CN104569567B - 自适应复合反馈光学电流互感器及测定电流方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电力系统高压线路电流测量及控制应用领域的一种自适应复合反馈光学电流互感器及测定电流方法。所述自适应复合反馈光学电流互感器包括磁光传感单元为双环复合磁光传感单元和N个单级磁光传感单元的两种结构；电流互感器，由智能随调光源、光分路器、前置光探测器、后置光探测器、磁光传感单元、准直器、起偏器和检偏器按照光传输光路布置构成；同时，还给出了电流测定方法。本发明采用复合传感技术，解决了因时变参数所导致的光学电流互感器测量精度的问题；采用光学传感回路闭环负反馈结构，消除了环境温度等引起的光学电流互感器本底光强的随机变化，进一步提高了测量精度。
Description
技术领域
本发明属于电力系统高压线路电流测量及控制应用技术领域，特别涉及一种自适应复合反馈光学电流互感器及测定电流方法。
背景技术
电流互感器是电力系统计量和保护控制的重要设备，电磁式电流互感器经过长期发展，其测量稳态电流的精度可达万分之几，甚至更高；可是在短路故障情况下电磁式电流互感器出现严重的磁饱和现象，导致二次输出电流波形失真，不能描述短路电流的过渡过程，这是继电保护误动和拒动的主要原因之一。今后，电力系统的监视与控制将走向全时间过程，从局部走向全局。继电保护的误动和拒动会给电力系统带来灾难性的事故，因此，人们正在构建电力系统安全防御体系。
传统的电磁式电流互感器不能反映电网动态过程，迫切需要新型的电流互感器，于是基于法拉第磁光效应的光学电流互感器受到重视，特别是直通光路和块状光学电流互感器。2007年5月16日中国专利局公开了申请号为200510117694.8名称为“光学电流互感器及其测定电流的方法”的发明专利说明书。其技术方案是：传感头为直条状磁光材料，沿直线布置的输入光纤、输入自聚焦透镜、起偏器、光学传感头、检偏器、平行输出自聚焦透镜和光纤及垂直输出自聚焦透镜和光纤构成基本光路。被测电流通过环形导体，在其腔内建立平行磁场，在磁场内至少有一条基本光路，其传感头与磁力线平行。多个光路时各传感头等长且到环形导体轴线等距，每光路的输出光纤分别接低压侧的两个光电转换器，输出平行电压信号和垂直电压信号，从而算出被测电流。
该发明传感头中的偏振光直通，克服“光绕电”式的光学电流互感器的光路缺陷，不会因反射面变性而失稳。该互感器能长期稳定运行且测量精度较高；但是该发明还有不足之处，表现在：该方法在测量交流电流是采用多个光路求平均值提高测量精度，由于在法拉第磁光效应的光学电流互感器中，线性双折射、Verdet常数等参数与法拉第旋转角乘积在一起，这些参数在实际运行过程中是时变量，采用该专利的方法无法将其完全分离，这样的光学电流互感器测量精度的提高也很有限。因此要解决的技术问题是提供一种双环复合传感光学电流互感器，用以分离光学电流互感器的线性双折射和Verdet常数等时变参数，并加以计算消除，进一步提高光学电流互感器的测量精度。
发明内容
本发明的目的提供了一种自适应复合反馈光学电流互感器及测定电流方法，所述自适应复合反馈光学电流互感器包括磁光传感单元为双环复合磁光传感单元和N个单级磁光传感单元的两种结构；分述如下：
一种自适应复合反馈光学电流互感器包括智能随调光源、光分路器、前置光探测器、后置光探测器、磁光传感单元、准直器、起偏器和检偏器，其特征在于，该光学电流互感器的磁光传感单元为双环复合磁光传感单元；所述光学电流互感器由智能随调光源31、一级光分路器17、二级光分路器18、一级前置光探测器19、二级前置光探测器20、双环复合磁光传感单元12、二级垂直光探测器21、二级平行光探测器22、一级平行光探测器23和智能光学矢量信号处理器32配置而成；其中智能随调光源31、一级光分路器17和双环复合磁光传感单元12串联布置，智能光学矢量信号处理器32分别连接智能随调光源31和双环复合磁光传感单元12；所述一级前置光探测器19、二级前置光探测器20、二级垂直光探测器21、二级平行光探测器22、一级平行光探测器23分别和智能光学矢量信号处理器32连接；一级光分路器17和二级光分路器18分别与一级前置光探测器19和二级前置光探测器20连接。
所述双环复合磁光传感单元12的构成包括：一级磁光材料3和二级磁光材料33紧贴在一起，一级磁光材料3比二级磁光材料33长1/3～1/4；包括一级输入准直器1、一级起偏器2布置在一级磁光材料3的左端、一级检偏器4、一级平行准直器5布置在一级磁光材料3的右端、一级垂直输出准直器6布置在一级检偏器4的下面，并与一级平行准直器5垂直，其输出对准二级光分路器18；二级输入准直器7、二级起偏器8布置在二级磁光材料33的左端、二级检偏器9、二级平行准直器10布置在二级磁光材料33的右端，二级垂直准直器11布置在二级检偏器9的下面，并与二级平行准直器10垂直，一级平行准直器5、二级平行准直器10和二级垂直准直器11的输出分别对准一级平行光探测器23、二级平行光探测器22和二级垂直光探测器21；所述一级磁光材料3和二级磁光材料33为直条状磁光传感玻璃或者直条状磁光传感晶体，或是磁光传感光纤；当一级磁光材料3和二级磁光材料33是磁光传感光纤时，磁光传感光纤是均匀绕制在圆柱形通电导体45上。
