【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于全光纤电流互感器，具体涉及一种全光纤电流互感器。
技术介绍
1、换流站直流电流测量装置作为特高压常规直流输电、柔性直流输电系统中的关键设备，连接高压侧，完成一次电流信号采样并输出数字信号，为控制和保护系统提供准确可靠的测量信息，其可靠性对电网的稳定运行和信息安全至关重要。
2、直流电流测量装置主要分为有源分流器式电流互感器和无源全光纤电流互感器。分流器式电流互感器采用激光供能方式，成本较全光纤电流互感器低，主要问题为激光光源功耗大引起的高故障率影响、暂态响应不满足柔直工程要求。而全光纤电流互感器可同时测量直流电流和交流电流，其测量范围大、无磁饱和、响应速度快、测量精度高、抗电磁干扰能力强、绝缘结构简单可靠，是直流电流测量装置的重要发展方向。全光纤电流互感器目前主要分为开环有源调制型和闭环有源调制型。开环有源型产品的调制回路可靠性低，故障率较高，而采用有源电光调制器的闭环方案产品具有更好的抗干扰能力、小电流测量精度及更快的响应速度。
3、现有全光纤电流互感器技术方案采用基于铌酸锂光波导相位调制器的相位闭环反馈控制技术实现对通流导体内电流的高精度测量。整体可分为光传感单元及信号处理单元，光传感单元基于法拉第磁光效应、安培环路定理、干涉测量原理将被测电流信息反映在输出光信号的功率变化上，并通过光电转换模块输出电信号给信号处理单元，经信号处理单元解调输出正比于被测电流的光数字信号给保护、控制及故障录波装置，满足换流站对一次电流的数据需求。
4、现有全光纤电流互感器原理结构如图1所示。一次
5、光源发出的光波经耦合器、起偏器后变为线偏振光，经45°熔接点分解为两束相互正交的线偏振光，并分别沿调制器输入光纤的x轴和y轴传播，受调制器的调制后经延时环、保偏光纤到达四分之一波片。当这两束正交模式的光波经过四分之一波片后，分别变为左旋和右旋的圆偏振光进入保圆光纤，由于受到通流载体中电流产生的磁场作用，左、右旋圆偏振光分别以不同的速度传播，从而产生法拉第相位差。当光波经保圆光纤末端的反射镜反射后，这两束圆偏振光的偏振模式互换，再次通过保圆光纤并受到磁场作用，使得法拉第相位差加倍。根据安培环路定理及faraday磁致旋光效应，总的相位差为4vni，其大小主要由verdet常数、保圆光纤圈数n、一次电流i决定。这两束返回的光波再次通过四分之一波片后恢复为两束线偏振光并沿光纤返回，经过调制器的调制后在起偏器45°熔接点处发生sagnac效应干涉。干涉后的光经耦合器到达探测器，将光信号转换为电信号进入信号处理电路进行处理。
6、开环下干涉光功率对法拉第相位差不敏感，且无法识别一次电流方向。闭环全光纤电流互感器选用linbo3电光相位调制器，使用基于高频方波信号的相位偏置及基于阶梯波的相位反馈对全光纤电流互感器进行闭环控制。方波调制信号通过调制器交替引入±π/2的调制相位，保证系统工作在最高灵敏度，阶梯波会在两光波之间产生一个反馈相位差与电流引起的faraday相位差大小相等，符号相反，使得总的相位被控制在“零电流”点附近，实现了闭环工作。
7、在±π/2相位偏置下，探测器输出信号如下：
8、
9、±π/2下探测器输出光功率差为：
10、δp＝kpαp0sin(φs+φr)
11、当闭环稳态时，δp为0，反馈相位为系统输出，进行数字积分及比例系数转换后即可求得被测的一次电流值i。
