ES2961917T3 - Métodos y aparatos para realizar una medición fasorial sincronizada en el tiempo - Google Patents

Abstract

La invención permite reducir sustancialmente la complejidad y el costo de implementar una red PMU y/o un sistema de control eliminando el requisito de fuentes de alimentación, equipos GPS y equipos de telecomunicaciones en cada ubicación de medición y/o control. En el caso de implementar una red PMU, la creación de sincrofasores se logra centralizando la determinación de fasores y las marcas de tiempo correspondientes en una ubicación alejada de las ubicaciones de medición reales. Alternativamente, o además de los fasores de sellado de tiempo, la invención permite el sellado de tiempo de cualquier señal recibida y/o medición derivada de esas señales. Estas señales se reciben de sensores apropiados distribuidos a lo largo de fibras ópticas, como los que pueden incorporarse en los cables eléctricos modernos. Asimismo, las señales de control se pueden comunicar a través de fibras ópticas tales como las que se pueden incorporar en los cables de alimentación modernos, y se proporcionan varios enfoques para garantizar que las señales de control sean recibidas por los módulos de control previstos. Se prevé que una o ambas redes PMU y el sistema de control puedan implementarse en una red eléctrica explotando de esta manera la infraestructura de fibra óptica existente. También se prevé que las señales de control puedan transmitirse dependiendo del análisis realizado en sincrofasores. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Métodos y aparatos para realizar una medición fasorial sincronizada en el tiempo

La presente invención se refiere al campo de la transmisión y distribución de potencia. De manera más específica, la presente invención se refiere a mejoras en disposiciones que permiten determinar fasores sincronizados en el tiempo (sincrofasores) desde, permiten el registro de fecha de las señales y/o mediciones desde, y permiten que las señales de control sean enviadas a ubicaciones remotas de una red eléctrica. En realizaciones de la invención, se emplean módulos de detección en remoto, pero la determinación de los sincrofasores y/o el registro de fecha de la señal recibida desde los módulos de detección en remoto están centralizados y, en otras realizaciones de la invención, las señales de control se envían a los módulos de control en remoto desde una ubicación central. En cada caso, la invención se beneficia de la fibra óptica que hay normalmente en los cables de alimentación y permite una funcionalidad adicional sin la necesidad de invertir significativamente en equipos e infraestructura.

Antecedentes de la invención

Las mediciones fasoriales eléctricas sincronizadas, denominadas sincrofasores, las emplean los operadores de redes o sistemas eléctricos para evaluar información crucial sobre el estado de una red eléctrica, a menudo, en una gran área geográfica. Un fasor es una cantidad vectorial que comprende la amplitud y la fase de una señal eléctrica de CA, normalmente tensión o corriente. Los sincrofasores son fasores con la adición de un registro de fecha que representa el momento preciso en el que se realizó la medición, por lo general, con una precisión absoluta de un microsegundo. Este registro de fecha se suele obtener de la hora retransmitida por la red de satélite GPS.

Disponer de fasores con registro de fecha permite comparar directamente cantidades eléctricas como la fase, frecuencia, amplitud y flujos de alimentación en largas distancias o áreas geográficas extensas de una red eléctrica nacional o internacional, lo que permite ejecutar una variedad de análisis de sistemas de alimentación que no se van a explicar aquí (pero véase, por ejemplo,"Real-Time Application of Synchrophasors for Improving Reliability", octubre de 2010, North American Electric Reliability Corporation, accesible en https://www.smartgrid.gov/files/rapir_final_10_17_10.pdf, y en particular, el capítulo 4"Phasor Data Applications and Grid Reliability"). Estas aplicaciones de análisis son de interés para los operadores tanto de sistemas de transmisión, como de distribución a nivel mundial.

Tradicionalmente, los sincrofasores se calculan en o cerca de la ubicación de medición empleando una unidad de medición fasorial (PMU, por sus siglas en inglés), que es simplemente un sistema de medición electrónico que adquiere entradas de sensores cercanos y un reloj GPS para producir una salida que comprende fasores con registro de fecha. Cada PMU requiere una fuente de alimentación, acceso a la red GPS para disponer de una referencia de tiempo absoluta, y una red de telecomunicaciones tradicional para transmitir los fasores calculados desde la ubicación de medición. Por estas razones, el coste de implementar una red de PMU es prohibitivo para muchos operadores. El Departamento de Energía de EE.UU. estima que, si bien las PMU pueden costar entre 10.000 y 15.000 dólares por unidad, el coste total de una red de PMU puede ser diez veces mayor que el de las PMU debido a la amplia infraestructura de soporte que se requiere.

Este suele ser el enfoque que se adopta al registrar la fecha de cualquier señal o medición. En consecuencia, el registro de fecha de las señales o mediciones obtenidas de dichas señales (por ejemplo, tensión y/o corriente) también depende de una vasta infraestructura de soporte.

Que exista una dependencia respecto a las fuentes de alimentación restringe aún más las ubicaciones de medición a aquellas donde haya alimentación disponible, por ejemplo, en subestaciones de transmisión. La disponibilidad limitada de las ubicaciones de medición es insuficiente para monitorizar adecuadamente los sistemas de transmisión y distribución, pero la alternativa, es decir, instalar fuentes de alimentación en ubicaciones remotas, es demasiado cara.

Es más, los sistemas PMU convencionales proporcionan mediciones unidireccionales únicamente. No proporcionan un medio para controlar los recursos energéticos locales, como los dispositivos de almacenamiento de energía o los generadores. El deseo de controlar dispositivos locales cerca de la PMU es la extensión natural del análisis de los sincrofasores (o análisis de otras mediciones), sin embargo, hoy en día se necesitarían equipos de control adicionales (así como capacidades de telecomunicaciones) para permitir esta función, incrementando así aún más los gastos y complicando la infraestructura.

"Distributed photonic instrumentation for smart grids",Orret al.,2013 IEEE International Workshop on Applied Measurements for Power Systems (AMPS), IEEE, 25 de septiembre de 2013, pp. 63-67, divulga un método para realizar una medición de fasores sincronizada en el tiempo utilizando transductores ópticos sin el requisito de un registro de fecha absoluto. En "Feasibility study of PMU based on IEEE 1588", Qinet al.,Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies (DRPT), 2011,4a Conferencia Internacional IEEE, 6 de julio 2011, pp. 922 925, en lugar de utilizar la hora transmitida en la red GPS, los autores utilizan el protocolo de tiempo de precisión (PTP) "que define el mejor reloj como el reloj maestro y genera una relación maestro-esclavo entre los relojes del sistema".

En consecuencia, un objeto de al menos un aspecto de la presente invención es eliminar y/o minimizar una o más desventajas de las disposiciones conocidas/anteriores y, en concreto, tener que depender de una vasta infraestructura de soporte, tal como las fuentes de alimentación, GPS y equipos de telecomunicaciones.

Otros objetivos y objetos de la invención resultarán evidentes a partir de la lectura de la siguiente descripción.

Sumario de la invención

La invención se expone en el conjunto de reivindicaciones adjuntas.

Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un método para realizar una medición fasorial sincronizada en el tiempo que comprende:

recibir, en un interrogador, una señal óptica procedente de un sensor de tensión y/o corriente a través de una fibra óptica

recibir, en el interrogador, una señal de sincronización en el tiempo;

determinar, en el interrogador, un momentoten el que se recibió la señal óptica desde el sensor de tensión y/o corriente;

determinar, en el interrogador, un retardo temporaltscorrespondiente al sensor de tensión y/o corriente; determinar, en el interrogador, el momento en el que se originó la señal óptica desde el sensor de tensión y/o corriente deduciendo el retardo temporaltsdesde el momentoten el que se recibió la señal óptica; calcular, en el interrogador, un fasor de la señal óptica recibida; y

registrar la fecha del fasor con el momento en el que se originó la señal óptica desde el sensor de tensión y/o corriente.

La fibra óptica puede estar comprendida en un cable de alimentación. El método puede comprender iluminar la fibra óptica empleando una fuente de luz de banda ancha.