所述的智能随调光源31由光源控制CPU 13、预制信号发生器14、信号功率驱动器15和随调光源16顺次连接构成；其中随调光源16与一级光分路器17连接，光源控制器CPU13与智能光学矢量信号处理器32连接。
所述智能光学矢量信号处理器32包括：预制信号成分分离单元24、前置信号成分分离单元25、垂直矢量信号锁定单元26、平行矢量信号锁定单元27和后置信号成分分离单元28分别与信号模数转换器30连接，信号模数转换器30和信号处理CPU 29连接，信号处理CPU 29和光源控制CPU 13连接。
所述垂直矢量信号锁定单元26和平行矢量信号锁定单元27采用相同的结构统称为矢量信号锁定单元；所述矢量信号锁定单元由矢量信号窄带预制单元46的输出端分别与矢量信号乘积单元47的输入端和矢量信号延迟乘积单元48的输入端相连；矢量信号乘积单元47的信号输出端与到矢量信号延迟乘积单元48的输入端相连，矢量信号乘积单元47的信号输出端和矢量信号延迟乘积单元48的输出端分别与矢量信号处理单元49的输入端相连构成；其中，矢量信号窄带预制单元46由初级放大器50、预制频带滤波器51和中级放大器52顺次连接组成；矢量信号乘积单元47由预制信号发生器53、信号乘法滤波器54和低通滤波器55顺次连接组成；矢量信号延迟乘积单元48由预制信号相位延迟器56、延迟信号乘法滤波器57和延迟低通滤波器58顺次连接组成；矢量信号处理单元49由AD模拟/数字转换器59、矢量信号CPU中央处理器60和DA数字/模拟转换器61顺次连接组成。
所述预制信号成分分离单元24、前置信号成分分离单元25和后置信号成分分离单元28采用相同的结构，统称为信号成分分离单元63；所述的信号成分分离单元63由同步减法器64的输出分别与上升隔离开关66、限幅整形器69和信号成分分离单元63的输出端相连；所述限幅整形器69的输出端与H分频器70相连，H分频器70的输出端分别与上升隔离开关66和下降隔离开关68相连，上升隔离开关66的输出与周期积分器67相连，周期积分器67的输出信号通过下降隔离开关68进入到跟随保持器65，跟随保持器65的输出与同步减法器64相连组成。
一种自适应复合反馈光学电流互感器，所述光学电流互感器包括智能随调光源、光分路器、前置光探测器、后置光探测器、磁光传感单元、准直器、起偏器和检偏器，其特征在于，该光学电流互感器的磁光传感单元包括N个单级磁光传感单元；由智能随调光源31、N个单级磁光传感单元、光分路器、单级前置光探测器、单级后置光探测器和单级智能光学矢量信号处理器62按照光传输光路布置构成；所述单级磁光传感单元由D-1单级磁光传感单元至D-N单级磁光传感单元顺序串联，其中D-1单级磁光传感单元至D-N单级磁光传感单元结构相同，且N为1以上的正整数；每个单级磁光传感单元由单级光分路器34分别连接单级前置光探测器41及单级磁光路43的左端，单级磁光路43的右端连接单级平行光探测器42构成；在各单级磁光传感单元中，上一级单级垂直输出准直器40与下一级的单级光分路器34连接，但最后一级的单级垂直输出准直器40与单级后置光探测器44连接；D-1单级磁光传感单元的单级前置光探测器41与预制信号成分分离单元24连接，D-2、至D-N单级磁光传感单元的单级前置光探测器41分别连接对应的前置信号成分分离单元25，D-1单级磁光传感单元的单级平行光探测器42连接后置信号成分分离单元28，D-2、至D-N单级磁光传感单元的单级平行光探测器42分别连接对应的平行矢量信号锁定单元27。
所述单级智能光学矢量信号处理器62包括：预制信号成分分离单元24、D-2、至D-N单级磁光传感单元的单级平行光探测器42对应的前置信号成分分离单元25、垂直矢量信号锁定单元26、D-2、至D-N单级磁光传感单元的单级平行光探测器42对应的平行矢量信号锁定单元27和后置信号成分分离单元28分别与信号模数转换器30连接，信号模数转换器30和信号处理CPU 29连接，信号处理CPU 29和光源控制CPU 13连接。