12、在工程应用中，如图2所示，闭环全光纤电流互感器采用一次无源化的工程应用方案，产品由一次本体、保偏光缆和采集单元组成。其中一次本体位于高压侧，连接一次电流测量点，实现一次电流与光学相位信息的转换及偏振光信号的往返传输；采集单元组屏布置于控制室，实现偏振光信号的发送与接收、光电转换、数字处理与输出及对系统的闭环控制和逻辑自检等；保偏光缆作为信号传输单元，连接高压侧一次本体与采集单元，布置于电缆沟内，实现偏振光信号的往返传输；因采用独特的保偏光缆远距离传输方案，保证了一次高压侧的完全无源，有源器件、调制回路、控制板全部布置于控制室的采集单元内，提高了设备的可靠性和运维便捷性。高压一次侧无需维护，二次侧核心部件可靠运行，设备故障率低。板卡维护时，一次侧无需停电。
13、然而，上述的现有闭环全光纤电流互感器需要相位调制才能实现对电流的高精度测量，因此在光路中需要使用调制器。现有方案使用直波导电光相位调制，需要施加电压信号给器件才能工作，调制信号或调制器劣化造成相位调制异常会造成设备故障，因此对工作环境和条件要求较高，导致全光纤电流互感器的可靠性和适用性较差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种全光纤电流互感器，用于解决现有闭环全光纤电流互感器的光路中需要使用调制器导致电流互感器的可靠性和适用性较差的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种全光纤电流互感器，包括两路共用同一相位差耦合模块的光路；相位差耦合模块用于将输入的光信号分为多路输出并使输出的某路光信号与其他光信号之间具有无法在干涉时相互抵消的相位差；
3、各光路的相位差耦合模块a侧的光路段尾端连通，用于将相位差耦合模块输出的某个所述光路段对应的光信号逆向输入至另一所述光路段并以线偏振光的形式输入相位差耦合模块，以在相位差耦合模块b侧产生对应的干涉信号；
4、一路光路的相位差耦合模块b侧的光路段中包含用于将光源对应的光信号分为不同支路分别输入至相位差耦合模块b侧对应端口的光路段，另一路光路的相位差耦合模块b侧的光路段中包含用于将相位差耦合模块b侧处产生的各干涉信号进行输出的光路段，以根据所述干涉信号确定互感器对应的一次电流。
5、进一步地，各光路的相位差耦合模块a侧的光路段尾端通过同一保圆光纤连通，用于将相位差耦合模块输出的某个所述光路段对应的光信号通过保圆光纤逆向输入至另一所述光路段并以线偏振光的形式输入相位差耦合模块；
6、各光路的相位差耦合模块a侧的光路段上均设有起偏器模块和波片，用于将相位差耦合模块输出的某个所述光路段对应的光信号转换为圆偏振光以通过保圆光纤传输至另一所述光路段，并在另一所述光路段上将该圆偏振光还原为线偏振光，以输入相位差耦合模块；
7、两路光路的相位差耦合模块b侧的光路段上均设有用于分光或合并光信号的耦合器，分别用于将光源对应的光信号通过耦合器分为不同支路分别输入至相位差耦合模块b侧对应端口、将相位差耦合模块b侧处产生的各干涉信号进行合并输出；
8、各光路的相位差耦合模块b侧的光路段上还对应设有用于产生延时的延时模块，用于将对应的光信号在时间上分开。
9、进一步地，所述相位差耦合模块包括两侧均为3端口的3×3耦合器，所述3×3耦合器的直通端和耦合端输出的光信号存在120°的相位差；将光源对应的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全光纤电流互感器，其特征在于，包括两路共用同一相位差耦合模块的光路；相位差耦合模块用于将输入的光信号分为多路输出并使输出的某路光信号与其他光信号之间具有无法在干涉时相互抵消的相位差；
2.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器，其特征在于，各光路的相位差耦合模块A侧的光路段尾端通过同一保圆光纤连通，用于将相位差耦合模块输出的某个所述光路段对应的光信号通过保圆光纤逆向输入至另一所述光路段并以线偏振光的形式输入相位差耦合模块；
