调制解调全光纤电流互感器及方法技术

本申请提出一种调制解调全光纤电流互感器及方法。全光纤电流互感器包括宽带光源、耦合器、光纤起偏器、相位调制器、延时光纤、λ/4波片、传感光纤、反射镜、探测器、ADC电路、信号处理单元和DAC电路。光纤偏振器，将光起偏为线偏振光；相位调制器的输入光纤与光纤起偏器呈45

【技术实现步骤摘要】
调制解调全光纤电流互感器及方法


[0001]本申请涉及光纤传感
，具体而言，涉及一种调制解调全光纤电流互感器及方法。

技术介绍

[0002]在电力系统中，互感器是保护和测控的源头，它的安全可靠对电力系统的稳定运行意义重大。近年来，光纤电流互感器FOCT因其安全、无磁饱和、动态范围大等优点受到电力行业的广泛关注。尤其是FOCT系统中处于一次侧的传感环易于安装、方便维护。FOCT是由纯光纤组成，无任何电子元器件，所以抗老化能力强、且不受电磁干扰。
[0003]FOCT是基于法拉第磁光效应的偏振干涉仪。偏振光在光纤中传播时，受到闭合磁场的影响，它的偏振态将发生变化。从而通过测量偏振态的变化来测量被光纤包裹的一次导体中电流的大小。
[0004]FOCT主要由宽带光源、起偏器、相位调制器、延时光纤、传感环和光电探测器组成。其中调制解调算法是影响光纤电流互感器性能的重要因素。
[0005]目前光纤电流互感器所用调制解调算法主要采用两态方波调制、两态阶梯波调制、四态方波调制等算法，其中两态方波调制幅度为
±
π/2，调制周期为光纤电流互感器干涉光路本征渡越时间，调制交替重复进行。
[0006]但是常规解调方法无法适应大电流阶跃响应特性，尤其是柔性直流输电系统。当发生故障时，由于系统回路阻抗小，容易在短时间内产生较大的故障电流。
[0007]因此，基于对提高柔性直流输电系统的响应速度和对故障电流的抑制能力、提升电力系统的安全稳定性的需求，控制保护信号需要具有更快的采样速度和更宽的频带宽度，从而对柔性直流输电用直流电流互感器的暂态性能提出更高的要求。
[0008]阶跃响应特性是评价直流电流互感器暂态性能的重要技术指标之一。传统直流工程的阶跃响应特性的暂态性能和抗干扰能力较差。虽然传统方案中的闭环反馈默认被测电流足够小，满足sin(4VNI)近似条件，但是当短时电流波动较大时，这样的近似条件失效，导致电流解调异常。另外，由于宽带激光器存在衰耗和功率波动等问题，也会导致探测器接受的光功率异常，被误判为相位发生改变，进而导致解调电流值异常。针对传统光纤电流互感器的问题，行业内目前尚未提出有效的解决方案。
[0009]在所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0010]本申请提出一种调制解调全光纤电流互感器及方法，通过多个调制态的相互配合，实现纯光CT宽量程电流的快速跟踪测量，提升系统测量精度。
[0011]根据本申请的一方面，提出一种调制解调全光纤电流互感器，其特征在于，所述全光纤电流互感器包括宽带光源、光纤连接器、光纤起偏器、相位调制器、延时光纤、λ/4波片、
传感光纤、反射镜、探测器、ADC电路、信号处理单元和DAC电路，其中：
[0012]所述宽带光源，输出光；
[0013]所述光纤连接器，与所述宽带光源光纤连接；
[0014]所述光纤偏振器，与所述光纤连接器光纤连接，将光起偏为线偏振光；
[0015]所述相位调制器，调制所述线偏振光的相位；
[0016]所述延时光纤，与所述相位调制器光纤连接；
[0017]所述λ/4波片，使所述线偏振光变为圆偏振光；
[0018]所述传感光纤，与所述λ/4波片光纤连接；
[0019]所述反射镜，与所述传感光纤连接，使所述圆偏振光产生相位跃变；
[0020]所述探测器，与所述光纤连接器连接，将返回光转换为电信号；
[0021]所述ADC电路，与所述探测器连接，进行模数转换；
[0022]所述信号处理单元，与所述ADC电路连接，将接收的数字信号解调被测电流信息，根据所述解调被测电流信息计算所述相位调制器需要的相位，输出方波调制信号；
[0023]所述DAC电路，与所述信号处理单元连接，将所述方波调制信号进行数模转换，输入所述相位调制器，使得在所述延时光纤中引入非互易的π/2相位偏置，在所述延时光纤中引入产生反馈补偿相移，实现闭环反馈。
[0024]根据一些实施例，在第一个渡越时间，所述信号处理单元输出第一方波信号使得所述相位调制器产生
‑
π/2相位偏置。
[0025]根据一些实施例，在第二个渡越时间，所述信号处理单元输出第一方波信号使得所述相位调制器产生0相位偏置。
[0026]根据一些实施例，在第三个渡越时间，所述信号处理单元输出第一方波信号使得所述相位调制器产生π/2相位偏置。