所述单级磁光路43由单级输入准直器35和单级起偏器36布置在单级磁光材料37的左端、单级检偏器38和单级平行输出准直器39布置在单级磁光材料37的右端，单级平行输出准直器39和单级平行光探测器42连接，单级检偏器38下面布置单级垂直输出准直器40，并与单级平行输出准直器39垂直；每个单级磁光传感单元中的单级磁光路43均匀固定于通电导体45的四周；单级磁光路43的通光方向与导体通过电流方向相互垂直；所述每个单级磁光材料37的中心线与通电导体45的中心线的垂直距离相等时，每个单级磁光传感单元中的单级磁光材料37的长度不同；所述每个单级磁光材料37的中心线与圆柱形通电导体45的中心线的垂直距离不相等时，每个单级磁光传感单元中的单级磁光材料37的长度相同；其中单级磁光材料37为直条状磁光传感玻璃或者直条状磁光传感晶体、或是磁光传感光纤；当单级磁光材料37是磁光传感光纤时，单级磁光材料37是均匀绕制在圆柱形通电导体45上。
一种使用自适应复合反馈光学电流互感器测定电流方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：
步骤1：将磁光传感单元紧贴于被测电流高压线路，且与高压线路之间的空隙小于等于2mm，令被测电流产生的磁场通过磁光传感单元的的光路；
步骤2：启动智能随调光源31，一级光分路器17分出的一路光信号进入一级前置光探测器19后，输出的电压信号通过预制信号成分分离单元24分离出直流电信号，通过信号模数转换器30进入信号处理CPU29，记录信号为VJ1；
步骤3：双环复合磁光传感体12通过一级平行准直器5输出的光信号进入一级平行光探测器23输出电信号，通过信号模数转换器30进入信号处理CPU29，记录信号为VJ2；
步骤4：双环复合磁光传感体12通过一级垂直准直器6输出的光信号进入二级光分路器18后，其中第一路光进入二级前置光探测器20，通过前置信号成分分离单元25分离出直流电信号，通过信号模数转换器30进入信号处理CPU29，记录信号为VJ3；
步骤5：双环复合磁光传感体12通过一级垂直准直器6输出的光信号进入二级光分路器18后，其中第二路光进入二级输入准直器7，之后光信号通过二级起偏器8、二级检偏器9和二级平行准直器10，进入二级平行光探测器22，通过平行矢量信号锁定单元27锁定输出二倍频电信号，通过信号模数转换器30进入信号处理CPU29，记录信号为VJ4；
步骤6：二级垂直准直器11输出的光信号进入二级垂直光探测器21，通过垂直矢量信号锁定单元26锁定输出基频信号，通过信号模数转换器30进入信号处理CPU29，记录信号为VJ5；
步骤7：在信号处理CPU29进行如下计算：
上式中V是计算输出结果，K1为比例系数，其值的范围为0.001-10000；
步骤8：信号处理CPU29按照IEC61859-9-1或者IEC61859-9-2的协议输出计算结果。
本发明的有益效果是与现有技术相比较，本发明的优点如下：
1、采用复合传感技术，偏振光通过磁场作用的光学传感材料后由偏光分束棱镜分成两束光，将垂直光回馈到光学传感系统中，可以得到复合传感后的输出光。在两次复合传感中，传感材料中的线性双折射是一致的，而法拉第旋转角是不同的，导致的光学电流互感器测量精度；通过自适应计算就可以将影响测量精度的时变参数抑制，从而解决了因时变参数所导致的光学电流互感器测量精度的问题。
2、采用光学传感回路闭环负反馈结构，消除了环境温度等引起的光学电流互感器本底光强的随机变化，进一步提高了测量精度。
3、磁光传感光路安装于导热性良好的非铁磁材料金属的密封壳体中，在工艺过程中和运行过程中可以防止污染，提高了光学电流互感器的精度和运行稳定性。
4、智能光学矢量信号处理采用自适应信号反馈锁定技术，极大地提高了关键时变参数提取的精度，克服了现有技术的二次信号处理中元件累积误差的缺点，从而提高了测量精度。
附图说明
图1是自适应的双环复合传感光学电流互感器的示意图。
图2是自适应单级复合传感光学电流互感器的示意图。
图3是单级磁光路在通电导体周围布置示意图。
图4是矢量信号锁定单元的结构示意图。
图5是信号成分分离单元的结构示意图。
图6矢量信号同步乘积单元的电路原理图。
图7是矢量信号延迟乘积单元的电路原理图。
图8是矢量信号窄带预制单元的电路原理图。
图9是信号成分分离单元的电路原理图。
图10为传感材料为传感光纤的双环复合传感光学电流互感器的示意图。
具体实施方式
本发明提出一种自适应复合反馈光学电流互感器及测定电流方法，下面结合附图，对优选实施例作详细说明。
图1为自适应双环复合传感光学电流互感器的示意图。该光学电流互感器的磁光传感单元为双环复合磁光传感单元；所述光学电流互感器由智能随调光源31、一级光分路器17、二级光分路器18、一级前置光探测器19、二级前置光探测器20、双环复合磁光传感单元12、二级垂直光探测器21、二级平行光探测器22、一级平行光探测器23和智能光学矢量信号处理器32配置而成；其中智能随调光源31通过光纤与一级光分路器17的输入光法兰相连，一级光分路器17的两根输出光纤分别与一级前置光探测器19和双环复合磁光传感单元12相连，双环复合磁光传感单元12的四根输出光纤分别与一级平行光探测器23、二级平行光探测器22、二级垂直光探测器21和二级光分路器18的输入光法兰相连，二级光分路器18输出两根光纤，分别连接与二级前置光探测器20和双环复合磁光传感体12相连，一级前置光探测器19、二级前置光探测器20、二级垂直光探测器21、二级平行光探测器22和一级平行光探测器23输出的电信号与智能光学矢量信号处理单元32相连，智能光学矢量信号处理单元32进行自适应计算后输出控制信号给智能随调光源13中的光源控制CPU13。