Preferiblemente, el sensor de tensión y/o corriente comprende una red de Bragg en fibra en contacto con un elemento piezoeléctrico que se expande y contrae en respuesta a un tensión y/o corriente detectada.

Preferiblemente, calcular un fasor comprende determinar la tensión y/o la corriente detectados a partir de la señal óptica recibida. Preferiblemente, la tensión y/o corriente detectados se determinan a partir de una posición espectral de una longitud de onda de reflexión máxima de la red de Bragg en fibra. Preferiblemente, los cambios en la tensión y/o corriente detectados se determinan a partir de cambios en la longitud de onda de reflexión máxima.

Preferiblemente, la red de Bragg en fibra del sensor de tensión y/o corriente (o cada red de Bragg en fibra de una pluralidad de sensores de tensión y/o corriente) tiene una longitud de onda de reflexión máxima única. En consecuencia, la o cada red de Bragg en fibra se puede interrogar e identificar de forma única utilizando, por ejemplo, un multiplexor por división en longitud de onda. Se puede utilizar un multiplexor por división en tiempo si la o cada red de Bragg en fibra no tiene una longitud de onda de reflexión máxima única.

Opcionalmente, la señal de sincronización en el tiempo comprende una señal de pulso por segundo o una señal de protocolo de hora de red. La señal de sincronización en el tiempo puede obtenerse de una señal GPS.

Preferiblemente, el retardo temporal puede determinarse transmitiendo una señal al sensor de tensión y/o corriente, recibir la señal después de que se haya reflejado en el sensor de tensión y/o corriente, y determinar un tiempo de ida y vuelta2tspara la señal. Transmitir una señal puede comprender introducir una perturbación en la amplitud de una fuente de luz que ilumina la fibra óptica. Recibir la señal puede comprender detectar un efecto de la perturbación sobre la luz reflejada por el sensor de tensión y/o corriente.

Preferiblemente, recibir la señal puede comprender separar una proporción de la luz reflejada por el sensor de tensión y/o corriente usando un acoplador óptico y detectarla con un fotodetector.

Preferiblemente, calcular el fasor a partir de la señal recibida comprende calcular un vector que comprende la magnitud y la fase de la tensión y/o corriente detectados. Opcionalmente, la fase de la tensión y/o corriente detectados se compensa con el o un retardo de fase 9 correspondiente al retardo temporalts.

Opcionalmente, calcular el fasor comprende calcular una transformada de Fourier de una serie temporal de la tensión y/o corriente detectados.

Preferiblemente, el método comprende recibir continuamente señales del sensor de tensión y/o corriente, calcular continuamente fasores a partir de las señales recibidas y registrar continuamente la fecha de los fasores. Opcionalmente, el método comprende determinar periódicamente el retardo temporal correspondiente al sensor de tensión y/o corriente.

Preferiblemente, el método comprende recibir una pluralidad de señales desde una pluralidad correspondiente de sensores de tensión y/o corriente, calcular una pluralidad correspondiente de fasores y registrar la fecha de cada uno de los fasores. El método puede comprender determinar periódicamente un retardo temporal correspondiente a cada uno de la pluralidad de sensores de tensión y/o corriente. Cada una de la pluralidad de señales puede comprender una longitud de onda única para el sensor de tensión y/o corriente correspondiente.

Opcionalmente, el método comprende además enviar una señal de control (o una o más señales de control) a una ubicación (o una o más ubicaciones) a lo largo de la fibra óptica. La ubicación (o ubicaciones) puede estar asociada a un sensor (o sensores) de tensión y/o corriente y puede localizarse junto al sensor (o sensores) de tensión y/o corriente. La señal (o señales) de control puede enviarse a la ubicación en respuesta al análisis realizado en el sincrofasor medido. En consecuencia, el método también puede comprender analizar el sincrofasor.

Preferiblemente, el método comprende transmitir la una o más señales de control a lo largo de la fibra óptica y recibir al menos una señal de control en un módulo de control. La señal de control puede transmitirse a una longitud de onda diferente de la señal (o señales) recibida desde el sensor (o sensores) de tensión y/o corriente.

Preferiblemente, el método comprende enviar una pluralidad de señales de control a una pluralidad de módulos de control a lo largo de la fibra óptica. La pluralidad de señales de control se puede transmitir en una pluralidad correspondiente de longitudes de onda, cada una de las cuales puede ser diferente de una longitud de onda (o longitudes de onda) de la señal (o señales) recibidas del sensor (o sensores) de tensión y/o corriente.

Preferiblemente, enviar la señal de control (o una de la pluralidad de señales de control) al módulo de control (o una de la pluralidad de señales de control) puede comprender multiplexación de códigos y/o multiplexación de longitudes de onda.

La multiplexación de códigos puede comprender la transmisión de una pluralidad de señales de control en una única longitud de onda, recibir la pluralidad de señales de control en el módulo de control, y determinar cuáles de la pluralidad de señales de control están destinadas al módulo de control.

La multiplexación de longitudes de onda puede comprender transmitir una pluralidad de señales de control en una pluralidad de longitudes de onda, recibir la pluralidad de señales de control en el módulo de control, y detectar una o más señales de control transmitidas en una longitud de onda única al módulo de control.

Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona un sistema de monitorización para realizar una medición fasorial sincronizada en el tiempo, que comprende:

un interrogador en comunicación óptica con uno o más sensores de tensión y/o corriente a través de una fibra óptica, estando el interrogador configurado para:

recibir una o más señales ópticas desde uno o más sensores de tensión y/o corriente;

recibir una señal de sincronización en el tiempo;

determinar el momentoten el que se recibió cada señal óptica, en el interrogador, del respectivo sensor de tensión y/o corriente;

determinar un retardo temporaltscorrespondiente a cada sensor de tensión y/o corriente;

determinar el momento en el que la señal óptica se originó desde cada sensor de tensión y/o corriente deduciendo el retardo temporaltsrespectivo de cada momentoten el que se recibieron las señales ópticas;

calcular uno o más fasores a partir de la una o más señales ópticas recibidas; y

registrar la fecha del uno o más fasores con los momentos en los que las señales ópticas se originaron desde cada sensor de tensión y/o corriente.

Preferiblemente, el interrogador comprende una fuente de luz de banda ancha para iluminar la fibra óptica. La fibra óptica puede estar comprendida en un cable de alimentación. Cada una de las señales ópticas puede comprender una longitud de onda única para el sensor de tensión y/o corriente correspondiente.

Preferiblemente, cada sensor de tensión y/o corriente comprende una rejilla de Bragg en fibra en contacto con un elemento piezoeléctrico que se expande y contrae en respuesta a una tensión y/o corriente detectados.

Preferiblemente, el interrogador está configurado para determinar cada tensión y/o corriente detectados a partir de la señal óptica recibida. Preferiblemente, cada tensión y/o corriente detectados se determina a partir de una posición espectral de una longitud de onda de reflexión máxima de la o cada red de Bragg en fibra. Preferiblemente, los cambios en la tensión y/o corriente detectados se determinan a partir de cambios en la longitud de onda de reflexión máxima.

Preferiblemente, la rejilla de Bragg en fibra de cada sensor de tensión y/o corriente tiene una longitud de onda de reflexión máxima única y el interrogador puede comprender un multiplexor por división en longitud de onda. Como alternativa, el interrogador puede comprender un multiplexor por división en tiempo.

Preferiblemente, el interrogador está configurado para transmitir una señal a cada sensor de tensión y/o corriente, recibir la señal después de que se haya reflejado en el o cada sensor de tensión y/o corriente, y determinar un retardo temporal correspondiente al o cada sensor de tensión y/o corriente. El interrogador puede configurarse para introducir una perturbación en la amplitud de una fuente de luz que ilumina la fibra óptica. El interrogador puede configurarse para detectar el efecto de la perturbación sobre la luz recibida y reflejada por el o cada sensor de tensión y/o corriente. Preferiblemente, el interrogador comprende un acoplador óptico y un fotodetector configurado para detectar una proporción de la luz reflejada por el o cada sensor de tensión y/o corriente.