3.根据权利要求2所述的全光纤电流互感器，其特征在于，所述相位差耦合模块包括两侧均为3端口的3×3耦合器，所述3×3耦合器的直通端和耦合端输出的光信号存在120°的相位差；将光源对应的光信号分为不同支路分别输入至相位差耦合模块B侧对应端口的方式包括分为两路不同支路和分为三路不同支路；
4.根据权利要求3所述的全光纤电流互感器，其特征在于，还包括信号处理模块，用于根据所述干涉信号确定互感器对应的一次电流；在将光源对应的光信号分为两路不同支路分别输入至相位差耦合模块B侧对应端口的情况下，信号处理模块根据所述干涉信号确定互感
5.根据权利要求4所述的全光纤电流互感器，其特征在于，根据所述电流解调值，确定互感器对应的一次电流的方式包括：
6.根据权利要求1-5任一项所述的全光纤电流互感器，其特征在于，各光路的相位差耦合模块B侧的光路段上还设有环形器模块，用于在单次传输时在正方向或逆方向上将光信号从一个端口引导到另一个端口，以进行对应的光信号的正向和逆向传输；所述环形器为单模光纤环形器。
7.根据权利要求2-5任一项所述的全光纤电流互感器，其特征在于，所述延时模块为延时环；所述延时环光纤为单模光纤；至少一个耦合器的输入输出尾纤均为单模光纤。
8.根据权利要求1-5任一项所述的全光纤电流互感器，其特征在于，还包括设置在光源与将光源对应的光信号分为不同支路分别输入至相位差耦合模块B侧对应端口的光路段之间的光路段上的光隔离器，用于保证光路的单向传输；
9.根据权利要求1-5任一项所述的全光纤电流互感器，其特征在于，所述全光纤电流互感器包括一次本体，所述共用同一相位差耦合模块的光路设置在所述一次本体中。
10.根据权利要求1-5任一项所述的全光纤电流互感器，其特征在于，用于将光源对应的光信号分为不同支路分别输入至相位差耦合模块B侧对应端口的光路段所分出的不同支路的光信号功率相等；所述相位差耦合模块将输入的光信号分为多路输出时所输出的光信号功率相等。
...【技术特征摘要】
1.一种全光纤电流互感器，其特征在于，包括两路共用同一相位差耦合模块的光路；相位差耦合模块用于将输入的光信号分为多路输出并使输出的某路光信号与其他光信号之间具有无法在干涉时相互抵消的相位差；
2.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器，其特征在于，各光路的相位差耦合模块a侧的光路段尾端通过同一保圆光纤连通，用于将相位差耦合模块输出的某个所述光路段对应的光信号通过保圆光纤逆向输入至另一所述光路段并以线偏振光的形式输入相位差耦合模块；
3.根据权利要求2所述的全光纤电流互感器，其特征在于，所述相位差耦合模块包括两侧均为3端口的3×3耦合器，所述3×3耦合器的直通端和耦合端输出的光信号存在120°的相位差；将光源对应的光信号分为不同支路分别输入至相位差耦合模块b侧对应端口的方式包括分为两路不同支路和分为三路不同支路；
4.根据权利要求3所述的全光纤电流互感器，其特征在于，还包括信号处理模块，用于根据所述干涉信号确定互感器对应的一次电流；在将光源对应的光信号分为两路不同支路分别输入至相位差耦合模块b侧对应端口的情况下，信号处理模块根据所述干涉信号确定互感器对应的一次电流的方式包括：
5.根据权利要求4所述的全光纤电流互感器，其特征在于，根据所述电流解调值，确定...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩笑，刘超，杨向阳，孙延兵，赵盼盼，张春晓，张贺，郑勇，寄晓栋，薛潇敏，刘元东，魏少鹏，张旭乐，范彩云，李灿，姜鹏飞，郑拓夫，袁亮，柏耀星，杨光辉，刘海洋，赵玉恒，王帅，王恒，焦建强，任经硕，
申请(专利权)人：许继电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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