其光束传输光路为智能随调光源31发出的光通过一级光分路器17分成两束光，一路接入一级前置光探测器19；另一路进入双环复合磁光传感单元12中，依次通过一级输入准直器1、一级起偏器2、一级磁光材料3和一级检偏器4，一方面通过一级垂直输出准直器6进入二级光分路器18后被分成两束光；另一方面通过一级平行准直器5进入一级平行光探测器23；二级光分路器18分成的两束光一束光进入二级前置光探测器20；另一束光依次通过二级输入准直器7、二级起偏器8、二级磁光材料33和二级检偏器9，一方面通过二级垂直准直器11进入二级垂直光探测器21；另一方面通过二级平行准直器10进入二级平行光探测器22。
图2为自适应单级复合传感光学电流互感器结构示意图，该光学电流互感器的磁光传感单元包括N个单级磁光传感单元；由智能随调光源31、N个单级磁光传感单元、光分路器、单级前置光探测器、单级后置光探测器和智能光学矢量信号处理器32按照光传输光路布置构成；所述N个单级磁光传感单元的N为1-4；即该单级磁光传感单元由D-1单级磁光传感单元、D-2单级磁光传感单元、D-3单级磁光传感单元和D-4单级磁光传感单元的光路依次串联组成，其各单级磁光传感单元结构相同，每个单级磁光传感单元由单级光分路器34分别连接单级前置光探测器41及单级磁光路43的左端，单级磁光路43的右端连接单级平行光探测器42构成；在各单级磁光传感单元中，上一级单级垂直输出准直器40与下一级的单级光分路器34连接，但最后一级的单级垂直输出准直器40与单级后置光探测器44连接；D-1单级磁光传感单元的单级前置光探测器41与预制信号成分分离单元24连接，D-2、至D-N单级磁光传感单元的单级前置光探测器41分别连接对应的前置信号成分分离单元25，D-1单级磁光传感单元的单级平行光探测器42连接后置信号成分分离单元28，D-2、至D-N单级磁光传感单元的单级平行光探测器42分别连接对应的平行矢量信号锁定单元27。四个单级磁光路43分别均匀分布于通电导体45的四周(如图3所示)，每个单级磁光路43的通光方向在通电导体45的电流流动方向的外切圆上。
图4为矢量信号锁定单元62的结构图。矢量信号锁定单元62由矢量信号窄带预制单元46、矢量信号乘积单元47、矢量信号延迟乘积单元48和矢量信号处理单元49所组成；输入电信号通过结点P1连接到矢量信号窄带预制单元46的输入端，矢量信号窄带预制单元46的输出端P2与矢量信号乘积单元47的输入端点P3和矢量信号延迟乘积单元48的输入端点P6相连；矢量信号乘积单元47的信号输出端点P5与到矢量信号延迟乘积单元48的输入端点P7相连，矢量信号乘积单元47的信号输出端点P4和矢量信号延迟乘积单元48的输出端点P8与矢量信号处理单元49的AD转换器的输入端相连，矢量信号处理单元49进行计算后输出锁定信号。
矢量信号处理单元49接收到矢量信号乘积单元47和矢量信号延迟乘积单元48输出的信号，并进行自适应计算，其中，VP4是矢量信号乘积单元47的输出信号，VP8是矢量信号延迟乘积单元48的输出信号；Va是矢量信号处理单元49计算所得到的矢量信号在特定频率下的信号幅值，θa是矢量信号处理单元49计算所得到的矢量信号在特定频率下的信号相位。
图5为信号成分分离单元63的结构图。输入电信号通过结点P9连接到同步减法器64，同步减法器64的输出分别与上升隔离开关66、限幅整形器69和输出端点P10相连，限幅整形器69的输出与H分频器70相连，H分频器70的输出与上升隔离开关66和下降隔离开关68相连，上升隔离开关66的输出与周期积分器67相连，周期积分器67的输出信号通过下降隔离开关68进入到跟随保持器65，随保持器65的输出与同步减法器64相连。
