基于单一光路的开环独立双采样回路的全光纤电流互感器制造技术

本发明专利技术涉及基于单一光路的开环独立双采样回路的全光纤电流互感器，包括相位调制模块、光电探测器、第一AD转换电路、第二AD转换电路和双采样数据处理单元，相位调制模块包括依次连接的方波控制电路、DA转换电路和相位调制器，相位调制器设置于单一光路中，第一AD转换电路和第二AD转换电路均连接光电探测器和双采样数据处理单元，双采样数据处理单元与方波控制电路中的时序信号同步。本发明专利技术采用单一光路，双AD采样并分别解调，以及同步配合方波控制DA转换的结构，解决FOCT双重化配置的问题，具有结构简单、体积小、成本低和集成度高等优点。

All fiber current transformer with open loop independent double sampling circuit based on single optical path

The invention relates to a fiber optical current transformer loop independent double sampling circuit based on single optical path, including phase modulation module, photoelectric detector, the first second AD conversion circuit, AD conversion circuit and double sampling data processing unit, the phase modulation module comprises a square wave control circuit, DA conversion circuit and a phase modulator. Phase modulator is arranged with a single light path, the first second AD conversion circuit and AD conversion circuit are connected with a photoelectric detector and a double sampling double sampling data processing unit, data processing unit and signal timing control circuit of synchronous square wave. The invention adopts the single optical path, dual AD sampling and demodulation and synchronization with square wave control structure of DA conversion, FOCT double configuration problem, has the advantages of simple structure, small volume, low cost and high integration.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力设备
，特别是一种基于单一光路的开环独立双采样回路的全光纤电流互感器。
技术介绍
电流互感器在电网中起着精确快速测量电流的作用，是智能电网的核心设备。电子式电流互感器是综合利用现代微电子、计算机及光电技术发展起来的新型互感器，能够解决传统互感器绝缘复杂、安全性差的难题。基于法拉第磁光效应的全光纤电流互感器能够对高压电流实现非介入式传感测量，与“互感”原理完全不同，采用数字控制技术，具有安全、准确、交直流兼容测量等特点，是高压电子式电流互感器的主要发展方向。目前通常的全光纤电流互感器技术方案是通过一个相位调制器实现电流信号的检测，从而大大提高了互感器的测量精度与长期稳定性。如图1所示的传统的全光纤电流互感器的结构图，包括光源1、分光器2、相位调制器3、传感元件4、光电探测器5、AD转换电路6、数字信号处理单元7和DA转换电路8等器件。其中，相位调制器3、分光器2、光电探测器5、AD转换电路6、数字信号处理单元7和DA转换电路8形成闭环结构。