一种基于实时光功率监测的光纤电流互感器误差补偿方法技术

一种基于实时光功率监测的光纤电流互感器误差补偿方法，涉及电力系统电流测量技术领域。本发明专利技术是为了解决由于SLD光源的输出功率衰减和中心波长漂移，导致光纤电流互感器存在测量误差的问题。本发明专利技术实时提取光纤电流互感器中光电探测器输出电信号的直流分量，并将该直流分量转换为数字信号，进而计算所述光纤电流互感器中光源的光功率；利用光功率分别计算中心波长和相位差；利用中心波长计算变比修正系数；利用相位差和变比修正系数对光纤电流互感器未修正的输出结果进行修正，获得修正后的输出结果。输出结果。输出结果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于实时光功率监测的光纤电流互感器误差补偿方法


[0001]本专利技术属于电力系统电流测量


技术介绍

[0002]随着智能电网的发展和新型电力系统的构建，未来电网的电压电流信号将呈现宽频化特征。光纤电流互感器(Fiber Optical Current Transformer，简称FOCT)以其绝缘性能好、测量频带宽、动态范围大等优势成为传统电流互感器的理想替代品。
[0003]作为光纤电流互感器的核心器件之一，光源对光纤电流互感器的性能有至关重要的影响。超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode，简称SLD)是近些年发展起来的一种半导体发光器件，兼有输出光功率大、光谱宽的优点，与半导体激光器相比有更宽的光谱宽度和更短的相干长度，与半导体发光二极管相比有更高的输出光功率，可以满足多种光学传感器，尤其是光纤电流互感器的应用需求，成为光纤电流互感器的理想光源。但是，SLD光源是对温度敏感的器件，光纤电流互感器的测量结果受光源输出功率和中心波长的影响很大。目前采取的措施是通过温控和恒流驱动两种方法来稳定SLD光源的输出功率。但就现有SLD的技术水平而言，长期运行过程中，SLD光源的输出功率衰减和中心波长漂移仍然是不可避免的。因此，必须采取相应的措施来稳定SLD光源的输出功率和中心波长以保证光纤电流互感器测量误差的长期稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决由于SLD光源的输出功率衰减和中心波长漂移，导致光纤电流互感器存在测量误差的问题，现提供一种基于实时光功率监测的光纤电流互感器误差补偿方法。
[0005]一种基于实时光功率监测的光纤电流互感器误差补偿方法，具体为：
[0006]提取采样时刻n时光纤电流互感器中光电探测器输出电信号的直流分量，并将该直流分量转换为数字信号U
D
；
[0007]利用所述数字信号U
D
计算所述光纤电流互感器中光源的光功率P；
[0008]利用所述光功率P分别计算光纤电流互感器中光源的中心波长λ和相位差Δθ；
[0009]利用所述中心波长λ计算变比修正系数ΔK；
[0010]利用所述相位差Δθ和所述变比修正系数ΔK对光纤电流互感器在采样时刻n时未修正的输出结果i(n)进行修正，获得修正后的输出结果i
s
(n)。
[0011]进一步的，利用下式计算光功率P：
[0012][0013]其中，A为所述光电探测器的光电转换系数，α为光路衰减系数，所述光路为光纤电流互感器中光源输出端至所述光电探测器输入端之间的光路。
[0014]进一步的，利用下式计算中心波长λ：
[0015][0016]其中，b
r
为多项式拟合系数，r＝0,1,2,...,m，m为多项式阶数，P
r
为P的r次方。
[0017]进一步的，上述多项式拟合系数b
r
的获得方法为：
[0018]保持所述光纤电流互感器中光源的管芯温度不变，调整所述光源的驱动电流，获得不同驱动电流对应的光功率和中心波长，并将这些光功率和中心波长构成数据集，
[0019]根据所述数据集利用多项式拟合的方法获得多项式拟合系数b
r
。
[0020]进一步的，利用下式计算相位差Δθ：
[0021][0022]其中，f为被测电流频率，τ为光纤电流互感器的解调周期，K
r
为反馈比例系数，K
q
为前向比例系数，P0为初始光功率，α为光路衰减系数，所述光路为光纤电流互感器中光源输出端至所述光电探测器输入端之间的光路。
[0023]利用下式计算变比修正系数ΔK：
[0024][0025]其中，K0为光纤电流互感器的初始变比系数，λ0为初始中心波长。
[0026]利用下式获得光纤电流互感器修正后的输出结果i