[0027]根据一些实施例，在第四个渡越时间，所述信号处理单元输出第一方波信号使得所述相位调制器产生0相位偏置。
[0028]根据一些实施例，所述线偏振光经所述光纤起偏器与所述相位调制器的45
°
夹角后，分成两束偏振方向垂直的线偏光，沿所述延时光纤的快轴和慢轴振动。
[0029]根据一些实施例，所述λ/4波片的快轴与所述延时光纤的快轴呈45
°
夹角；
[0030]所述λ/4波片使沿其快慢轴传播的光相位偏差90
°
；
[0031]所述线偏光经所述λ/4波片后变为左旋圆偏光和右旋圆偏光。
[0032]根据本申请的另一方面，提出一种调制解调全光纤电流的方法，用于全光纤电流互感器，所述全光纤电流互感器包括宽带光源、耦合器、光纤起偏器、相位调制器、延时光纤、λ/4波片、传感光纤、反射镜、探测器、ADC电路、信号处理单元和DAC电路，其特征在于，所述方法包括：
[0033]在第一个渡越时间，所述相位调制器产生
‑
π/2相位偏置，所述探测器得到负半轴光强值；
[0034]在第二个渡越时间，所述相位调制器产生0相位偏置，所述探测器得到不调制光强值；
[0035]在第三个渡越时间，所述相位调制器产生+π/2相位偏置，所述探测器得到正半轴光强值；
[0036]在第四个渡越时间，所述相位调制器产生0相位偏置，所述探测器得到不调制光强值；
[0037]所述渡越时间为完成一次电流测量和闭环控制过程。
[0038]根据一些实施例，若电流变化缓慢，则根据下式获得原始光强值：
[0039][0040]其中，V是菲尔德常数，N是传感环圈数，I是被测电流，P1是所述第一个渡越时间内，得到的负半轴光强值；P3是所述第三个渡越时间内，得到的正半轴光强值；P0是所述原始光强值。
[0041]根据一些实施例，若电流变化陡峭，则根据下式获得所述原始光强值：
[0042][0043]其中，P2是第二个渡越时间内，得到不调制光强值。
[0044]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0045]通过参照附图详细描述其示例实施例，本申请的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调制解调全光纤电流互感器，其特征在于，所述全光纤电流互感器包括宽带光源、光纤连接器、光纤起偏器、相位调制器、延时光纤、λ/4波片、传感光纤、反射镜、探测器、ADC电路、信号处理单元和DAC电路，其中：所述宽带光源，输出光；所述光纤连接器，与所述宽带光源光纤连接；所述光纤偏振器，与所述光纤连接器光纤连接，将光起偏为线偏振光；所述相位调制器，调制所述线偏振光的相位；所述延时光纤，与所述相位调制器光纤连接；所述λ/4波片，使所述线偏振光变为圆偏振光；所述传感光纤，与所述λ/4波片光纤连接；所述反射镜，与所述传感光纤连接，使所述圆偏振光产生相位跃变；所述探测器，与所述光纤连接器连接，将返回光转换为电信号；所述ADC电路，与所述探测器连接，进行模数转换；所述信号处理单元，与所述ADC电路连接，将接收的数字信号解调被测电流信息，根据所述解调被测电流信息计算所述相位调制器需要的相位，输出方波调制信号；所述DAC电路，与所述信号处理单元连接，将所述方波调制信号进行数模转换，输入所述相位调制器，使得在所述延时光纤中引入非互易的π/2相位偏置，在所述延时光纤中引入产生反馈补偿相移，实现闭环反馈。2.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器，其特征在于，在第一个渡越时间，所述信号处理单元输出第一方波信号使得所述相位调制器产生
‑
π/2相位偏置。3.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器，其特征在于，在第二个渡越时间，所述信号处理单元输出第一方波信号使得所述相位调制器产生0相位偏置。4.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器，其特征在于，在第三个渡越时间，所述信号处理单元输出第一方波信号使得所述相位调制器产生π/2相位偏置。5.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器，其特征在于，在第四个渡越时间，所述信号处理单元输出第一方波信...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁晔，须雷，刘东超，罗苏南，阎嫦玲，邓劲东，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，
类型：发明
国别省市：