光源1发出的光通过分光器2进入相位调制器3，在相位调制器3中经相位偏置和相位补偿后通过保偏光纤进入传感元件4(Y型光电相位调制器需要经过一支保偏耦合器或分束器合光后与传感元件4相连)，传感元件4通常由1/4波片41、传感光纤环42和反射镜43组成，偏振光在传感元件4中经反射镜43反射后沿原光路返回至分光器2的另一端，携带相位差信息的光被光电探测器5探测转为电压信号，数字信号处理单元7控制AD转换电路6对光电探测器5的输出电压进行采样，把采样值进行数据处理后得到被测电流值并输出，同时控制一个DA转换电路8把偏置相位施加至相位调制器3，完成一个周期的调制解调。在智能电网的实际应用中，对电子式电流互感器的配置提出了双重化的要求。在Q/GDW_441-2010《智能变电站继电保护技术规范》6.3.1规定：“电子式互感器内应由两路独立的采样系统进行采集，每路采样系统应采用双AD系统接入MU，每个MU输出两路数字采样值由同一路通道进入一套保护装置，以满足双重化保护相互完全独立的要求。”针对有源电子式电流互感器，其为单向AD转换电路采集数据的方式，很容易实现对一路传感信号的双AD采集。而对于全光纤电流互感器，由于采用了闭环反馈的信号处理方式，除AD转换电路外，还有DA转换电路，相位调制器均只有一对调制电极对外连接，只能由一块DA转换电路与其相连，闭环反馈的DA转换电路与相位调制器的具体连接是将DA转换电路的输出通过线缆(一根地线和一根调制信号线)分别对应连接相位调制器对外开放的两电极端头(一个地电极和一个调制电极)，且DA转换电路输出的电流数值是积分处理的数据，难以通过增加AD转换电路实现双AD采样，即难以实现对采样电路整体双重化的目的。因此，在《智能变电站继电保护技术规范》中对于闭环方式的全光纤电流互感器规定为“每套FOCT内宜配置四个保护用传感元件，由四路独立的采样系统进行采集(单A/D系统)，每两路采样系统数据通过各自通道输出至同一MU”，如图2所示的配置图，图中未显示出相位调制器、分光器、光源和光电探测器等光学部件，数字信号处理单元采用FPGA。综上原因，标准中规定的配置方式使全光纤电流互感器的用量加倍，满足双采样双重化要求需要采用四套独立的全光纤电流互感器，使得应用成本加倍，尤其是相位调制器、分光器、光源和光电探测器等昂贵光学部件要准备四套，导致许多用户难以接受，严重阻碍了全光纤电流互感器的推广应用。而且这种配置方案结构复杂、体积大、安装繁琐，在变电站里大批量装备时不具备良好的实施性。
技术实现思路
本专利技术针对现有的全光纤电流互感器双重化设计不足在配置应用成本加倍以及结构复杂和体积大等问题，提供一种基于单一光路的开环独立双采样回路的全光纤电流互感器，采用单一光路，双AD采样并分别解调，以及同步配合方波控制DA转换的结构，解决FOCT双重化配置的问题，具有结构简单、体积小、成本低和集成度高等优点。本专利技术的技术方案如下：一种基于单一光路的开环独立双采样回路的全光纤电流互感器，其特征在于，包括相位调制模块、光电探测器、第一AD转换电路、第二AD转换电路和双采样数据处理单元，所述相位调制模块包括依次连接的方波控制电路、DA转换电路和相位调制器，所述相位调制器设置于单一光路中，所述第一AD转换电路和第二AD转换电路均连接光电探测器和双采样数据处理单元，所述双采样数据处理单元与方波控制电路中的时序信号同步；所述第一AD转换电路和第二AD转换电路对光电探测器的输出分别进行独立采样后将两路采样数据均输入至双采样数据处理单元，所述双采样数据处理单元对两路采样数据分别解调计算得到各自光强差进而得到两路电流值并分别进行电流补偿处理，所述双采样数据处理单元还将同步信号发送至方波控制电路，所述方波控制电路产生方波调制信号并经由DA转换电路输入至相位调制器进行相位调制。所述方波控制电路采用π/2，0，π/2，0的方波进行偏置调制生成方波调制信号。所述双采样数据处理单元包括第一解调模块、第二解调模块、第一补偿模块和第二补偿模块，所述第一解调模块分别连接第一AD转换电路和第一补偿模块，所述第二解调模块分别连接第二AD转换电路和第二补偿模块，所述第一解调模块和第二解调模块均与方波控制电路中的时序信号同步；所述第一解调模块接收第一AD转换电路的采样数据，并根据调制波的不同形态所对应的偏置调制干涉解调计算后得到相应的光强差，进而根据法拉第磁光效应得到第一路被测电流值；所述第一补偿模块进行电流补偿并输出补偿后的第一路被测电流值；所述第二解调模块接收第二AD转换电路的采样数据，并根据调制波的不同形态所对应的偏置调制干涉解调计算后得到相应的光强差，进而根据法拉第磁光效应得到第二路被测电流值；所述第二补偿模块进行电流补偿并输出补偿后的第二路被测电流值。