[0001] 本发明涉及监测系统，特别是用于电网应用的电力监测系统。

[0002] 电网系统形成现代社会的基础设施的一部分，但是容易受到各种类型的干扰和异常的影响。通过测量参数(比如电压幅值、频率、相角和相量状态)了解电网系统的状态用于维持可靠和稳定电网运行。当发生明显的电网干扰时，电信号的频率和相角在时间和空间上都变化。

[0003] 目前，存在一些用于获得关于相量状态的数据的可用技术。电网监测系统允许在高压传输系统中——使用例如相量测量单位(PMU)，或在低压配电系统中——使用例如频率干扰记录器(FDR)测量频率和电压相角。

[0004] 对于电网系统，目前常用的电网监测装置为相量测量单位(PMU)。这些PMU测量电压、电流和频率并且计算相量，并且这套时间同步的电网条件数据称为相量数据。各个相量测量是针对全球定位系统(GPS)通用时间被加上时间标记。当相量测量被加上时间标记时，其被称为同步相量。这允许PMU沿着传递电网在不同的位置进行测量或通过不同的拥有者同步并且校准时间，接着组合，以提供整个公共设施的互连区域的观察。与每两秒至四秒测量一次的常规的监测技术(比如管理控制和数据采集系统，SCADA)相比，PMU以每秒30次观察的速度取样。所以PMU已经成为了用于沿着这些输电线测量电网异常的优选装置。但是，PMU倾向于为沿着携带加上GPS数据标记的信号的输电线分布的装置，连接至广域网(WAN)，通常使用无线技术来发送待在中央局处理的信号。接着，收集的数据被传递至公共设施提供商或服务提供商的中央服务器，用于进一步的数据处理和分析，比如异常的事件检测和位置，或功率流分析。在中央局的装置被称为相量数据集中器(PDC)，其从多个PMU或其他PDC收集相量数据，通过时间标签将数据对准，以产生时间同步的数据集，并且将该数据集传递到其他信息系统上。PDC也进行数据质量检查和标记缺少或问题数据(如果需要，等待一段时间，以在发送聚集的数据集之前进来所有的数据)。一些PDC也存储相量数据并且可对其进行下采样，从而相量数据可直接供应给以更慢的采样速率使用数据的应用，比如SCADA系统。

[0005] 当前在电网系统中使用的当前设备的高安装成本和大尺寸因素阻碍了这些同步相量的大规模部署。

[0006] 所以，期望提供低成本的、小尺寸因素系统，以利于在电网基础设施中同步相量的大规模并入，用于相量状态数据的分布式远程监测。

[0080] 根据第一方面的光纤封装显示在图1中。实施方式显示包括具有光纤封装传感部分12和光纤封装涂层材料14的光纤封装10。光纤封装传感部分12优选地由至少一种功能性光纤芯组成。光纤封装涂层材料14包括电致伸缩或磁致伸缩材料。在使用中，涂覆有涂层材料14的光纤封装10的长度包括用于电力监测传感系统19(图5中显示)的传感元件的至少一部分。

[0081] 电力监测传感系统19将用于监测相邻的电力系统或电缆的电气特性和磁性特性。参考图2，显示了一个实施方式，其中光纤封装10邻近或靠近电缆16，使得光纤封装10缠绕在电缆16上。在使用中，电缆16的电气或磁性特性的变化将引起包括在光纤封装10内的涂层材料14参数的变化。涂层材料14参数的变化将包括涂层材料14的尺寸的变化。这些变化又将引起光纤传感部分12的振动特性和应变特性的变化。在可选的实施方式(未显示)中，光纤封装10也可以与相邻的电缆16平行布置。在进一步可选的实施方式(未显示)中，光纤封装10可以围绕相邻的电缆16以图案，比如正弦波图案布置。

[0082] 显而易见，光纤封装10和相邻的电缆16的其他布置将是可能的。图3中显示的实施方式提供了位于电缆16的周边的光纤封装10。从图5中还显而易见本发明的进一步实施方式，其中光纤封装10包含在电缆16内。在使用中，这些实施方式中的任一个可以单独或组合使用以提供电缆16的电气或磁性特性的异常和干扰的精确检测。在可选的实施方式(未显示)中，涂层材料14可用于涂覆光纤封装10的长度。在优选的实施方式中，涂层材料14用于涂覆光纤封装10的离散部分。