Preferiblemente, el interrogador está configurado para calcular un vector que comprende la magnitud y la fase de la o cada tensión y/o corriente detectados. Opcionalmente, la fase se compensa mediante un retardo de fase 9 correspondiente a la tensión y/o corriente detectados. Opcionalmente, el interrogador está configurado para calcular una transformada de Fourier de una serie temporal del o de cada tensión y/o corriente detectados.

Preferiblemente, el interrogador está configurado para recibir continuamente señales desde cada sensor de tensión y/o corriente, calcular continuamente los fasores a partir de las señales recibidas y registrar continuamente la fecha de los fasores. El interrogador puede determinar periódicamente el retardo temporalty, opcionalmente, el retardo de fase 9 correspondiente a cada sensor de tensión y/o corriente para calibrar el sistema de monitorización.

Opcionalmente, el interrogador está configurado para enviar una señal de control a un módulo de control a través de la fibra óptica. El módulo de control puede estar asociado a un sensor de tensión y/o corriente y puede estar ubicado junto al sensor de tensión y/o corriente, o puede estar separado de cada sensor de tensión y/o corriente. El interrogador puede configurarse para enviar la señal de control en respuesta al análisis de un sincrofasor correspondiente.

Opcionalmente, el interrogador está configurado para transmitir la señal de control en una longitud de onda diferente de las señales recibidas desde el o cada sensor de tensión y/o corriente.

Preferiblemente, el interrogador está configurado para transmitir una pluralidad de señales de control a una pluralidad de módulos de control a través de la fibra óptica. La pluralidad de señales de control se puede transmitir en una pluralidad correspondiente de longitudes de onda, cada una de las cuales puede ser diferente a la longitud de onda de las señales recibidas desde el o cada sensor de tensión y/o corriente. Como alternativa, la pluralidad de señales de control se puede transmitir en una única longitud de onda. En cualquier caso, el o cada módulo de control está configurado preferiblemente para detectar solo la señal de control que está destinada a ese módulo de control.

Opcionalmente, el módulo de control comprende un fotodetector y un filtro configurado para separar la señal de control de cualquier otra señal recibida por el módulo de control a través de la fibra óptica.

Opcionalmente, el filtro comprende un multiplexor óptico de inserción/extracción. Opcionalmente, el filtro comprende una red de Bragg en fibra y un circulador óptico dispuesto para emitir señales a una longitud de onda deseada. Preferiblemente, la red de Bragg en fibra refleja débilmente a la longitud de onda deseada.

Como alternativa, el filtro comprende un acoplador de fibra dispuesto para acoplar una porción de la señal de control de la fibra óptica al fotodetector a través de un filtro de banda estrecha.

Como alternativa, el filtro comprende un multiplexor por división en longitud de onda. Opcionalmente, el filtro comprende además un acoplador de fibra dispuesto para acoplar una porción de la señal de control procedente del multiplexor por división en longitud de onda al fotodetector a través de un filtro de banda estrecha. Opcionalmente, el módulo de control comprende además un acoplador de fibra dispuesto para acoplar la señal de control restante del multiplexor por división en longitud de onda a la fibra óptica.

Como alternativa, el filtro comprende un acoplador de fibra y un multiplexor óptico de inserción/extracción, estando el acoplador de fibra dispuesto para acoplar una porción de la señal de control al multiplexor óptico de inserción/extracción y estando el multiplexor óptico de adición/eliminación configurado para transmitir señales en una longitud de onda deseada al fotodetector. Preferiblemente, el multiplexor óptico de adición/extracción comprende una red de Bragg en fibra y un circulador óptico, en donde la red de Bragg en fibra refleja débilmente a la longitud de onda deseada. Opcionalmente, el módulo de control comprende además un acoplador de fibra dispuesto para acoplar la señal de control restante del multiplexor óptico de adición/eliminación a la fibra óptica.

También se prevé que se puedan emplear las ventajas de las características preferidas u opcionales de los aspectos anteriores, independientemente del cálculo o determinación de un fasor, para proporcionar un medio para registrar la fecha de cualquier señal o medición asociada.

En consecuencia, un tercer aspecto de la invención proporciona un método para registrar la fecha de una señal procedente de un sensor de tensión y/o corriente, que comprende:

recibir, en un interrogador, una señal óptica del sensor de tensión y/o corriente;

determinar, en el interrogador, el momentoten el que se recibe la señal óptica del sensor de tensión y/o corriente; determinar, en el interrogador, un retardo temporaltscorrespondiente al sensor de tensión y/o corriente; determinar, en el interrogador, el momento en el que se originó la señal óptica desde el sensor de tensión y/o corriente deduciendo el retardo temporaltsdel momentoten el que se recibió la señal óptica; y

registrar la fecha de la señal óptica o una medición obtenida a partir de la señal óptica, con el momento en el que se originó la señal óptica desde el sensor de tensión y/o corriente.

Según un cuarto aspecto de la invención, se proporciona un sistema de monitorización que comprende:

un interrogador en comunicación óptica con uno o más sensores de tensión y/o corriente a través de una fibra óptica, estando el interrogador configurado para:

recibir una o más señales ópticas desde uno o más sensores de tensión y/o corriente;

determinar el momentoten el que se recibe cada señal óptica desde uno o más sensores de tensión y/o corriente; determinar un retardo temporaltscorrespondiente a cada sensor de tensión y/o corriente;

determinar el momento en el que se origina cada señal óptica desde el sensor de tensión y/o corriente respectivo deduciendo el retardo temporaltsrespectivo del momentotrespectivo en el que se recibe la señal; y registrar la fecha de la una o más señales ópticas o mediciones obtenidas a partir de las señales ópticas, con los momentos en los que las señales ópticas se originaron desde los respectivos sensores de tensión y/o corriente.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirán, solo a modo de ejemplo, varias realizaciones de aspectos de la invención con referencia a los dibujos, en los que:

la figura 1 ilustra un sensor de tensión óptico basado en una red de Bragg en fibra;

la figura 2 ilustra un sistema de monitorización de sensores de fibra óptica;

la figura 3 ilustra en forma esquemática un sistema de monitorización según un aspecto de la invención;

la figura 4 es una simulación del retardo temporal desde diferentes ubicaciones de sensores en un sistema de monitorización como el ilustrado en la figura 3; y

la figura 5 es una ilustración esquemática de varios enfoques diferentes de codificación y decodificación para enviar y recibir señales de control a lo largo de una fibra óptica.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Como se explicó anteriormente en los antecedentes de la invención, es conveniente realizar múltiples mediciones fasoriales sincronizadas en el tiempo ("sincrofasores") a largas distancias y sin depender de fuentes de alimentación, satélites GPS o redes de telecomunicaciones. También es conveniente comunicar y, específicamente, enviar señales de control a ubicaciones remotas.

Al utilizar fibra óptica, ya sea de forma independiente o incorporada en cables de alimentación modernos o de otro modo, la invención permite realizar mediciones fasoriales sincronizadas en el tiempo a distancias muy largas (por ejemplo, hasta 100 km antes de que sea necesario aumentar la señal), sin necesidad de fuentes de alimentación, acceso a satélites GPS o incluso a equipos de telecomunicaciones en las ubicaciones de medición. La invención permite colocar un gran número de dichos puntos de medición en ubicaciones regulares o estratégicas a lo largo de un cable de alimentación sin utilizar más de un único núcleo de fibra (aunque se pueden emplear múltiples núcleos). Así mismo, las señales de control se pueden enviar a una o más de varias ubicaciones diferentes a lo largo de distancias muy largas, de nuevo utilizando fibra óptica que puede ser independiente o estar incorporada en cables de alimentación modernos o de otro modo.

