运行方法示意图；
图3为本申请的激光供能的光纤供能运行方法示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作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。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本发明为一种主从式传感器激光基站供电结构，所述主从式传感器激光供电结构如图1所示，所述数据通信原理如图2所示，所述激光供电原理如图3所示。
本发明所述运行方法包括以下步骤：
步骤一：确定需要部署的分布式控制器单元数量，和主基站到各个分布式控制器单元的长度，后主基站通过长光纤电缆连接到每个传感器的传感器单元。光纤电缆包括3根多模光纤。传感器单元是在模块化的基础上设计的，可以操作单个传感器，甚至扩展操作多个传感器(例如电流传感器、电压传感器等)。因此，该系统可以很容易地适应于测量所有需要的参数，这些参数对于精确的电气状态监测是有用的。
步骤二：确定需要各个分布式控制器单元需要传输的电气状态参数数量。传感器采集到的电气信号输出到传感器单元中，该电气信号经过数模调制后发送到控制器单元，具体数字信号通信过程如图2所示。数字信号传输过程包括使用模数转换器(ADC)将传感器测量的模拟电信号转换为数字电信号(二进制数)。然后使用信号激光(LD)将数字电信号转换为数字光信号，用于通过光纤传输。在到达控制单元时，使用光电二极管(PD)将数字光信号转换回数字电信号，并且随后通过数模转换器(DAC)将其转换成模拟电信号以供主基站控制器使用。另外一根通信光纤用于将控制信号从基站传输到传感器单元。在基站中的WLAN通信设备还可以把基站收集到的数据，通过WLAN通信与其他设备进行数据交换。
步骤三：确定需要部署的分布式控制器供能所需能量，通过高功率激光(垂直腔表面发射激光器)，发射与激光功率转换器相匹配的光波长。高功率激光在基站中产生的光功率通过光纤电缆的一根光纤传输到传感器单元，具体激光供能控制如图3所示。在传感器单元中，通过激光功率转换器将光功率转换回电功率。激光功率转换器输出的电功率注入到DC/DC转换器中，进而输出稳定且固定的电压供能给微型控制器工作。
以上主从式传感器激光基站供电系统，能够有效保障在传感器采集到的数据信号不会在传输过程中发生信号失真的现象，同时控制器单元能实时监控和下达控制指令到传感器单元中。此外，实现控制器单元与传感器单元之间的光电隔离，提高整体结构的安全可靠性，进而实现主从传感器系统的高可靠、高质量运行。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种主从式传感器激光基站供电系统，其特征在于，包括，传感器单元和控制单元；传感器单元和控制单元之间的供能接口和通信接口均采用光纤进行连接。
2.根据权利要求1所述的主从式传感器激光基站供电系统，其特征在于，传感器单元至少包括光电二极管、信号激光器、激光功率转换器、DC/DC转换器、微型控制器；其中，光电二极管、信号激光器和DC/DC转换器由微型控制器进行控制；DC/DC转换器和激光功率转换器用于对传感器单元中的各个设备进行供能。
3.根据权利要求2所述的主从式传感器激光基站供电系统，其特征在于，控制单元至少包括光电二极管、信号激光器、高功率激光器、微型控制器、高功率激光驱动；其中，光电二极管、信号激光器和高功率激光驱动由微型控制器进行控制；高功率激光器由高功率激光驱动进行供能和控制；控制单元由基站的中央控制器进行控制，同时由电源设备进行供能。
4.根据权利要求3所述的主从式传感器激光基站供电系统，其特征在于，基站包括中央控制器和WLAN通信设备，其中中央控制器对控制单元和WLAN通信设备进行控制。
5.根据权利要求4所述的主从式传感器激光基站供电系统，其特征在于，基站还包括电源设备，电源设备对控制单元、WLAN通信设备和中央控制器进行供能。
6.根据权利要求2所述的主从式传感器激光基站供电系统，其特征在于，所述传感器单元还连接有电压传感器和电流传感器。
7.一种应用如权利要求1至7任意一项所述的主从式传感器激光基站供电方法，其特征在于，包括以下步骤：
在基站中，各个所述控制器单元能通过激光作为能量载体，对匹配的所述传感器单元进行供能；所述控制器单元与所述传感器单元基于光纤进行数据通信；所述传感器单元把传感器采集到的数据发送到控制器单元中，同时所述控制器单元把相应的控制指令下发到各个所述传感器单元。
8.一种终端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述存储器中存储有能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器加载并执行计算机程序时，采用了权利要求7中任一项所述的一种主从式传感器激光基站供电方法。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器加载并执行时，采用了权利要求7中任一项所述的一种主从式传感器激光基站供电方法。
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