[0083] 光纤封装在电力监测传感系统内的应用是本领域已知的(US5255428A、US6140810A、GB2328278A)，并且可以采用图4中描绘的形式。这种传感系统的典型结构包括安装在电力系统或电缆18处的光纤，布置为通过输入部分比如光纤查询仪20查询。通过查询提供的数据被传递到包括例如处理器和决策者22的检测器部分，该检测器部分接着将指令提供至用于调节电力系统或电缆的特性的控制系统或致动元件24。

[0084] 图5显示了根据本发明的第二方面的电力监测传感系统19的事件的顺序，该电力监测传感系统19并入根据本发明的第一方面的光纤封装10。在使用中，26、28通过改变相邻的电力系统或电缆的电气或磁性特性，将在相邻的电力系统或电缆16中检测到的干扰或异常传递到电致伸缩或磁致伸缩涂层材料14。30这些变化随后以应变或振动变化的形式传递到光纤封装传感部分12。然后经由输入部分检测振动变化，该输入部分布置为提供查询光信号，并随后32接收对应于传感部分12的振动参数的反向散射信号。通过传感部分12内的光栅提供反向散射信号。接收的测量值与时空参数组合，并且然后将时间/地理同步数据发送34到包括处理元件36和决策元件38的检测器部分，该决策元件38布置为提供如何改变提供给相邻的电力系统或电缆16的电力的决定。然后控制元件40负责控制致动元件42，致动元件42布置为影响提供给电力系统或电缆16的电力。在使用中，传感部分12中振动或应变参数的变化的检测与地理空间信息结合，以便帮助定位影响的来源。在优选的实施方式中，该地理空间信息可以来自GPS接收器。在检测器部分的处理元件中进行的数据处理可以包括时间同步。

[0085] 图6中表示的是使用感测过程的图显示的本发明的实施方式，其中输入部分46可以包括光纤传感器查询仪(OFSI)单元。光纤封装10将关于相邻的电缆16中存在的电气干扰和异常的信息提供给输入部分46。显示的实施方式在光纤封装内的离散区域44处提供传感部分12，离散区域44显示与不包括传感部分50的区域不同。优选地，包括传感部分12的离散区域44进一步包括用于向输入部分46提供光信号的反向散射的至少一个光栅(未显示)。在使用中，输入部分46将一个或多个光脉冲提供给光纤封装10。检测所得的反向散射，并测量与标准的偏差。相邻的电力系统或电缆16的电气或磁性特性的干扰或异常引起涂覆光纤封装10的至少一部分的涂层材料14的参数的改变。在优选的实施方式中，受影响的参数包括尺寸参数。当涂层材料14的尺寸变化时，光纤传感部分12的振动或应变参数将变化，并用于推断相邻的电力系统或电缆中的电气或磁性特性的变化。由输入部分接收的反向散射将被认为与使用检测器部分的处理元件预期的标准反向散射相背。与预期的反向散射的偏差将导致通过致动元件经由决策元件和控制元件实现的变化。在优选的实施方式中，该变化包括提供给相邻的电力系统或电缆的电力的变化。

[0086] 将认识到，上述实施方式仅作为实例给出，并且在不背离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对其进行各种修改。

[0087] 例如，对于本领域技术人员显而易见的是，存在任选地包括在检测器单元内的所公开元件的多种可能的组合。

[0088] 对于本领域技术人员来说同样显而易见的是，同步相量数据可用于一系列应用中，以增强i)实时操作和ii)离线规划应用的电网可靠性。在下面分类并列出了这些应用中的一些：

[0089] i)实时操作应用

[0090] i.广域态势感知

[0091] ii.频率稳定性监测和趋势

[0092] iii.功率振荡监测

[0093] iv.电压监测和趋势

[0094] v.报警并设置系统操作限制，事件检测和避免

[0095] vi.资源整合

[0096] vii.状态评估

[0097] viii.动态线路评级和拥塞管理

[0098] ix.停电恢复

[0099] ii)操作规划

[0100] i.规划和离线应用

[0101] ii.基线化电力系统性能

[0102] iii.事件分析

[0103] iv.静态系统模型校准和验证

[0104] v.动态系统模型校准和验证

[0105] vi.发电厂模型验证

[0106] vii.负荷特征

[0107] viii.特殊保护方案和孤岛化

[0108] ix.主频率(管理)响应