图6为矢量信号同步乘积单元的电路原理图。输入端点P3连接到MC1595的InX+端，MC1595的InY-端与输出端点P5相连，MC1595的InX-端连接到由电阻R108、电位器W102和电阻R110所组成串联回路上的电位器中心抽头上，MC1595的InY-端连接到由电阻R107、电位器W101和电阻R109所组成串联回路上的电位器中心抽头上，MC1595的Rx1端和Rx2端之间串联R113电阻，MC1595的Ry1端和Ry2端之间串联R114电阻，MC1595的OUT+端连接通过电阻R118连接到运算放大器U31的负输入端，运算放大器U31的负输入端与输出端之间串联有电容C102和电阻R117，运算放大器U31的输出端连接到输出端点P4，同时也连接到8051F040的AIN0端上；8051F040的P0.4端连接到数字电位器U11的总线IO端上，数字电位器U11的电位器两个输出端分别通过电阻R101和R102连接到ICL8038的RA和RB端上；8051F040的P0.5端连接到数字电位器U13的总线IO端上，数字电位器U13的电位器两个输出端分别连接到ICL8038的THD1端和电阻R111上，电阻R111的另一端与电源Vd相连；8051F040的P0.6端连接到数字电位器U14的总线IO端上，数字电位器U14的电位器两个输出端分别连接到ICL8038的THD2端和电阻R112上，电阻R112的另一端与电源Vd相连；ICL8038的OutS端通过电阻R104与运算放大器U12的负输入端相连，运算放大器U12的负输入端通过电阻R105与输出端点P5相连接。
图7为矢量信号延迟乘积单元的电路原理图。输入端点P6与MC1595的InX+端相连接，MC1595的Rx1端与Rx2端之间通过电阻R208相连接，MC1595的Ry1端与Ry2端之间通过电阻R209相连接，MC1595的OUT+端通过电阻R212与运算放大器U23的负输入端相连，运算放大器U23的负输入端与输出端之间串联有电阻R213和电容C202，运算放大器U23的输出端与端点P8相连，同时与8051F040的AIN1相连接；8051F040的P0.7端与数字电位器U21的总线IO端相连接，数字电位器U21的电位器输出端分别与电阻R201和运算放大器U22的正输入端相连接，电阻R201与端点P7相连，同时也通过电阻R202与运算放大器U22的负输入端相连，运算放大器U22的负输入端与输出端之间串联有电阻R203，运算放大器U22的输出端与MC1595的InY+端相连；MC1595的InX-端连接到由电阻R205、电位器W202和电阻R207所组成串联回路上的电位器中心抽头上，MC1595的InY-端连接到由电阻R204、电位器W201和电阻R206所组成串联回路上的电位器中心抽头上。
图8为矢量信号窄带预制单元的电路原理图。输入端点P1通过电阻R401与运算放大器U41的负输入端相连，运算放大器U41的负输入端与输出端之间串联有电阻R402，运算放大器U41的输出端通过电阻R404与运算放大器U42的负输入端相连，运算放大器U42的负输入端与输出端之间串联有电阻R405，运算放大器U42的输出端与数字电位器U46的电位器上输出端相连，数字电位器U46的电位器下输出端和中心抽头与运算放大器U45的输出端相连；8051F020的P0.0端与数字电位器U43的总线IO端相连，数字电位器U43的电位器下输出端和中心抽头与电容C401串联后连接到地电位上，电容C401的两端并联到数字电位器U44的电位器上下输出端之间，数字电位器U44的电位器中心抽头与下输出端相连；8051F020的P0.1端与数字电位器U46的总线IO端相连，8051F020的P0.2端与数字电位器U44的总线IO端相连；数字电位器U43的电位器上输出端通过电容C402与运算放大器U45的输出端相连，运算放大器U45的输出端与负输入端之间串联电阻R410，运算放大器U45的正输入端与数字电位器U43的电位器下输出端和中心抽头以及数字电位器U43的电位器上输出端相连接；运算放大器U45的输出端通过电阻R411与运算放大器U47的负输入端相连，运算放大器U47的负输入端与输出端之间串联电阻R412，运算放大器U47的输出端与输出端点P2相连。
图9为信号成分分离单元的电路原理图。输入端点P9通过电阻R301与运算放大器U36的负输入端相连，运算放大器U36的负输入端与输出端之间通过电阻R306串联，运算放大器U36的输出端通过电阻R308与运算放大器U34的负输入端相连，同时与输出端点P10相连；运算放大器U34的负输入端与输出端之间串联有电阻R309和齐纳二极管D302，运算放大器U34的输出端与施密特非门U35A的输入端相连，施密特非门U35A的输出端连接到D触发器U37的CLK端，D触发器U37的Q非端与D端相连，Q端与施密特非门U35B的输入端相连，同时也连接到多路开关U39的IN1端，施密特非门U35B的输出端连接到多路开关U39的IN2端；多路开关U39的D1端连接到输出端点P10上，多路开关U39的D2端连接到运算放大器U33的正输入端，运算放大器U33的负输入端通过电阻R314与输出端相连，运算放大器U33的输出端与电子开关D301的上输入端相连，D301的下输入端与运算放大器U32的正输入端相连，运算放大器U32的正输入端通过电容C301与地电位相连，运算放大器U32的负输入端通过电阻R315与输出端相连，运算放大器U32的输出端通过电阻R302相连，运算放大器U32的负输入端与输出端之间串联电阻R303，算放大器U32的输出端通过电阻R305与算放大器U36的负输入端相连；多路开关U39的S1端通过电阻R312与运算放大器U38的负输入端相连，运算放大器U38的负输入端与输出端之间串联有电阻R311和电容C302，运算放大器U38的输出端与多路开关U39的S2端相连。
