基于电压调制的光纤电流互感器动态性能标定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电压调制的光纤电流互感器动态性能标定方法，在光纤电流互感器数字闭环信号处理过程中引入附加电压调制相位，来模拟电力线电流引起的光学非互易性Farady相位，采用分段调制相位的办法，对光纤电流互感器输出数据进行分段处理，来标定光纤电流互感器的标度因数，并分析光纤电流互感器标度因数的线性度、对称性及重复性。本发明专利技术从光纤电流互感器数字闭环信号处理方法入手，从整体上来评估光纤电流互感器的动态特性，具有测试过程简捷、标定精度高的特点，并且可以单次完成多套光纤电流互感器的测试标定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电气测量
，涉及一种基于电压调制的光纤电流互感器动态性能快速标定方法。
技术介绍
光纤电流互感器克服了电磁式电流互感器在准确度、动态范围以及直流测量等方面的局限性，不但基波测量准，而且直流以及各次谐波都能准确测量，具有动态范围宽、绝缘性能好、测量精度高等优点，可以满足电能计量、电能质量监测、保护控制、故障录波以及电网动态观测等领域不断发展的需求，代表了电流互感器的发展方向，适应了智能电网的发展需求。光纤电流互感器是光纤传感领域中重要的一员，它是建立在Farady磁光效应基础上的光学干涉仪，即在闭合光路中从同一光源发出的光波，经过偏振特性处理，形成左右圆偏振特性的两束偏振光，沿相同的方向传播，并汇合至同一探测点而产生干涉；若闭合光路受电流磁场的影响，则左右圆偏振特性的两束偏振光波产生光程差，该光程差对应的Farady相位差与载体电流量成正比，光纤电流互感器的信号处理系统通过对光波相位差进行调制解调，得到载体电流量。光纤电流互感器通过借鉴光纤陀螺光电信号数字闭环反馈技术，实时测量光波环路中由磁场Farady效应导致的非互易性相位角，进而获取外部电流信息。电磁场-光波耦合感应技术及数字闭环反馈信号处理技术使光纤电流互感器具有动态范围宽、测量精度高、绝缘性能好等优点。光纤电流互感器克服了电磁式电流互感器所存在的磁滞饱和、波形畸变等弱点，满足现代电力系统对电流测量值可靠性的需求。目前，国内外对光纤电流互感器的静态特性测试已经形成了比较统一的方法，而对光纤电流互感器的动态特性的研究并不是很多，然而，光纤电流互感器的动态特性是表征其可靠性和环境适应性的重要性能指标，它的好坏直接决定了光纤电流互感器的应用范围，光纤电流互感器的测试方法在一定程度上制约着光纤电流互感器精度的提高。高精度的光纤电流互感器必须具备良好的动态特性。当光纤电流互感器应用于输电、变电系统时，系统对光纤电流互感器的动态特性指标有很高的要求，因此，测试分析光纤电流互感器的动态特性是确定光纤电流互感器可靠性的重要依据。目前，光纤电流互感器的动态特性测试标定过程是在大电流测试平台上面完成，测试标定过程中，需要大电流断路器、特殊信号发生器、标定装置等，由于测试过程中存在能源消耗大、设备折旧等问题，另外电流标定装置存在有限的电流标定范围等技术指标限制，导致光纤电流互感器动态特性测试存在费用昂贵、测试过程繁琐、效率低等方面的问题。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是克服现有技术难题，结合光纤电流互感器信号处理技术，提供一种无需在电流互感器标定现场测试，结构简单，降低了对测试环境的要求，并且可以单批次完成多台光纤电流互感器动态特性测试标定，可操作性强，效率高的。技术方案本专利技术的，包括以下步骤I)将三台光纤电流互感器的电光调制信号输入端与一台调制相位电压控制器的电压信号输出端相连，光纤电流互感器的信号输出端与数据录取器相连；2)控制调制相位电压控制器输出零值的电压，分别记录此时三台光纤电流互感器的输出数值序列，并求取出数值序列的均值分别为F10，F20, F30 ；3)依据光纤电流互感器中集成光学芯片的半波电压参数，取AU=(Un)/n，Un为集成光学芯片的半波电压值，n为大于5的整数，调节调制相位电压控制器依次输出以0. OV起始、AU为递增量，直至递增到集成光学芯片的半波电压参数，形成n个电压值组成的电压序列，即0. 0V, AU，2 AU，……Un;对应不同调制电压量值，分别记录三台光纤电流互感器的输出数值的均值序列为{F110，F120，…FlnO}，{F210，F220，...F2n0}和{F310，F320，... F3n0};然后，将三台光纤电流互感器输出数值的均值序列分别减去步骤2)中记录的光纤电流互感器输出数值的均值F10，F20, F30，即得到三台光纤电流互感器在不同控制电压值下的输出数据的无零偏均值序列{F11，F12，-Fin}, {F21,F22,…F2n}和{F31，F32，…F3n}；4)对光纤电流互感器关闭后再重启，将调制相位电压控制器的输出电压正负切换，然后控制输出电压为零值，分别记录此时三台光纤电流互感器的输出数值序列，并求取出数值序列的均值分别为NFlO，NF20, NF30 ；5)控制调制相位电压控制器输出与步骤3)中电压序列极性相反、幅值相等的反向电压序列，分别记录三套光纤电流互感器对应不同电压量值时的输出数值的均值为{NF110，NF120，...NFlnO}，{NF210，NF220，...NF2nO}，{NF310，NF320，…NF3nO};然后，将三台光纤电流互感器输出数值的均值序列分别减去步骤4)中记录的光纤电流互感器输出数值的均值NF10，NF20，NF30，即得到三台光纤电流互感器在不同反向控制电压值下的输出数据的无零偏均值序列{NF11，NF12，…NFln}，{NF21，NF22，…NF2n}，{NF31，NF32，…NF3n}；6)根据步骤3)得到的三台光纤电流互感器对应不同电压量值时的输出数值的无零偏均值序列{Fll，F12，. ..Fin}, {F21, F22， F2n}，{F31，F32，. . . F3n}，和步骤 5)记录的三台光纤电流互感器对应不同电压量值时的输出数值的无零偏均值序列{NF11，NF12, NFln}, {NF21, NF22, NF2n}，{NF31, NF32, NF3n}，由集成光学芯片的半波电压参数值计算出光纤电流互感器的量程，根据标度因数计算公式计算光纤电流互感器的标度因数、标度因数非线性度、标度因数不对称性和标度因数重复性。