Sensor de fibra óptica de red de Bragg en fibra

A modo de introducción y para proporcionar contexto para la descripción de las realizaciones preferidas y alternativas que siguen, la figura 1 ilustra un sensor 1 que combina un sensor óptico de deformación con un elemento piezoeléctrico para proporcionar un mecanismo que mide la tensión en una ubicación remota. El sensor óptico de deformación comprende una red de Bragg en fibra (FBG) 3 que se escribe en el núcleo de una fibra óptica 7 empleando tecnologías de escritura estándar (tales como interferencia UV y enmascaramiento). La FBG 3 reflejará en la longitud de onda de Bragg, Á<B>=2nA, dondenes el índice de refracción efectivo del núcleo yAel paso de la red. En consecuencia, la FBG 3 actúa efectivamente como un reflector de longitud de onda específica; la longitud de onda de reflexión máxima depende de la periodicidad de la variación en el índice de refracción en el núcleo de la fibra (es decir, el paso de la red).

En este ejemplo, un elemento piezoeléctrico 5 (que puede ser una pila piezoeléctrica) está en contacto físico con (por ejemplo, adherido a) la fibra óptica en la región de la FBG 3. A medida que el elemento piezoeléctrico 5 se expande y contrae al aplicar tensión (a través de los terminales 9), la FBG 3 también se expande y contrae, alterando así el paso de la red y, por tanto, la longitud de onda de Bragg. De este modo, la posición espectral instantánea de la longitud de onda de reflexión máxima de la FBG 3 es indicativa de la tensión aplicada en el elemento piezoeléctrico 5. En consecuencia, se puede configurar un sistema de monitorización (véase más abajo) para determinar la tensión aplicada en el elemento piezoeléctrico 5 usando la posición espectral instantánea de la longitud de onda de reflexión máxima.

En un ejemplo alternativo, la FBG no puede estar conectada directamente al elemento piezoeléctrico, sino "encadenada" entre las tapas de extremo que sí están conectadas al elemento piezoeléctrico. En una disposición de este tipo, la tensión se puede igualar sobre la red, la fibra puede pretensarse y la transferencia de deformación mecánica puede aumentar, lo que resulta en un rendimiento mejorado en comparación con la disposición de conexión directa anterior.

Un sensor de este tipo también se puede emplear como sensor de corriente conectando el elemento piezoeléctrico y la FBG adherida en paralelo a un transformador de corriente (CT, por sus siglas en inglés) y a una resistencia de carga. La monitorización de la corriente secundaria del CT, transformada en tensión a través de la resistencia de carga, proporciona una medida de la corriente primaria en un cable resguardado por el CT. En lugar del CT, puede emplearse la bobina de Rogowski, que tiene un núcleo dieléctrico.

Sistema de monitorización de sensores de fibra óptica

La figura 2 ilustra de forma esquemática un sistema de monitorización 21 adecuado para monitorizar una pluralidad (n) de FBG 3 en una fibra óptica 11. Cada FBG 3 es sensible a una longitud de onda de luz diferente (Ai, Á2, A3, Á4... An) mediante la selección adecuada de la periodicidad de la variación del índice de refracción del núcleo de fibra (es decir, el paso de la red; véase más arriba).

El sistema comprende una fuente de luz de banda ancha 23 para iluminar la fibra óptica 11 con una señal de interrogación que tiene un rango de longitud de onda que cubre las longitudes de onda de reflexión de todas las FBG 3 ubicadas a lo largo de la fibra óptica 11. La luz pasa a lo largo de la fibra 11 y la luz reflejada desde cada una de las FBG 3 se introduce simultánea y continuamente en un multiplexor por división en longitud de onda 27 (a través de un acoplador 26) que separa la luz recibida de la fibra óptica 11 en una pluralidad de longitudes de onda (y fibras asociadas), correspondiendo cada una a una de las FBG 3. Un conmutador de trayectoria óptica rápida 28, accionado por un ADC (por sus siglas en inglés)/procesador 29, guía la señal reflejada desde cada<f>B<g>3, por turnos, hacia un interferómetro y una plataforma de demodulación 25.

A continuación, el ADC/procesador 29 procesa la salida del interferómetro y la plataforma de demodulación 25 para determinar la longitud de onda de la luz reflejada en cada canal y determinar así la tensión instantánea que se aplica en el elemento piezoeléctrico asociado con la respectiva FBG 3. Esto puede hacerse, por ejemplo, comparando la posición espectral instantánea del pico de reflexión con los datos de calibración o una tabla de consulta.

Como alternativa, se puede utilizar un multiplexor por división en tiempo (no mostrado) para separar la luz recibida desde la fibra óptica 11 en una serie separada en el tiempo. En una disposición de este tipo, no es necesario que las FBG 3 presenten longitudes de onda de reflexión máximas únicas. Se puede utilizar una combinación de técnicas de multiplexación por división en tiempo y división en longitud de onda para interrogar matrices muy grandes de FBG.

El número de referencia 31 indica, en general, un interrogador que comprende la fuente de luz de banda ancha 23, el multiplexor por división en longitud de onda 27 y el conmutador de trayectoria óptica rápida 28 accionado por el ADC/procesador 29 (que podría reemplazarse por o complementarse con un multiplexor por división en tiempo) y la plataforma de interferómetro y demodulación 25.

Mediciones fasoriales sincronizadas en el tiempo

Como se explica en los antecedentes anteriores de la invención, un fasor es una cantidad vectorial que comprende la amplitud y la fase de una señal eléctrica de CA (normalmente tensión o corriente) y un sincrofasor es un fasor con la adición de un registro de fecha que representa el momento preciso en el que se realizó la medición.

Como también se explicó en los antecedentes anteriores de la invención, los sincrofasores normalmente se calculan en o cerca de la ubicación de medición mediante una PMU que requiere una fuente de alimentación, acceso a la red GPS para disponer de una referencia de tiempo absoluta, y una red de telecomunicaciones tradicional para transmitir los fasores calculados desde la ubicación de medición.

En contraposición, el sistema de monitorización 121 según una realización de la presente invención (véase la figura 3) emplea una matriz de sensores de fibra óptica 103 de red de Bragg en fibra como los descritos anteriormente, cada uno de los cuales permite una medición pasiva en remoto de la tensión y/o corriente a largas distancias. Dichos sensores 103 pueden estar conectados de forma primaria, conectados de forma secundaria (por ejemplo, adaptados para capturar los datos de sensores eléctricos analógicos existentes) o integrados en el equipo según los requerimientos específicos de cada ubicación de medición. Al igual que con el sistema de monitorización 21 descrito anteriormente, estos están conectados al interrogador 131 mediante la línea de fibra óptica 101.

Como en el sistema de monitorización 21 descrito con referencia a la figura 2, el interrogador 131 mide y rastrea cada longitud de onda reflejada máxima de los sensores 103 y, analizando los cambios en la longitud de onda reflejada máxima determina un cambio en la tensión y/o corriente asociado a cada sensor 103. Sin embargo, el interrogador 131 también calculará y registrará la fecha continuamente de los fasores para cada sensor 103 y (opcional o alternativamente) enviará señales de control a ubicaciones remotas. Para conseguirlo, el interrogador 131 comprende la plataforma de medición básica necesaria para determinar una medición de tensión y/o corriente asociada a cada sensor 103 y además está adaptado, configurado o dispuesto para implementar un proceso de calibración de registro de fecha, y adaptado, configurado o dispuesto para implementar un proceso de cálculo fasorial y transmisión en red, y/o un método para el control pasivo de dispositivos remotos, como se describirá en los siguientes apartados.

Obsérvese que se prevé que otros sensores y disposiciones de detección puedan beneficiarse de la contribución técnica realizada por la invención en sus muchas y variadas realizaciones; como tal, se entenderá que la invención no se limita al uso con sensores del tipo descrito con referencia a la figura 1 o la disposición de interrogación específica o sistema de monitorización descrito con referencia a la figura 2, que se utilizan principalmente con el propósito de describir realizaciones de trabajo de la invención.

Calibración de registro de fecha

El interrogador 131 toma como entrada una señal de sincronización en el tiempo 141 (por ejemplo, una señal de pulso por segundo (PPS) o una señal de protocolo de tiempo de precisión (PTP)) que permite conocer el momento en el que se recibe cada señal óptica desde cada respectivo sensor 103 con una precisión de, normalmente, al menos un microsegundo.