如图10所示为传感材料为传感光纤的双环复合传感光学电流互感器的示意图；智能能随调光源13通过光纤与一级光分路器17的输入光法兰相连，一级光分路器17的两根输出光纤分别与一级前置光探测器19和双环复合磁光传感体12相连，双环复合磁光传感体12中的一级磁光传感材料3和二级磁光传感材料33分别为传感光纤，两个光纤都均匀绕制在通电导体45上，双环复合磁光传感体12的四根输出光纤分别与一级平行光探测器23、二级平行光探测器22、二级垂直光探测器21和二级光分路器18的输入光法兰相连，二级光分路器18输出两根光纤，分别连接与二级前置光探测器20和双环复合磁光传感体12相连，一级前置光探测器19、二级前置光探测器20、二级垂直光探测器21、二级平行光探测器22和一级平行光探测器23输出的电信号与智能光学矢量信号处理单元32相连，智能光学矢量信号处理单元32进行自适应计算后输出控制信号给智能随调光源13中的光源控制CPU13。
上述具体实施方式中，所述的智能随调光源31、一级光分路器17、二级光分路器18、一级前置光探测器19、二级前置光探测器20、二级垂直光探测器21、二级平行光探测器22、一级平行光探测器23和智能光学矢量信号处理单元32分别装箱壳内，在箱壳外面有输入和输出接线柱，还有固定或悬挂用的孔，
使用自适应复合反馈光学电流互感器测定电流方法包含以下步骤：
步骤1：将四个磁光传感单元(单级磁光路43)紧贴于被测电流高压线路(通电导体45)均匀分布于被测电流高压线(通电导体45)的四周(如图3所示)，且与高压线路之间的空隙小于等于2mm，令被测电流产生的磁场通过磁光传感单元的的光路；
步骤2：启动智能随调光源31，一级光分路器17分出的一路光信号进入一级前置光探测器19后，输出的电压信号通过预制信号成分分离单元24分离出直流电信号，通过信号模数转换器30进入信号处理CPU29，记录信号为VJ1；
步骤3：双环复合磁光传感体12通过一级平行准直器5输出的光信号进入一级平行光探测器23输出电信号，通过信号模数转换器30进入信号处理CPU29，记录信号为VJ2；
步骤4：双环复合磁光传感单元12通过一级垂直准直器6输出的光信号进入二级光分路器18后，其中第一路光进入二级前置光探测器20，通过前置信号成分分离单元25分离出直流电信号，通过信号模数转换器30进入信号处理CPU29，记录信号为VJ3；
步骤5：双环复合磁光传感体12通过一级垂直准直器6输出的光信号进入二级光分路器18后，其中第二路光进入二级输入准直器7，之后光信号通过二级起偏器8、二级检偏器9和二级平行准直器10，进入二级平行光探测器22，通过平行矢量信号锁定单元27锁定输出二倍频电信号，通过信号模数转换器30进入信号处理CPU29，记录信号为VJ4；
步骤6：二级垂直准直器11输出的光信号进入二级垂直光探测器21，通过垂直矢量信号锁定单元26锁定输出基频信号，通过信号模数转换器30进入信号处理CPU29，记录信号为VJ5；
步骤7：在信号处理CPU29进行如下计算：
上式中V是计算输出结果，K1为比例系数，其值的范围为0.001-10000；
步骤8：信号处理CPU29按照IEC61859-9-1或者IEC61859-9-2的协议输出计算结果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种自适应复合反馈光学电流互感器，包括智能随调光源、光分路器、前置光探测器、后置光探测器、磁光传感单元、准直器、起偏器和检偏器，其特征在于，该光学电流互感器的磁光传感单元为双环复合磁光传感单元；该光学电流互感器由智能随调光源(31)、一级光分路器(17)、二级光分路器(18)、一级前置光探测器(19)、二级前置光探测器(20)、双环复合磁光传感单元(12)、二级垂直光探测器(21)、二级平行光探测器(22)、一级平行光探测器(23)和智能光学矢量信号处理器(32)按照传输光路配置而成；其中智能随调光源(31)、一级光分路器(17)和双环复合磁光传感单元(12)串联布置，智能光学矢量信号处理器(32)分别连接智能随调光源(31)和双环复合磁光传感单元(12)；所述一级前置光探测器(19)、二级前置光探测器(20)、二级垂直光探测器(21)、二级平行光探测器(22)、一级平行光探测器(23)分别和智能光学矢量信号处理器(32)连接；一级光分路器(17)和二级光分路器(18)分别与一级前置光探测器(19)和二级前置光探测器(20)连接；