所述第一补偿模块包括相互连接的第一温度补偿模块和第一线性补偿模块，所述第一温度补偿模块连接第一解调模块，所述第一温度补偿模块和第一线性补偿模块依次进行第一路被测电流值的温度补偿和线性补偿后输出补偿后的第一路被测电流值；和/或，所述第二补偿模块包括相互连接的第二温度补偿模块和第二线性补偿模块，所述第二温度补偿模块连接第二解调模块，所述第二温度补偿模块和第二线性补偿模块依次进行第二路被测电流值的温度补偿和线性补偿后输出补偿后的第二路被测电流值。所述光电探测器包括第一光电探测器和第二光电探测器，所述第一光电探测器与第一AD转换电路相连，所述第二光电探测器与第二AD转换电路相连。还包括第一调理电路和第二调理电路，所述光电探测器通过第一调理电路和第二调理电路分别连接第一AD转换电路和第二AD转换电路以分别进行信号放大调理后再独立采样。还包括第一调理电路和第二调理电路，所述第一光电探测器通过第一调理电路连接第一AD转换电路以将第一光电探测器输出的信号放大调理后再输入至第一AD转换电路采样，所述第二光电探测器通过第二调理电路连接第二AD转换电路以将第二光电探测器输出的信号放大调理后再输入至第二AD转换电路采样。所述单一光路还包括光源、第一分束器和光纤延迟线，所述光源、第一分束器、相位调制模块和光纤延迟线依次连接，所述相位调制器为直波导或Y波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单一光路的开环独立双采样回路的全光纤电流互感器，其特征在于，包括相位调制模块、光电探测器、第一AD转换电路、第二AD转换电路和双采样数据处理单元，所述相位调制模块包括依次连接的方波控制电路、DA转换电路和相位调制器，所述相位调制器设置于单一光路中，所述第一AD转换电路和第二AD转换电路均连接光电探测器和双采样数据处理单元，所述双采样数据处理单元与方波控制电路中的时序信号同步；所述第一AD转换电路和第二AD转换电路对光电探测器的输出分别进行独立采样后将两路采样数据均输入至双采样数据处理单元，所述双采样数据处理单元对两路采样数据分别解调计算得到各自光强差进而得到两路电流值并分别进行电流补偿处理，所述双采样数据处理单元还将同步信号发送至方波控制电路，所述方波控制电路产生方波调制信号并经由DA转换电路输入至相位调制器进行相位调制。

【技术特征摘要】
1.一种基于单一光路的开环独立双采样回路的全光纤电流互感器，其特征在于，包括相位调制模块、光电探测器、第一AD转换电路、第二AD转换电路和双采样数据处理单元，所述相位调制模块包括依次连接的方波控制电路、DA转换电路和相位调制器，所述相位调制器设置于单一光路中，所述第一AD转换电路和第二AD转换电路均连接光电探测器和双采样数据处理单元，所述双采样数据处理单元与方波控制电路中的时序信号同步；所述第一AD转换电路和第二AD转换电路对光电探测器的输出分别进行独立采样后将两路采样数据均输入至双采样数据处理单元，所述双采样数据处理单元对两路采样数据分别解调计算得到各自光强差进而得到两路电流值并分别进行电流补偿处理，所述双采样数据处理单元还将同步信号发送至方波控制电路，所述方波控制电路产生方波调制信号并经由DA转换电路输入至相位调制器进行相位调制。2.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器，其特征在于，所述方波控制电路采用π/2，0，π/2，0的方波进行偏置调制生成方波调制信号。3.根据权利要求2所述的全光纤电流互感器，其特征在于，所述双采样数据处理单元包括第一解调模块、第二解调模块、第一补偿模块和第二补偿模块，所述第一解调模块分别连接第一AD转换电路和第一补偿模块，所述第二解调模块分别连接第二AD转换电路和第二补偿模块，所述第一解调模块和第二解调模块均与方波控制电路中的时序信号同步；所述第一解调模块接收第一AD转换电路的采样数据，并根据调制波的不同形态所对应的偏置调制干涉解调计算后得到相应的光强差，进而根据法拉第磁光效应得到第一路被测电流值；所述第一补偿模块进行电流补偿并输出补偿后的第一路被测电流值；所述第二解调模块接收第二AD转换电路的采样数据，并根据调制波的不同形态所对应的偏置调制干涉解调计算后得到相应的光强差，进而根据法拉第磁光效应得到第二路被测电流值；所述第二补偿模块进行电流补偿并输出补偿后的第二路被测电流值。4.根据权利要求3所述的全光纤电流互感器，其特征在于，所述第一补偿模块包括相互连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东伟，李永兵，梁冰，徐知芳，
申请(专利权)人：易能乾元北京电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11