Para los sensores 103 cercanos al interrogador 131, este registro de fecha podría usarse sin modificaciones para registrar la fecha del cálculo fasorial de las respectivas señales del sensor. Sin embargo, un objetivo declarado de la presente invención es realizar tales mediciones a largas distancias, ya que los sensores patentados del solicitante pueden instalarse a distancias significativas del interrogador (como se señaló anteriormente, hasta 100 km antes de que sea necesario aumentar la señal), en cuyo caso, es necesario ajustar o compensar el "tiempo de vuelo" finito de la luz que se desplaza desde un sensor 103 específico hasta un detector correspondiente en el interrogador 131.

El retardo temporaltsasociado a la señal óptica que se desplaza desde una ubicación de sensor remota al interrogador 131 se puede determinar a partir de la velocidad de la luz en la fibra entre el sensor y el interrogador, que es simplementec/n,dondeces la velocidad de la luz en el vacío ynes el índice de refracción promedio del núcleo de la fibra a lo largo de esta trayectoria. Por lo general, el valor denen fibra de telecomunicaciones monomodo estándar será de aproximadamente 1,4682, correspondiente a una velocidad de la luz en la fibra de aproximadamente 204,19 metros por microsegundo. Esto corresponde a un retardo temporal (en función de la distancia)tsde aproximadamente 4,9 ps/km.

Tomando (por ejemplo) una precisión de tiempo deseada de al menos un microsegundo, se requerirá compensación al menos para aquellos sensores que se encuentren a más de 200 metros del interrogador. Por supuesto, puede ser conveniente aumentar esta precisión, o puede ser tolerable una precisión menor, pero a los efectos de explicar los principios de la invención, esta realización prevé que es conveniente obtener una precisión de al menos un microsegundo independientemente de la distancia hasta o la proximidad con el interrogador 131 que tengan los respectivos sensores 103.

La velocidad de la luz en la fibra y, por tanto,ts,también variará con la temperatura promedio a lo largo de la trayectoria de la luz. El solicitante ha realizado el modelado del efecto de los cambios esperados en la temperatura exterior mundial y, concretamente, del Reino Unido en el proceso de calibración de registro de fecha descrito en el presente documento y ha determinado que una calibración detspor mes puede ser suficiente para mantener cualquier error muy por debajo de los requisitos anteriores de precisión de registro de fecha. Es posible que una calibración dos veces al año sea suficiente, pero, como quedará claro a partir de la siguiente exposición, el proceso de calibración preferido no es perjudicial y, por lo tanto, puede realizarse periódicamente para garantizar una alta precisión temporal de las mediciones.

El método preferido para la calibración detsde cada sensor 103 en una matriz se basa en la medición del tiempo que tarda la luz en completar viajes de ida y vuelta simultáneos desde el interrogador 131 a cada sensor 103 y viceversa. Durante el funcionamiento normal de la invención (al menos en su realización preferida), la fuente de luz (no mostrada) funciona en un modo de "onda continua". Al introducir una perturbación (como un cambio de etapa o una modulación) en la amplitud de la fuente de luz en un momento conocido, se puede detectar el efecto de esta perturbación sobre las señales reflejadas desde cada uno de los sensores 103. El tiempo de ida y vuelta para un sensor 103 específico, que es el tiempo entre la introducción de la perturbación y la detección de su efecto sobre la señal reflejada desde ese sensor 103, es 2*ts (ya que comprende tanto viajes de ida como de regreso) y, por tanto,tsse puede determinar fácilmente con una mínima alteración del sistema de monitorización 121. La figura 4 ilustra el tiempo de ida y vuelta correspondiente a tres ubicaciones de sensores diferentes a lo largo de la línea de fibra óptica 101; ubicación 1 a 10 km; ubicación 2 a 30 km; y ubicación 3 a 50 km, así como una indicación de la intensidad de la señal respectiva, que muestra que estas señales pueden detectarse incluso a distancias de 50 km. A modo de explicación, la figura 4 representa la fuente de alimentación habiendo sido apagada muy brevemente, lo que crea un "parpadeo" de baja potencia y la detección de ese parpadeo de potencia en los reflejos recibidos por turnos desde cada sensor. ;;Para medir t<s>, el interrogador está configurado para (a) modular o de otro modo introducir una perturbación en la salida de la fuente de luz utilizada para iluminar la línea de fibra óptica 101 en un momento específico, y (b) medir el tiempo de retorno de esta característica (su efecto sobre la señal) después de la reflexión desde cada sensor y diferenciar entre la llegada de la característica reflejada de cada sensor. ;;La modulación de la fuente de luz se puede lograr de diversas formas, que incluyen: mediante el control directo de tensión de ciertas fuentes; mediante el control de atenuadores ópticos colocados en la salida de la fuente; mediante el control de un conmutador óptico colocado en la salida de la fuente. Esta no constituye una lista exhaustiva y hay muchas más maneras de introducir alguna forma de amplitud en una fuente de luz que la persona experta podrá implementar fácilmente. ;;La medición del tiempo de llegada del cambio de amplitud al regresar desde cada sensor también se puede lograr de diversas maneras. Como se describió anteriormente en relación con el sistema de monitorización de sensor de fibra óptica 21 ilustrado y descrito haciendo referencia a la figura 2, las señales de los sensores individuales se pueden diferenciar usando WDM o TDM de la misma manera que se pueden diferenciar las señales de medición de tensión y/o corriente. ;;Sin embargo, un método sencillo consiste en utilizar un divisor o acoplador óptico para separar una proporción de la luz reflejada (por ejemplo, el 5 % de la amplitud) que regresa a lo largo de la fibra óptica. La potencia óptica restante recibida (por ejemplo, el 95 %) se detecta y procesa como de costumbre, mientras que el 5 % se dirige a un fotodetector simple de alta velocidad (por ejemplo, fotodiodo y amplificador de transimpedancia). Tras la perturbación de la salida de la fuente de luz, la salida del fotodetector comprenderá una serie temporal de características que representarán, por turnos, la llegada de la perturbación reflejada desde cada sensor, comenzando con el sensor físicamente más cercano y terminando con el sensor más distante (distancia medida a lo largo de la fibra óptica y no necesariamente en línea recta desde el interrogador). Se puede analizar la salida del fotodetector, por ejemplo, utilizando un circuito electrónico analógico, para detectar la aparición de las características en la luz reflejada. Esto se puede conseguir estableciendo un umbral para producir una señal indicadora digital. La diferencia de tiempo entre la activación de la característica en la fuente y la detección de este indicador digital representa 2*t<s>, como se explicó anteriormente.

Obsérvese que, aunque la disposición y el proceso descritos anteriormente eliminan que se dependa del GPS para el registro de fecha, lo cual es conveniente por muchas razones, es concebible que la señal de sincronización en el tiempo introducida en el interrogador pueda obtenerse de una señal GPS. En este caso, se seguirían obteniendo ventajas significativas; por ejemplo, los sensores individuales seguirían sin depender del GPS para que funcionara la calibración del registro de fecha, ya que el registro de fecha lo lleva a cabo el interrogador 131. En cualquier caso, incluso en el caso de que el GPS falle, todavía habría una calibración de retardo temporal relativo entre las señales del sensor.

Aunque en la presente solicitud la invención (en sus diversos aspectos) se describe principalmente en el contexto de realizar mediciones fasoriales sincronizadas en el tiempo, se entenderá que el proceso de calibración de registro de fecha anterior se puede emplear, alternativamente o además de los fasores de registro de fecha, para registrar la fecha de cualquier señal recibida y/o medición obtenida de esas señales (por ejemplo, tensión, corriente, o ambos).

En consecuencia, seguir las enseñanzas de la presente solicitud no solo proporciona un medio para realizar mediciones fasoriales sincronizadas en el tiempo, sino también mediciones sincronizadas en el tiempo de tensión y/o corriente, o incluso cualquier otra medición.

