一种激光供能通信设备及其通信方法和供电方法技术

本发明专利技术公开了一种激光供能通信设备及其通信方法和供电方法，该激光供能通信设备包括安装在低电位节点的激光器和光纤通信低电位模块，以及安装在高电位节点的能量管理单元和光纤通信高电位模块；激光器和光纤通信低电位模块连接，能量管理单元和光纤通信高电位模块连接，激光器和能量管理单元通过大芯径光纤连接，光纤通信低电位模块和光纤通信高电位模块通过通信光纤连接。本发明专利技术可有效为高电位监测节点供电，降低高电位节点自身的功耗，增加可用于输出给外设设备的电能，使激光器维持在低功耗输出状态，延长激光器的寿命，增加供能通信设备的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种激光供能通信设备及其通信方法和供电方法
本专利技术涉及激光供能通信领域，特别涉及一种激光供能通信设备及其通信方法和供电方法。
技术介绍
在全球能源互联网的快速建设与发展的环境下，电网运行状态的实时感知需求不断深化。电力系统自动化和智能电网的发展，使得输变电设备中智能电子设备和监测的传感器的应用日益广泛。为了准确监测电气设备的多种物理量，大量的、多种类型的传感器节点将密集分布于待测区域内。利用激光在光纤中的传输为远端节点传输电能，是高电位监测节点供电的一种有效途径，可实现电磁绝缘，具有设备轻便，隔离性好、环境适应性强、传输距离远、输出功率高、抗电磁干扰的优势。因此，光纤激光供能是目前电力系统高电位一次端最佳的供能方案之一，已经在电网中的串补平台测量、电流互感器和高压隔离开关状态监测中得到应用。为电网高电位节点的供电提供了解决方案，基本方式是地面的激光驱动单元发生激光，通过大芯径光纤把激光能量传送到高压平台，再由高压平台上的光能转换器件和相应的外围电力将光能转换为电能而形成直流电源。基于激光光纤的供电技术以其抗电磁干扰以及优质的传输特性，成为高电位测量控制装置供电和数据交换的传输媒介。然而，现有的激光供能设备在高、低电位节点之间各配置一个VCSEL激光器和光电检测模块，实现双向数据通信，而激光器的使用导致了高电位节点自身的功耗较高，减少了能够输出给外设设备的电能，影响了供能效果。同时，现有的激光供能设备还存在系统可靠性差的问题，供电模块经常发生失效，严重影响了供能的可靠性和安全性。
技术实现思路
技术问题：本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种激光供能通信设备及其通信方法和供电方法，可有效为高电位监测节点供电，可降低高电位节点自身的功耗，增加可用于输出给外设设备的电能，可使激光器维持在低功耗输出状态，延长激光器的寿命，增加供能通信设备的可靠性。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供一种激光供能通信设备，该激光供能通信设备包括：安装在低电位节点的激光器和光纤通信低电位模块，以及安装在高电位节点的能量管理单元和光纤通信高电位模块；其中，所述的激光器和光纤通信低电位模块连接，能量管理单元和光纤通信高电位模块连接，激光器和能量管理单元通过大芯径光纤连接，光纤通信低电位模块和光纤通信高电位模块通过通信光纤连接。作为优选例，所述的能量管理单元包括GaAs光电池单元、第一开关、锂电池充电管理单元、锂电池、第二开关、稳压模块、双电源供电模块和单电源供电模块；其中，GaAs光电池单元的输入光端口与大芯径光纤连接，GaAs光电池单元的输出电端口分别与第一开关的输入电端口、双电源供电模块的第一输入电端口和单电源供电模块的第一输入电端口连接，第一开关的输出电端口与锂电池充电管理单元的输入端口连接，锂电池充电管理的输出端口和锂电池的输入端口连接，锂电池的输出端口和第二开关的输入端口连接，第二开关的输出端口与稳压模块的输入端口连接，稳压模块的输出端口分别与双电源供电模块的第二输入电端口和单电源供电模块的第二输入电端口连接。作为优选例，所述的GaAs光电池单元包括GaAs光电池、第一低热阻匹配层、第二低热阻匹配层、热电转换模块、散热组件和能量收集单元；其中，GaAs光电池的散热面与热电转换模块的热端通过第一低热阻匹配层连接，热电转换模块的冷端与散热组件通过第二低热阻匹配层连接；GaAs光电池的输入光端口与大芯径光纤连接，GaAs光电池的输出电端口和能量收集单元的第一输入电端口连接，热电转换模块的输出电端口和能量收集单元的第二输入电端口连接。