本专利技术的原理是光纤电流互感器的基本原理就是建立在磁光Farady效应基础上，电流磁场导致光纤中的两束光波产生光程差，进而得出与之相应的磁光Farady相位Os Os= (4NV)*I0Ut(I)其中，Os为电流磁场引起的Farady效应相位差,N为光纤匝数,V为维尔德系数，Iwt为电力线电流量，光纤匝数N、维尔德系数等参数均为定值，因此，电流互感器的输出相移Os与输入电流量Iwt成正比；光纤电流互感器就是利用磁光Farady效应，通过对光纤环中光束进行相位解调，进而敏感相位的变化来感知外部载体的电流信息。目前，国内外在光纤电流互感器信号处理方面，均采用数字闭环信号处理技术。数字闭环光纤电流互感器是通过在光纤环中加入非互易的补偿相移，来抵消由光纤环转动产生的磁光Farady相移，该补偿相移与磁光Farady相移大小相等，方向相反，使光纤电流互感器始终工作在相位零点附近，通过获取该补偿相移的大小来得出光纤电流互感器的转速信号。光纤电流互感器数字闭环信号处理系统主要由光源、耦合器、集成光学调制芯片(I0C)、波片、光电探测器、光纤环和反射镜组成。光源发出的光经过耦合器后由偏振器起偏，形成线偏振光；线偏振光以45°角注入保偏光纤,被平均注入保偏光纤的X轴和Y轴传输；当这两束正交模式的光经过入/4波片后，分别转变为左旋和右旋的圆偏振光，进入传感光纤；在传感光纤中由于传输电流产生磁场Farady效应,两束圆偏振光以不同的速度传输；由传感光纤端面的镜面反射后，两束圆偏振光的偏振模式互换，再次穿过传导光纤，并再本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电压调制的光纤电流互感器动态性能标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1）将三台光纤电流互感器的电光调制信号输入端与一台调制相位电压控制器的电压信号输出端相连，光纤电流互感器的信号输出端与数据录取器相连；2）控制调制相位电压控制器输出零值的电压，分别记录此时三台光纤电流互感器的输出数值序列，并求取出数值序列的均值分别为F10，F20，F30；3）依据光纤电流互感器中集成光学芯片的半波电压参数，取ΔU=(Un)/n，所述Un为集成光学芯片的半波电压值，n为大于5的整数，调节调制相位电压控制器依次输出以0.0V起始、ΔU为递增量，直至递增到集成光学芯片的半波电压参数，形成n个电压值组成的电压序列，即0.0V，ΔU，2ΔU，……Un；对应不同调制电压量值，分别记录三台光纤电流互感器的输出数值的均值序列为｛F110，F120，…F1n0｝，｛F210，F220，…F2n0｝和｛F310，F320，…F3n0｝；然后，将所述三台光纤电流互感器输出数值的均值序列分别减去所述步骤2）中记录的光纤电流互感器输出数值的均值F10，F20，F30，即得到三台光纤电流互感器在不同控制电压值下的输出数据的无零偏均值序列｛F11，F12，…F1n｝，｛F21，F22，…F2n｝和｛F31，F32，…F3n｝；4）对光纤电流互感器关闭后再重启，将调制相位电压控制器的输出电压正负切换，然后控制输出电压为零值，分别记录此时三台光纤电流互感器的输出数值序列，并求取出数值序列的均值分别为NF10，NF20，NF30；5）控制调制相位电压控制器输出与所述步骤3）中电压序列极性相反、幅值相等的反向电压序列，分别记录三套光纤电流互感器对应不同电压量值时的输出数值的均值为｛NF110，NF120，…NF1n0｝，｛NF210，NF220，…NF2n0｝，｛NF310，NF320，…NF3n0｝；然后，将所述三台光纤电流互感器输出数值的均值序列分别减去所述步骤4）中记录的光纤电流互感器输出数值的均值NF10，NF20，NF30，即得到三台光纤电流互感器在不同反向控制电压值下的输出数据的无零偏均值序列｛NF11，NF12，...NF1n｝，｛NF21，NF22，...NF2n｝， ｛NF31，NF32，…NF3n｝；6）根据所述步骤3）得到的三台光纤电流互感器对应不同电压量值时的输出数值的无零偏均值序列｛F11，F12，...F1n｝，｛F21，F22，...F2n｝，｛F31，F32，...F3n｝，和步骤5）记录的三台光纤电流互感器对应不同电压量值时的输出数值的无零偏均值序列｛NF11，NF12，...NF1n｝，｛NF21，NF22，...NF2n｝，｛NF31，NF32，...NF3n｝，由所述集成光学芯片的半波电压参数值计算出光纤电流互感器的量程，根据标度因数计算公式计算光纤电流互感器的标度因数、标度因数非线性度、标度因数不对称性和标度因数重复性。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王立辉，袁博文，刘刚，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：