En un ejemplo ilustrativo, se recibe una señal desde un sensor, por ejemplo, un sensor de tensión y/o corriente. El momentoten el que se recibe la señal se determina, por ejemplo,, utilizando una señal de sincronización en el tiempo. El retardo temporaltscorrespondiente al sensor se determina, por ejemplo, mediante modulación de una fuente de luz y detectando el efecto de la modulación de la manera descrita anteriormente. El momento en el que se originó la señal del sensor se puede determinar deduciendo el retardo temporaltsdesde el momentoty, posteriormente, se puede registrar la fecha de la señal recibida (con la hora en la que la señal se originó desde el sensor). Si la señal se procesa para determinar una medición, tal como una medición de tensión y/o corriente, también puede registrarse la fecha (o en su lugar) de esa medición con la hora en la que se originó la señal desde el sensor.

Producción de sincrofasores

Como se ha descrito anteriormente, los sincrofasores son mediciones fasoriales con registro de fecha de cantidades eléctricas; normalmente, tensión y/o corriente. Por tanto, existen dos determinaciones en la producción de un sincrofasor: a) determinar el momento absoluto en que se tomó la muestra; y (b) calcular un vector que comprende la magnitud y la fase de la señal eléctrica medida en el momento en que se tomó la muestra. Sin embargo, como se describirá más adelante, en lugar de determinar el momento absoluto en el que se tomó la muestra, como alternativa, se puede producir un sincrofasor (a) determinando el momento absoluto en el que se recibió la muestra; y (b) calcular un vector que comprende la magnitud y la fase de la señal eléctrica medida en el momento en que se recibió la muestra.

El primer enfoque proporciona un sincrofasor en el momento en que se tomó la muestra, y el último enfoque proporciona un sincrofasor en el momento en que se recibió la muestra (proporcionando efectivamente una medición en tiempo real del sincrofasor).

Arriba se describe un enfoque preferido para determinar el tiempo de vuelotsentre la ubicación de un sensor 103 y el interrogador 131. Dado este valor, el tiempo absoluto en el que se tomó la medición (según sea relevante para el enfoque anterior) es simplemente el tiempo actual absoluto t, obtenido de la entrada de sincronización en el tiempo, menosts.Por tanto, el registro de fecha es simplementet-ts.

En este último enfoque, en lugar de determinar el momento absoluto en el que se tomó la medición, la registro de fecha puede ser simplementet(la hora a la que se recibió la muestra) y, en cambio, la hora del vuelotsse utiliza para determinar la fase de la señal eléctrica medida en el momento en que se recibió la muestra. Esto se puede lograr convirtiendo el tiempotsen un retardo de fase correspondiente 9 basado en la frecuenciafdel sistema monitorizado (normalmente 50/60 Hz) y expresandotscomo fracción del período total de la onda 1/f. Por ejemplo, si el período fuera de 20 ms (sistema de 50 Hz) y el retardo fuera de 10 ms, entonces el retardo de fase 9 sería de 180°. A continuación, el fasor se calcularía teniendo en cuenta el retardo de fase 9 y se registraría la fecha contpara proporcionar un sincrofasor en el momento en que se recibió la muestra.

El cálculo de un fasor a partir de datos de series temporales se puede realizar de diversas formas, como ya conocen las personas expertas en la materia, siendo el más común el cálculo de la transformada de Fourier de los datos de series temporales. Las implementaciones populares y prácticas en sistemas digitales se conocen de sobra, como la Transformada Discreta de Fourier (DFT, por sus siglas en inglés) y la Transformada Rápida de Fourier (FFT, por sus siglas en inglés) que producen la descomposición en el dominio de la frecuencia de los datos de series temporales, a partir de la cual se puede extraer la magnitud y fase de la fundamental (generalmente 50 o 60 Hz para sistemas de alimentación de CA). La frecuencia de la fundamental también se puede extraer en este punto mediante un análisis sencillo.

Habiendo establecido el momento absoluto en el que se tomó la muestra, o el momento absoluto en el que se recibió la muestra, y habiendo calculado un vector que comprende la magnitud y la fase de la señal eléctrica medida, a partir de ello se determina un sincrofasor. Como se ha descrito anteriormente, esto se consigue sin fuentes de alimentación en ningún lugar de medición, sin equipo GPS en ninguna ubicación de medición (o incluso en cualquier lugar) y sin equipo de telecomunicaciones en ninguna ubicación de medición o sin estar asociado esta.

A continuación, se describirá una característica opcional adicional del interrogador y/o sistema de monitorización que mejora la funcionalidad del interrogador, el sistema de monitorización y/o la red eléctrica en la que se implemente. Cabe señalar que el enfoque de envío de señales de control pasivo que sigue puede implementarse sin el interrogador, aunque, con el fin de ilustrar un ejemplo práctico, se describe en este contexto.

Envío de señales de control pasivo

Como se indicó anteriormente, una característica opcional adicional del sistema de monitorización anteriormente descrito proporciona un medio para enviar pasivamente señales de control analógicas o digitales a una ubicación remota. Esta ubicación puede, aunque no necesariamente, estar asociada a un módulo sensor conectado al interrogador y, para mayor claridad, incluso si está asociada a uno, no es necesario que un módulo sensor esté ubicado en el mismo lugar. El módulo de control descrito aquí es un módulo independiente pasivo, que está conectado a la fibra de la misma manera que el sensor óptico de red de Bragg en fibra descrito anteriormente (aunque se prevé que dicho sensor, o al menos un sistema de monitorización que comprenda dicho sensor, podría modificarse para recibir señales de control). Las señales de control pueden enviarse en respuesta a los resultados del análisis realizado en los sincrofasores determinados como anteriormente, por ejemplo, para modificar la generación o carga en respuesta al análisis de estabilidad del sistema basado en los datos de medición fasoriales, o para comunicar una señal de comando a un conmutador o relé.

Considerando que los terminales eléctricos de los sensores ópticos de red de Bragg en fibra descritos anteriormente sirven como entradas de tensión en las que se realiza una medición, los terminales eléctricos del módulo de control servirán como salidas que se pueden conectar a un módulo eléctrico o electrónico cercano para enviar señales de control. Un módulo de control de este tipo puede adoptar (al menos) una de varias formas y funcionar de (al menos) una de dos maneras, como se explica a continuación.

En una realización preferida, una longitud de onda de la señal de control, Ac, puede estar situada en el borde de la banda de telecomunicaciones. De esta forma, la posibilidad de interferencias entre las señales de control y las señales de los sensores es poco significativa. Como alternativa, el requisito de ancho de banda del sensor puede dictar que Ac se encuentra fuera del ancho de banda de la fuente de banda ancha utilizado por las FBG de los sensores. Por ejemplo, si las longitudes de onda de diseño de las FBG en los sensores ópticos están restringidas a la banda de telecomunicaciones de aproximadamente 1530 nm a 1590 nm, entonces las longitudes de onda de diseño de las FBG en los módulos de control pueden restringirse a otras regiones de baja pérdida (por ejemplo, de aproximadamente 1310 nm). Las longitudes de onda de detección y control se pueden combinar utilizando, por ejemplo, un acoplador de fibra de doble ventana.

Para enviar señales de control desde el interrogador 131 a un módulo de control dispuesto en alguna ubicación a lo largo de la fibra óptica 100, los módulos de control pueden configurarse para recibir señales de control codificadas ópticamente. Esto se puede conseguir modulando la amplitud de la señal óptica en Ac como ocurre con los sistemas de telecomunicaciones digitales ópticos convencionales. De esta forma, cualquier variación en la amplitud de la luz en Ac dará lugar a una correspondiente variación de la tensión eléctrica a la salida de un fotodetector asociado a la respectiva FBG. Empleando esta relación entre la modulación de amplitud óptica en Ac y la modulación eléctrica en el módulo de control (que puede estar ubicado a una distancia sustancial del interrogador), se puede conseguir el envío en remoto de señales de tensión analógicas o digitales con fines de control.