所述双环复合磁光传感单元(12)的构成包括：一级输入准直器(1)、一级起偏器(2)布置在一级磁光材料(3)的左端、一级检偏器(4)、一级平行准直器(5)布置在一级磁光材料(3)的右端、一级垂直输出准直器(6)布置在一级检偏器(4)的下面，并与一级平行准直器(5)垂直，其输出对准二级光分路器(18)；二级输入准直器(7)、二级起偏器(8)布置在二级磁光材料(33)的左端、二级检偏器(9)、二级平行准直器(10)布置在二级磁光材料(33)的右端，二级垂直准直器(11)布置在二级检偏器(9)的下面，并与二级平行准直器(10)垂直，一级平行准直器(5)、二级平行准直器(10)和二级垂直准直器(11)的输出分别对准一级平行光探测器(23)、二级平行光探测器(22)和二级垂直光探测器(21)；其中，一级磁光材料(3)和二级磁光材料(33)紧贴在一起，一级磁光材料(3)比二级磁光材料(33)长1/3～1/4；所述一级磁光材料(3)和二级磁光材料(33)为直条状磁光传感玻璃或者直条状磁光传感晶体，或是磁光传感光纤；当一级磁光材料(3)和二级磁光材料(33)是磁光传感光纤时，磁光传感光纤是均匀绕制在圆柱形通电导体(45)上。
2.根据权利要求1所述一种自适应复合反馈光学电流互感器，其特征在于，所述的智能随调光源(31)由光源控制CPU(13)、预制信号发生器(14)、信号功率驱动器(15)和随调光源(16)顺次连接构成；其中随调光源(16)与一级光分路器(17)连接，光源控制器CPU(13)与智能光学矢量信号处理器(32)连接。
3.根据权利要求1所述一种自适应复合反馈光学电流互感器，其特征在于，所述智能光学矢量信号处理器(32)包括：预制信号成分分离单元(24)、前置信号成分分离单元(25)、垂直矢量信号锁定单元(26)、平行矢量信号锁定单元(27)和后置信号成分分离单元(28)分别与信号模数转换器(30)连接，信号模数转换器(30)和信号处理CPU(29)连接，信号处理CPU(29)和光源控制CPU(13)连接。
4.根据权利要求3所述一种自适应复合反馈光学电流互感器，其特征在于，所述垂直矢量信号锁定单元(26)和平行矢量信号锁定单元(27)采用相同的结构，统称为矢量信号锁定单元；所述矢量信号锁定单元由矢量信号窄带预制单元(46)的输出端分别与矢量信号乘积单元(47)的输入端和矢量信号延迟乘积单元(48)的输入端相连；矢量信号乘积单元(47)的信号输出端与矢量信号延迟乘积单元(48)的输入端相连，矢量信号乘积单元(47)的信号输出端和矢量信号延迟乘积单元(48)的输出端分别与矢量信号处理单元(49)的输入端相连构成；其中，矢量信号窄带预制单元(46)由初级放大器(50)、预制频带滤波器(51)和中级放大器(52)顺次连接组成；矢量信号乘积单元(47)由预制信号发生器(53)、信号乘法滤波器(54)和低通滤波器(55)顺次连接组成；矢量信号延迟乘积单元(48)由预制信号相位延迟器(56)、延迟信号乘法滤波器(57)和延迟低通滤波器(58)顺次连接组成；矢量信号处理单元(49)由AD模拟/数字转换器(59)、矢量信号CPU中央处理器(60)和DA数字/模拟转换器(61)顺次连接组成。
5.根据权利要求3所述一种自适应复合反馈光学电流互感器，其特征在于，所述预制信号成分分离单元(24)、前置信号成分分离单元(25)和后置信号成分分离单元(28)采用相同的结构，统称为信号成分分离单元(63)；所述的信号成分分离单元由同步减法器(64)的输出分别与上升隔离开关(66)、限幅整形器(69)和信号成分分离单元(63)的输出端相连；所述限幅整形器(69)的输出端与H分频器(70)相连，H分频器(70)的输出端分别与上升隔离开关(66)和下降隔离开关(68)相连，上升隔离开关(66)的输出与周期积分器(67)相连，周期积分器(67)的输出信号通过下降隔离开关(68)进入到跟随保持器(65)，跟随保持器(65)的输出与同步减法器(64)相连组成。