作为优选例，所述的光纤通信低电位模块包括光源、光环形器、第一光探测器和第一处理器，其中，光源的输入电端口和第一处理器的输出端口连接，光源的输出光端口和光环形器的第一光端口连接，光环形器的第二光端口与通信光纤的一端连接，光环形器的第三光端口和第一光探测器的输入光端口连接，第一光探测器的输出电端口和第一处理器的输入端口连接。作为优选例，所述的光纤通信高电位模块包括耦合器、反射型可调光衰减器、第二光探测器和第二处理器，其中，耦合器的第一光端口和通信光纤的另一端连接，第二光端口和反射型可调光衰减器的双向光端口连接，第三光端口和第二光探测器的输入光端口连接，第二光探测器的输出电端口和第二处理器的输入电端口连接，第二处理器的输出电端口与反射型可调光衰减器的输入电端口连接。第二方面，本专利技术实施例提供一种基于上述激光供能通信设备的通信方法，该方法包括以下步骤：步骤10)位于低电位节点的第一处理器将待发送给高电位节点的信息送入光源的输入电端口，光源将电信号转为光信号后从光环形器的第一光端口输入，并从第二光端口输出，光信号经通信光纤后输入位于高电位节点的耦合器的第一光端口，从耦合器的第三光端口输出，光信号送入第二光探测器中转为电信号，并送入第二处理器中；步骤20)第一处理器将信息发送给第二处理器后，光源输出直流光，直流光经通信光纤后输入位于高电位节点的耦合器的第一光端口，从耦合器的第二光端口输出，通过反射型可调光衰减器的双向光端口输入反射型可调光衰减器；步骤30)位于高电位节点的第二处理器接收到第一处理器发出的信息后，将待发送给低电位节点的信息送入反射型可调光衰减器中，反射型可调光衰减器根据第二处理器输入的电信号对直流光的强度进行调制，调制后携带信息的光信号从反射型可调光衰减器的双向光端口输出，通过耦合器的第二光端口输入耦合器，并从耦合器的第一光端口输出，光信号经过通信光纤后输入位于低电位节点的光环形器的第二光端口，从光环形器的第三光端口输出，送入第一光探测器，光信号在第一光探测器中转为电信号，送入第一处理器中。第三方面，本专利技术实施例提供一种基于上述激光供能通信设备的供电方法，当所述的激光供能设备的各部件工作正常且连接在双电源供电模块上的负载供能需求恒定时，采用激光单电源供电模式，具体是：导通第一开关，断开第二开关，激光器发出的强光经大芯径光纤送入GaAs光电池单元中，GaAs光电池单元输出的电能分为三部分，第一部分从双电源供电模块的第一输入电端口输入，从双电源供电模块的输出电端口输出，用于给负载供能，第二部分从单电源供电模块的第一输入电端口输入，从单电源供电模块的输出电端口输出，用于给光纤通信高电位模块供能，第三部分经第一开关送入锂电池充电管理单元中，用于对锂电池充电。第四方面，本专利技术实施例提供一种基于上述激光供能通信设备的供电方法，当连接在双电源供电模块上的负载出现突发的供能需求或激光器的工作温度超过阈值时，采用双电源供能模式，具体是：断开第一开关，导通第二开关，GaAs光电池单元输出的电能分为两部分，第一部分从双电源供电模块的第一输入电端口输入，第二部分从单电源供电模块的第一输入电端口输入，锂电池输出的电能依次经第二开关和稳压模块后分为两部分，第一部分从双电源供电模块的第二输入电端口输入，双电源供电模块进入双电源工作模式，两个电源同时向外输出电能，用于给负载供能；第二部分从单电源供电模块的第二输入电端口输入，单电源供电模块比较其第一输入电端口和第二输入电端口的电压，当第一输入电端口的电压高于阈值时，从第一输入电端口获取电能用于给光纤通信高电位模块供能，否则从第二输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光供能通信设备，其特征在于，该激光供能通信设备包括：安装在低电位节点的激光器(1)和光纤通信低电位模块(2)，以及安装在高电位节点的能量管理单元(3)和光纤通信高电位模块(4)；其中，所述的激光器(1)和光纤通信低电位模块(2)连接，能量管理单元(3)和光纤通信高电位模块(4)连接，激光器(1)和能量管理单元(3)通过大芯径光纤(5)连接，光纤通信低电位模块(2)和光纤通信高电位模块(4)通过通信光纤(6)连接。