Cuando se disponen varios módulos de control a lo largo de una línea de fibra, se prefiere poder diferenciar entre las señales de control, de modo que solo el módulo de control deseado (o módulos, según sea el caso) pueda o sea capaz de recibir la señal de control prevista para él (ellos). Dos formas preferidas de conseguir esto son mediante multiplexación de código y/o multiplexación por longitud de onda.

Todos los módulos de control podrían funcionar a una longitud de onda idéntica y se puede enviar una señal de control al módulo de control requerido en virtud de un código digital único que solo puede interpretar el módulo de control destinado a recibirla. Alternativa o adicionalmente, las señales de control pueden codificarse en longitud de onda, por lo que a cada módulo de control se le asigna una longitud de onda única (de la misma manera que a los módulos sensores individuales se les puede asignar una longitud de onda única, definida por una FBG). Estos dos enfoques requieren componentes diferentes tanto en el extremo transmisor como en el receptor, como se ilustra en la figura 5. En las realizaciones descritas en el presente documento, la señal de control, Ac, se separa de las señales de detección en el receptor de una forma u otra. En cada caso, la disposición de características que separan la señal de control de cualquier otra señal recibida por el módulo de control es efectiva y, por lo tanto, puede considerarse colectivamente como un filtro.

1. Señales de control codificadas digitalmente

En este enfoque se utiliza la misma longitud de onda para todos los módulos de control, requiriendo así solo un transmisor/transceptor de banda estrecha en el interrogador 231. La siguiente descripción asume que Ac está ubicada dentro del ancho de banda de detección. Sin embargo, como se señaló anteriormente, puede ser necesario o deseable localizar Ac fuera del ancho de banda de detección; en este caso, se pueden emplear componentes estándar de telecomunicaciones de doble longitud de onda.

En el interrogador 231, se utiliza un único diodo láser de ancho de línea estrecho 224 para enviar una señal a todos los módulos de control (por ejemplo, 501 o 601) a lo largo de la línea de fibra óptica 201. La densidad espectral de alta alimentación de un diodo láser permite que un detector óptico (por ejemplo, 505 o 605) detecte las señales cuando la longitud de onda de control Ac se localice dentro del ancho de banda de la fuente del sensor de banda ancha. Las señales destinadas a un módulo de control específico se pueden codificar de tal manera que cada receptor pueda extraer el mensaje previsto. En cada módulo de control, la electrónica del receptor procesará la señal solo si se envía una señal con una secuencia de código correspondiente a ese módulo de control en particular. Existen varias opciones para acoplar la señal de control requerida de la fibra de detección a un receptor dentro del módulo de control, dos de las cuales se describen a continuación.

En una primera realización, el módulo de control 501 suelta la señal de control empleando una versión modificada de un multiplexor óptico de inserción/extracción (OADM, por sus siglas en inglés) conectado directamente a la línea de fibra de detección 201. El OADM utiliza una red de Bragg en fibra (FBG) 503 y un circulador óptico pasivo 504. En este contexto, como filtro de longitud de onda se utiliza la reflexión selectiva en longitud de onda, característica de la FBG 503. En el módulo de control 501, la disposición FBG/circulador 503, 504 se puede utilizar para "soltar" señales en una longitud de onda específica fuera de la trayectoria de la fibra en una ubicación concreta, sin que esta operación tenga ningún efecto sobre las otras longitudes de onda de la FBG utilizadas para la detección. Esto también resulta ventajoso si, por ejemplo (y como se menciona a continuación), se emplea una combinación de codificación digital y codificación de longitud de onda.

En cualquier caso, es preferible emplear una FBG débilmente reflectante con el fin de que la señal de control pueda llegar a todos los módulos de control en la línea de fibra. Solo un pequeño porcentaje (por ejemplo, 1-5 %) de la señal de control puede acoplarse al fotodiodo 505 del módulo de control; la mayoría de la señal de control continúa a lo largo de la línea de fibra óptica 201.

Como alternativa, como se muestra en el módulo de control 601, se puede utilizar un acoplador de fibra pasivo (FC, por sus siglas en inglés) 603 para acoplar una pequeña proporción (por ejemplo, 1-5 %) de señales tanto de detección como de control a un fotodiodo 605 a través de un filtro de banda estrecha 607, tal como un filtro Fabry Perot (FP) o de película delgada, para así evitar que la señal de detección alcance el fotodiodo 605.

2. Señales de control codificadas en longitud de onda

En este enfoque se emplean longitudes de onda de señal de control únicas, normalmente una por módulo de control.

Preferiblemente, se asigna a cada módulo de control una longitud de onda única, por ejemplo, en el intervalo de 1310 nm a 1350 nm. Se pueden utilizar varias técnicas para modificar la amplitud de la señal óptica solo en Ac. Por ejemplo, la luz de una fuente de banda ancha que cubra, por ejemplo, el rango de 1310 nm a 1350 nm podría incidir sobre un filtro o una serie de filtros y puertas o conmutadores mecánicos o electrónicos que sean capaces de modular discretamente los niveles de potencia en longitudes de onda correspondientes a los módulos de control (por ejemplo, 701, 801, 901). Se podrían utilizar fuentes de luz específicas de bajo coste, como diodos emisores de luz (LED), uno (o más) por longitud de onda de control, que se pueden encender y apagar o modificar su nivel de potencia. Como alternativa, se podrían usar uno o más transmisores o transceptores de diodos láser de telecomunicaciones estándar 324 en combinación con un multiplexor por división en longitud de onda gruesa (CWDM, por sus siglas en inglés) 325, que combina todas las salidas en una única fibra 301a para acoplarse a la fibra de detección 301, como en el interrogador 331.

En una primera realización, el módulo de control 701 separa las longitudes de onda de detección y control utilizando un WDM de banda ancha 703. A continuación, se puede acoplar una proporción de la banda de control (por ejemplo, usando un acoplador 704 de 5/95 %) y un filtro de banda estrecha 707 selecciona la longitud de onda específica del módulo de control e impide que otras longitudes de onda de control alcancen el fotodiodo 705. Se puede emplear un segundo WDM 703b para reacoplar las longitudes de onda de detección y control para su transmisión a lo largo de la línea de fibra 301.

En una segunda realización, el módulo de control 801 acopla una pequeña proporción de las bandas de detección y control usando un acoplador de fibra de longitud de onda dual (FC) 803. Como el filtro 707 en el módulo de control 701 anterior, el filtro de banda estrecha 807 se utiliza para garantizar que el fotodiodo 805 reciba únicamente la longitud de onda de control elegida.

En una tercera realización, el módulo de control 901 acopla longitudes de onda de control específicas utilizando un FC de longitud de onda dual 903 y la función de "soltar" de un OADM (que comprende la FBG 913 y el circulador 914, igual que el módulo de control 501 descrito anteriormente). De esta manera, se suelta la longitud de onda de control requerida por el módulo de control que recibe el fotodiodo 905. Si, como en el módulo de control 501, se emplea una FBG débilmente reflectante, la luz restante en la longitud de onda de control se puede reacoplar mediante un segundo FC de longitud de onda dual 903b a la línea de fibra óptica 301.

Aunque es preferible que se asigne una longitud de onda única a cada módulo de control, está previsto que varios módulos de control dispuestos a lo largo de la fibra óptica puedan configurarse para recibir señales en la misma longitud de onda. Así pues, puede ser posible que un módulo de control individual detecte una señal designada para ese módulo en particular codificándola digitalmente como se describe en el apartado anterior.

También debe tenerse en cuenta que, en las realizaciones descritas anteriormente, la línea de fibra óptica 201, 301 también transporta luz hacia y desde una matriz de sensores ópticos basados en red de Bragg en fibra, aunque se prevé que el enfoque descrito anteriormente pueda usarse para enviar señales de control independientemente de cualquier sistema de monitorización, en cuyo caso no hay necesidad de transportar señales de detección y señales de control y, en consecuencia, no es necesario separar las longitudes de onda de control de las longitudes de onda de detección.