s
(n)：
[0027][0028]其中，a
h
为相位修正系数，K0为光纤电流互感器的初始变比系数，h＝0,1,2,...,M
‑
1，M为移相点数量，i(n
‑
h)为光纤电流互感器未修正的输出电流。
[0029]根据相位差Δθ在相位修正系数表中查询获得相位修正系数a
h
，且a
h
满足下式：
[0030][0031]本专利技术的有益效果在于：
[0032]本专利技术通过实时监测光源光功率，实现了对光纤电流互感器输出结果的实时修正，补偿了光源光功率衰减引入的测量误差问题，特别是对相位误差的补偿，无需对光源进行复杂的恒功率控制，提高了光纤电流互感器的运行稳定性和可靠性。
附图说明
[0033]图1为本专利技术所述光纤电流互感器误差补偿方法的原理框图；
[0034]图2为数字信号处理部分的原理框图；
[0035]图3为误差补偿模块的原理框图；
[0036]图4为现有闭环控制的光纤电流互感器的工作原理框图；
[0037]图5为现有闭环控制的光纤电流互感器的电气原理框图；
[0038]图6为光源输出光功率与中心波长的关系曲线图。
具体实施方式
[0039]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0040]现有的光纤电流互感器工作原理如图4所示，其中：SLD光源发出的光经过耦合器后通过偏振器形成线偏振光。线偏振光经过45
°
光纤熔接点送入相位调制器，被分成两束正交的线偏振光，分别沿着延迟光纤的快、慢轴传输。这两束线偏振光经过λ/4波片后，分别变成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光进入传感光纤。两束圆偏振光在被测电流i
P
产生的磁场作用下产生相位差，即Faraday(法拉第)旋光角经反射镜反射后第二次通过传感光纤，Faraday旋光角倍增，再次经过λ/4波片回复成线偏振光，通过相位调制器进行二次相位调制后由线偏振器输出到光电转换器，进行信号采集，并转换为电信号进行处理，将电信号解调为Faraday旋光角，进而得到被测电流相关信息。
[0041]如图1和图5所示，传感光纤环节基于Faraday磁光效应获得对应于被测电流i
P
的Faraday旋光角前向通道环节，用于信号解调和处理，并最终获得对应于Faraday旋光角的二次电流的数字输出i
S
；反馈通道环节，用于产生对应于Faraday旋光角的闭环控制的反馈补偿相移光功率监测环节，用于监测光源输出光功率P。
[0042]所述前向通道环节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于实时光功率监测的光纤电流互感器误差补偿方法，其特征在于，具体为：提取采样时刻n时光纤电流互感器中光电探测器输出电信号的直流分量，并将该直流分量转换为数字信号U
D
；利用所述数字信号U
D
计算所述光纤电流互感器中光源的光功率P；利用所述光功率P分别计算光纤电流互感器中光源的中心波长λ和相位差Δθ；利用所述中心波长λ计算变比修正系数ΔK；利用所述相位差Δθ和所述变比修正系数ΔK对光纤电流互感器在采样时刻n时未修正的输出结果i(n)进行修正，获得修正后的输出结果i
s
(n)。2.根据权利要求1所述的一种基于实时光功率监测的光纤电流互感器误差补偿方法，其特征在于，利用下式计算光功率P：其中，A为所述光电探测器的光电转换系数，α为光路衰减系数，所述光路为光纤电流互感器中光源输出端至所述光电探测器输入端之间的光路。3.根据权利要求1所述的一种基于实时光功率监测的光纤电流互感器误差补偿方法，其特征在于，利用下式计算中心波长λ：其中，b
r
为多项式拟合系数，r＝0,1,2,...,m，m为多项式阶数，P
r
为P的r次方。4.根据权利要求3所述的一种基于实时光功率监测的光纤电流互感器误差补偿方法，其特征在于，多项式拟合系数b
r
的获得方法为：保持所述光纤电流互感器中光源的管芯温度不变，调整所述光源的驱动电流，获得不同驱动电流对应的光功率和中心波长，并将...

【专利技术属性】
技术研发人员：于文斌，袁兆祥，肖智宏，马为民，申洪明，刘文轩，刘颖，张祥龙，王紫琪，田雨洲，陈炜，韩柳，张国庆，郭志忠，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学黑龙江省工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：