【技术特征摘要】
1.一种激光供能通信设备，其特征在于，该激光供能通信设备包括：安装在低电位节点的激光器(1)和光纤通信低电位模块(2)，以及安装在高电位节点的能量管理单元(3)和光纤通信高电位模块(4)；其中，所述的激光器(1)和光纤通信低电位模块(2)连接，能量管理单元(3)和光纤通信高电位模块(4)连接，激光器(1)和能量管理单元(3)通过大芯径光纤(5)连接，光纤通信低电位模块(2)和光纤通信高电位模块(4)通过通信光纤(6)连接。2.按照权利要求1所述的激光供能通信设备，其特征在于，所述的能量管理单元(3)包括GaAs光电池单元(7)、第一开关(8)、锂电池充电管理单元(9)、锂电池(10)、第二开关(11)、稳压模块(12)、双电源供电模块(13)和单电源供电模块(14)；其中，GaAs光电池单元(7)的输入光端口(7a)与大芯径光纤(5)连接，GaAs光电池单元(7)的输出电端口(7b)分别与第一开关(8)的输入电端口(8a)、双电源供电模块(13)的第一输入电端口(13a)和单电源供电模块(14)的第一输入电端口(14a)连接，第一开关(8)的输出电端口(8b)与锂电池充电管理单元(9)的输入端口连接，锂电池充电管理(9)的输出端口和锂电池(10)的输入端口连接，锂电池(10)的输出端口和第二开关(11)的输入端口连接，第二开关(11)的输出端口与稳压模块(12)的输入端口连接，稳压模块(12)的输出端口分别与双电源供电模块(13)的第二输入电端口(13b)和单电源供电模块(14)的第二输入电端口(14b)连接。3.按照权利要求2所述的激光供能通信设备，其特征在于，所述的GaAs光电池单元(7)包括GaAs光电池(15)、第一低热阻匹配层(16)、第二低热阻匹配层(17)、热电转换模块(19)、散热组件(20)和能量收集单元(18)；其中，GaAs光电池(15)的散热面与热电转换模块(19)的热端通过第一低热阻匹配层(16)连接，热电转换模块(19)的冷端与散热组件(20)通过第二低热阻匹配层(17)连接；GaAs光电池(15)的输入光端口(15a)与大芯径光纤(5)连接，GaAs光电池(15)的输出电端口(15b)和能量收集单元(18)的第一输入电端口(18b)连接，热电转换模块(19)的输出电端口和能量收集单元(18)的第二输入电端口(18a)连接。4.按照权利要求1所述的激光供能通信设备，其特征在于，所述的光纤通信低电位模块(2)包括光源(21)、光环形器(22)、第一光探测器(23)和第一处理器(27)，其中，光源(21)的输入电端口和第一处理器(27)的输出端口(27a)连接，光源(21)的输出光端口和光环形器(22)的第一光端口(22a)连接，光环形器(22)的第二光端口(22b)与通信光纤(6)的一端连接，光环形器(22)的第三光端口(22c)和第一光探测器(23)的输入光端口连接，第一光探测器(23)的输出电端口和第一处理器(27)的输入端口(27b)连接。5.按照权利要求4所述的激光供能通信设备，其特征在于，所述的光纤通信高电位模块(4)包括耦合器(24)、反射型可调光衰减器(25)、第二光探测器(26)和第二处理器(28)，其中，耦合器(24)的第一光端口(24a)和通信光纤(6)的另一端连接，第二光端口(24b)和反射型可调光衰减器(25)的双向光端口(25a)连接，第三光端口(24c)和第二光探测器(26)的输入光端口连接，第二光探测器(26)的输出电端口和第二处理器(28)的输入电端口(28b)连接，第二处理器(28)的输出电端口(28a)与反射型可调光衰减器(25)的输入电端口(25b)连接。6.一种基于权利要求5所述的激光供能通信设备的通信方法，其特征在于，该通信方法包括以下步骤：步骤10)位于低电位节点的第一处理器(27)将待发送给高电位节点的信息送入光源(21)的输入电端口，光源(21)将电信号转为光信号后从光环形器(22...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦朴，邓路，李辉，鲁沈婷，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32