Resumiendo, las contribuciones clave que suponen las características, realizaciones y aspectos de la invención descritos anteriormente radican en eliminar la necesidad de emplear fuentes de alimentación, equipos GPS y equipos de telecomunicaciones en cada ubicación de medición y/o control, como resultado de lo cual se puede reducir sustancialmente la complejidad y el coste de implementar una red PMU y/o un sistema de control. En el caso de implementar una red<p>M<u>, la creación de sincrofasores se consigue centralizando la determinación de fasores y los registros de fecha correspondientes en una ubicación alejada de las ubicaciones de medición reales. Alternativamente, o además de los fasores de registro de fecha, la invención permite el registro de fecha de cualquier señal recibida y/o de las mediciones obtenidas de esas señales. Estas señales se reciben desde unos sensores apropiados distribuidos a lo largo de fibras ópticas, como los que pueden incorporarse en los cables de alimentación modernos. Análogamente, las señales de control se pueden comunicar a través de fibras ópticas como las que pueden incorporarse en los cables de alimentación modernos, y se proporcionan varios enfoques para garantizar que las señales de control sean recibidas por los módulos de control previstos. Se prevé que puedan implementarse en una red eléctrica uno o ambos de la red PMU y el sistema de control, aprovechando de esta manera la infraestructura de fibra óptica existente. También se prevé que las señales de control puedan transmitirse dependiendo del análisis realizado en sincrofasores.

A lo largo de toda la memoria descriptiva, a menos que el contexto exija lo contrario, los términos "comprender" o "incluir", o variantes tales como "comprende" o "que comprende", "incluye" o "que incluye" implican la inclusión de un número entero indicado o grupo de números enteros, pero no la exclusión de cualquier otro número entero o grupo de números enteros.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Un método para realizar una medición fasorial sincronizada en el tiempo, que comprende:

recibir, en un interrogador (131), una señal óptica procedente de un sensor de tensión y/o corriente (103) a través de una fibra óptica (101);

caracterizado por que el método comprende, además:

recibir, en el interrogador (131), una señal de sincronización en el tiempo (141);

determinar, en el interrogador (131), el momentoten el que se recibió la señal óptica desde el sensor de tensión y/o corriente (103);

determinar, en el interrogador (131), un retardo temporaltscorrespondiente al sensor de tensión y/o corriente (103); determinar, en el interrogador (131), el momento en el que la señal óptica se originó desde el sensor de tensión y/o corriente (103) restando el retardo temporaltsdel momentoten el que se recibió la señal óptica; calcular, en el interrogador (131), un fasor a partir de la señal óptica recibida y

registrar la fecha del fasor con el momento en el que se originó la señal óptica desde el sensor de tensión y/o corriente (103).

2. El método de la reivindicación 1, en donde el retardo temporal se determina transmitiendo una señal al sensor de tensión y/o corriente (103), recibiendo la señal después de que se haya reflejado en el sensor de tensión y/o corriente (103) y determinando un tiempo de ida y vuelta2tspara la señal.

3. El método de la reivindicación 2, que comprende introducir una perturbación en la amplitud de una fuente de luz que ilumina la fibra óptica (101) y detectar el efecto de la perturbación en la luz reflejada por el sensor de tensión y/o corriente (103).

4. El método de cualquier reivindicación anterior, en donde la fibra óptica (101) está comprendida en un cable de alimentación.

5. El método de cualquier reivindicación anterior, en donde calcular un fasor comprende determinar la tensión y/o la corriente detectados a partir de la señal óptica recibida.

6. El método de cualquier reivindicación anterior, en donde el sensor de tensión y/o corriente (103) comprende una red de Bragg en fibra (3) en contacto con un elemento piezoeléctrico (5), que se expande y contrae en respuesta a una tensión y/o corriente detectadas, y en donde la tensión y/o corriente detectadas se determinan a partir de una posición espectral de una longitud de onda de reflexión máxima de la red de Bragg en fibra (3).

7. El método de cualquier reivindicación anterior, que comprende determinar un retardo de fase 9 correspondiente al retardo temporaltsy en donde calcular el fasor a partir de la señal óptica recibida comprende calcular un vector que comprende la magnitud y la fase de la tensión y/o corriente detectados, en donde la fase de la tensión y/o corriente detectados está compensada por el retardo de fase 9.

8. El método de cualquier reivindicación anterior, que comprende recibir una pluralidad de señales ópticas desde una pluralidad correspondiente de sensores de tensión y/o corriente (103), calcular una pluralidad correspondiente de fasores y registrar la fecha de cada uno de los fasores.

9. El método de la reivindicación 8, que comprende recibir continuamente señales ópticas desde cada sensor de tensión y/o corriente (103), calcular continuamente los fasores de cada señal óptica recibida y registrar la fecha continuamente de cada fasor.

10. El método de la reivindicación 8 o la reivindicación 9, que comprende determinar periódicamente un retardo temporal y/o un retardo de fase correspondiente a cada sensor de tensión y/o corriente (103).

11. El método de cualquier reivindicación anterior, que comprende además enviar una o más señales de control a una o más ubicaciones a lo largo de la fibra óptica y recibir al menos una señal de control en un módulo de control (501, 601, 701, 801, 901).

12. El método de la reivindicación 11, en donde la señal de control se envía a la una o más ubicaciones en respuesta al análisis realizado en uno o más sincrofasores medidos.

13. El método de la reivindicación 11 o la reivindicación 12, en donde la una o más señales de control se transmiten a una longitud de onda diferente o a diferentes longitudes de onda de la señal óptica recibida desde el sensor de tensión y/o corriente (103).

14. El método de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, que comprende transmitir una pluralidad de señales de control en una única longitud de onda, recibir la pluralidad de señales de control en el módulo de control (501, 601) y determinar cuáles de la pluralidad de señales de control están destinadas al módulo de control (501,601), y/o transmitir una pluralidad de señales de control en una pluralidad de longitudes de onda, recibir la pluralidad de señales de control en el módulo de control (701, 801, 901) y detectar una o más señales de control transmitidas a una longitud de onda única hasta el módulo de control (701, 801, 901).

15. Un sistema de monitorización (121) para realizar una medición fasorial sincronizada en el tiempo, que comprende:

un interrogador (131) en comunicación óptica con uno o más sensores de tensión y/o corriente (103) a través de una fibra óptica (101), caracterizado por que el interrogador está configurado para realizar el método de cualquier reivindicación anterior.

16. Un método para registrar la fecha de una señal procedente de un sensor de tensión y/o corriente (103), que comprende:

recibir, en un interrogador (131), una señal óptica del sensor de tensión y/o corriente (103);

caracterizado por que el método comprende, además:

determinar, en el interrogador (131), el momentoten el que se recibe la señal óptica desde el sensor de tensión y/o corriente (103);

determinar, en el interrogador (131), un retardo temporaltscorrespondiente al sensor de tensión y/o corriente (103); determinar, en el interrogador (131), el momento en que se originó la señal óptica desde el sensor de tensión y/o corriente (103) deduciendo el retardo temporaltsdesde el momentoten el que se recibió la señal óptica; y registrar la fecha de la señal óptica o una medición obtenida a partir de la señal óptica, con el momento en el que se originó la señal óptica desde el sensor de tensión y/o corriente (103).

17. Un sistema de monitorización (121) que comprende:

un interrogador (131) en comunicación óptica con uno o más sensores de tensión y/o corriente (103) a través de una fibra óptica (101), en donde el interrogador está configurado para:

recibir una o más señales ópticas desde el uno o más sensores de tensión y/o corriente (103); caracterizado por que el interrogador está configurado además para:

determinar el momentoten el que se recibe cada señal óptica desde el uno o más sensores de tensión y/o corriente (103);

determinar un retardo temporaltscorrespondiente a cada sensor de tensión y/o corriente (103);

determinar el momento en el que se originó cada señal óptica desde el sensor de tensión y/o corriente (103) respectivo restando el retardo temporaltsrespectivo del momento respectivoten el que se recibió la señal; y registrar la fecha de la una o más señales ópticas o mediciones obtenidas a partir de las señales ópticas, con los momentos en los que se originaron las señales ópticas procedentes de los respectivos sensores de tensión y/o corriente (103).