6.一种自适应复合反馈光学电流互感器，其特征在于，该光学电流互感器的磁光传感单元为N个单级磁光传感单元；所述光学电流互感器由智能随调光源(31)、N个单级磁光传感单元、光分路器、单级前置光探测器、单级后置光探测器和单级智能光学矢量信号处理器(62)按照光传输光路布置构成；所述单级磁光传感单元由D-1磁光传感单元至D-N单级磁光传感单元顺序串联，其中D-1单级磁光传感单元至D-N单级磁光传感单元结构相同，且N为1以上的正整数；每个单级磁光传感单元由单级光分路器(34)分别连接单级前置光探测器(41)及单级磁光路(43)的左端，单级磁光路(43)的右端连接单级平行光探测器(42)构成；在各单级磁光传感单元中，上一级单级垂直输出准直器(40)与下一级的单级光分路器(34)连接，但最后一级的单级垂直输出准直器(40)与单级后置光探测器(44)连接；D-1单级磁光传感单元的单级前置光探测器(41)与预制信号成分分离单元(24)连接，D-2单级磁光传感单元至D-N单级磁光传感单元的单级前置光探测器(41)分别连接对应的前置信号成分分离单元(25)，D-1单级磁光传感单元的单级平行光探测器(42)连接后置信号成分分离单元(28)，D-2单级磁光传感单元至D-N单级磁光传感单元的单级平行光探测器(42)分别连接对应的平行矢量信号锁定单元(27)。
7.根据权利要求6所述一种自适应复合反馈光学电流互感器，其特征在于，所述单级智能光学矢量信号处理器(62)包括：预制信号成分分离单元(24)、D-2单级磁光传感单元至D-N单级磁光传感单元的单级平行光探测器(42)对应的前置信号成分分离单元(25)、垂直矢量信号锁定单元(26)、D-2单级磁光传感单元至D-N单级磁光传感单元的单级平行光探测器(42)对应的平行矢量信号锁定单元(27)和后置信号成分分离单元(28)分别与信号模数转换器(30)连接，信号模数转换器(30)和信号处理CPU(29)连接，信号处理CPU(29)和光源控制CPU(13)连接。
8.根据权利要求6所述一种自适应复合反馈光学电流互感器，其特征在于，所述单级磁光路(43)由单级输入准直器(35)和单级起偏器(36)布置在单级磁光材料(37)的左端、单级检偏器(38)和单级平行输出准直器(39)布置在单级磁光材料(37)的右端，单级平行输出准直器(39)和单级平行光探测器(42)连接，单级检偏器(38)下面布置单级垂直输出准直器(40)，并与单级平行输出准直器(39)垂直；每个单级磁光传感单元中的单级磁光路(43)均匀固定于通电导体(45)的四周；单级磁光路(43)的通光方向与导体通过电流方向相互垂直；所述每个单级磁光材料(37)的中心线与通电导体(45)的中心线的垂直距离相等时，每个单级磁光传感单元中的单级磁光材料(37)的长度相同或长度不同；所述每个单级磁光材料(37)的中心线与圆柱形通电导体(45)的中心线的垂直距离不相等；所述单级磁光材料(37)为直条状磁光传感玻璃或者直条状磁光传感晶体、或是磁光传感光纤；当单级磁光材料(37)是磁光传感光纤时，单级磁光材料(37)是均匀绕制在圆柱形通电导体(45)上。
9.一种使用权利要求1所述的自适应复合反馈光学电流互感器测定电流方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：
步骤1：将磁光传感单元紧贴于被测电流高压线路，且与高压线路之间的空隙小于等于2mm，令被测电流产生的磁场通过磁光传感单元的的光路；其中磁光传感单元为双环复合磁光传感单元；
步骤2：启动智能随调光源(31)，一级光分路器(17)分出的一路光信号进入一级前置光探测器(19)后，输出的电压信号通过预制信号成分分离单元(24)分离出直流电信号，通过信号模数转换器(30)进入信号处理CPU(29)，记录信号为VJ1；
步骤3：双环复合磁光传感单元(12)通过一级平行准直器(5)输出的光信号进入一级平行光探测器(23)输出电信号，通过信号模数转换器(30)进入信号处理CPU(29)，记录信号为VJ2；
步骤4：双环复合磁光传感单元(12)通过一级垂直准直器(6)输出的光信号进入二级光分路器(18)后，其中第一路光进入二级前置光探测器(20)，通过前置信号成分分离单元(25)分离出直流电信号，通过信号模数转换器(30)进入信号处理CPU(29)，记录信号为VJ3；
步骤5：双环复合磁光传感单元(12)通过一级垂直准直器(6)输出的光信号进入二级光分路器(18)后，其中第二路光进入二级输入准直器(7)，之后光信号通过二级起偏器(8)、二级检偏器(9)和二级平行准直器(10)，进入二级平行光探测器(22)，通过平行矢量信号锁定单元(27)锁定输出二倍频电信号，通过信号模数转换器(30)进入信号处理CPU(29)，记录信号为VJ4；
步骤6：二级垂直准直器(11)输出的光信号进入二级垂直光探测器(21)，通过垂直矢量信号锁定单元(26)锁定输出基频信号，通过信号模数转换器(30)进入信号处理CPU(29)，记录信号为VJ5；
步骤(7)：在信号处理CPU(29)进行如下计算：
上式中V是计算输出结果，K1为比例系数，其值的范围为0.001-10000；
步骤8：信号处理CPU(29)按照IEC61859-9-1或者IEC61859-9-2的协议输出计算结果。
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