傳感節(jié)點作為電網(wǎng)感知的“神經(jīng)末梢”，承擔著采集電網(wǎng)狀態(tài)參量的任務。它們一方面需要感知各種電氣和非電氣參量，另一方面需要將數(shù)據(jù)適當處理后送回電網(wǎng)企業(yè)的監(jiān)控平臺，以便電網(wǎng)企業(yè)實時監(jiān)控各類設備的運行狀況。傳感節(jié)點一般采用低壓直流供電。對于部署在中高壓一次設備附近的傳感節(jié)點，直接采用電纜供電存在電勢差絕緣問題。在電網(wǎng)數(shù)字化轉型背景下，傳感節(jié)點長期穩(wěn)定供電問題亟待解決。

　　基于激光的供電技術利用激光在光纖中傳輸能量，能夠在為遠端傳感節(jié)點傳輸電能的同時傳輸數(shù)據(jù)，跨越高低電壓等級電勢差鴻溝，打通傳感節(jié)點的能量通道，為傳感節(jié)點穩(wěn)定可靠工作保駕護航。

　　能量供給：傳感節(jié)點長期穩(wěn)定工作的關鍵

　　新型電力系統(tǒng)的構建對實時感知電網(wǎng)運行狀態(tài)提出更高要求。電網(wǎng)傳感節(jié)點數(shù)量大、種類多，并且廣泛分布于輸變電設備區(qū)域。如果希望傳感節(jié)點具有長壽命、高可靠性、低維護性等性能，穩(wěn)定的能量供給是關鍵因素。

　　目前，為傳感節(jié)點供電的方式主要有電纜供電、電池供電、環(huán)境取能、高電位取能、激光光纖供電等。

　　電纜供電在強電磁環(huán)境下存在安全絕緣、電磁干擾等局限。電池供電的方式，采用充電電池可靠性不高，采用非充電電池則電池容量有限、需要定期更換。環(huán)境取能是把自然環(huán)境的能量轉為可以利用的電能，但是所獲取的能量微弱，很難滿足傳感節(jié)點長期穩(wěn)定工作的需求。高電位取能是利用耦合電容電場取電等取能技術為傳感節(jié)點供電，這種方式對電網(wǎng)一次設備存在干擾，容易引發(fā)故障，并且可能存在取電困難的問題。

　　激光光纖供電由地面的激光驅動單元發(fā)射激光，通過能量光纖把激光能量傳送到高電壓平臺，再由高電壓平臺上的光伏轉換器件和相應的外圍電路將光能轉換為電能，形成直流電源。

　　基于激光光纖的供電技術具有絕緣性能優(yōu)良、傳輸距離遠、環(huán)境適應性強等優(yōu)勢，可作為高電壓等級傳感節(jié)點供電和數(shù)據(jù)交換的媒介。目前，激光光纖供電技術主流輸出功率為500毫瓦，而傳感節(jié)點的平均功率卻向更高功率邁進。這就需要研發(fā)高功率高效率的激光供電和通信系統(tǒng)。

　　高功率高效率的激光供電和通信系統(tǒng)成功研發(fā)

　　激光光纖供電技術有兩個關鍵技術指標：輸出功率和光電轉換效率。高功率(瓦級)高效率的激光光電轉換技術是亟待突破的難題。

　　國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司電力傳感技術研究所聯(lián)合全球能源互聯(lián)網(wǎng)歐洲研究院，經(jīng)過多年研究，攻克了高功率高效率光伏轉換技術、基于光伏模塊的最大功率跟蹤控制技術和功率自適應反饋控制技術這三項關鍵技術，研制出瓦級激光供電和通信系統(tǒng)。

　　●高功率高效率光伏轉換技術

　　光伏轉換模塊的材料、吸收波長以及拓撲結構會影響其激光吸收和光電轉換能力。國網(wǎng)智研院提出并研制了垂直五結光伏模塊，五結即能保證5伏的輸出能力，實現(xiàn)高功率、低損耗。同時，國網(wǎng)智研院優(yōu)化設計串聯(lián)結構每一層的光子吸收層厚度，實現(xiàn)電流匹配，達到高效率光電轉換;多方位優(yōu)化每一層的激光發(fā)射、吸收以及輸出衰減性能，以達到更高的轉換效率，總體實現(xiàn)單器件5瓦以上功率輸出和優(yōu)于50%的光電轉換效率。

　　●基于光伏模塊的最大功率跟蹤控制技術

　　光伏轉換模塊的性能是動態(tài)變化的，負載需求、環(huán)境、器件溫度的變化均會影響轉換模塊的輸出特性。國網(wǎng)智研院通過研究光伏轉換模塊峰值點功率的變化規(guī)律，設計出全局最大功率跟蹤方案，實現(xiàn)瓦級激光供電和通信系統(tǒng)功率閉環(huán)控制，進一步保證系統(tǒng)性能。

　　●功率自適應反饋控制技術

　　國網(wǎng)智研院將兩個工業(yè)級封裝的高功率高效率激光光伏轉換模塊與支持快速充放電的超級電容并聯(lián)，并設計功率動態(tài)自適應算法。瓦級激光供電和通信系統(tǒng)可根據(jù)運行狀態(tài)自動調整發(fā)射端激光發(fā)射功率，以最大程度匹配負載能量需求變化，在提高系統(tǒng)容錯能力、支持更大范圍輸出功率的同時，避免激光器和光伏模塊長時間高負荷工作，從而實現(xiàn)長距離持續(xù)輸出瓦級寬功率范圍(1～16瓦)的高效率激光光纖供能。

　　保障電網(wǎng)“神經(jīng)末梢”的傳感節(jié)點穩(wěn)定運行

　　國網(wǎng)智研院研制的瓦級激光供電和通信系統(tǒng)通過了泰爾實驗室和德國弗勞恩霍夫太陽能研究所(Fraunhofer ISE)實驗室測試。測試結果表明，瓦級激光供電和通信系統(tǒng)能量轉化效率達到國際領先水平。

　　瓦級激光供電和通信系統(tǒng)已應用于武漢南瑞研制的電弧故障定位檢測系統(tǒng)，為蘇通GIL綜合管廊工程電弧故障定位檢測系統(tǒng)智能電子設備節(jié)點供電，實現(xiàn)了供電基站和用電單元的高低電位絕緣隔離?，F(xiàn)場運行效果表明，瓦級激光供電和通信系統(tǒng)可穩(wěn)定支撐電弧故障定位檢測系統(tǒng)智能電子設備供電，保障傳感數(shù)據(jù)采集和上傳。

　　瓦級激光供電和通信系統(tǒng)的研發(fā)應用保障了電網(wǎng)感知“神經(jīng)末梢”的傳感節(jié)點穩(wěn)定運行，為復雜環(huán)境下的傳感設備供電提供了解決方案。

　　(作者：黃鳳 黃輝 鄧輝 單位：國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司)