CN104685363B

CN104685363B - 电光电压换能器信号处理系统

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Publication number: CN104685363B
Application number: CN201380051401.3A
Authority: CN
Inventors: W·R·弗巴内茨
Original assignee: ABB T&D Technology AG
Current assignee: ABB Grid Switzerland AG
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2017-09-29
Anticipated expiration: 2033-08-20
Also published as: US9513315B2; CN104685363A; WO2014031620A1; US20150212118A1

Abstract

一种测量在电传输线上的高电压的系统，具有电光电压换能器传感器，被连接在电传输线和地之间，用于响应于被测量的高电压而提供正弦光强信号和余弦光强信号。该系统也具有信号处理器，操作在第一状态中以数字地处理正弦和余弦光强信号的样本。该过程样本被用于在传输线上提供高电压的表示。该表示可以被用于计量、继电和瞬变捕捉中的一项或多项。

Description

电光电压换能器信号处理系统

技术领域

本发明涉及电光电压换能器(electro-optical voltage transducer("EOVT"))系统，用于测量诸如电传输系统中的高电压。

背景技术

EOVT系统是已知的。这样的系统的一个示例在第4,904,931号美国专利(“'931专利”)中进行了描述。

现在参考图1到3，其与'931专利中的图6到8相应，示出被安装在绝缘柱201中的传感器1的实际实施例，绝缘柱201被切除以示出传感器的安装，其可被用在'931专利中描述的系统中。上支承管203被连接到传输线(未示出)，并且下支承管205被连接到地。两个管都是导电的，并且通过安装由导电透明材料(诸如奈塞玻璃(NESA glass))构成的垫207，而提供传感器1的端部分别与传输线和地之间的接触。晶体209和偏光器211和213被制作为具有圆形截面。

图2中更清楚地示出第二偏光器213，两个圆柱形的准直器215被安装在圆柱形的偏光器的一个平的端面上，并且矩形的1/8波片217和219抵着相对端安装。在图3中单独示出将从第二偏光器213接收的光束聚焦在光纤电缆221上的准直器215。每个准直器215由低折射率玻璃(诸如熔融石英)的两个部分223和225、以及高折射率玻璃(诸如SF59)227的一个部分形成。选择227的曲面的半径、227的厚度以及225的长度，使得进入223的一束平行光被聚焦在光纤221的末端，并且来自该束边缘的光穿透该光纤。更特别地，选择这些参数使得该束光的半径除以透镜的焦距等于或大于光纤的数值孔径除以低折射率玻璃的折射率。

在传感器1的另一末端处的准直器被相似地设计，但是在相反的方向操作以将从光纤电缆接收的光转换成穿过第一偏光器211的一束平行光。这个形式的准直器是必要的，因为为了经受操作期间以及特别地脉冲测试期间的高电气应力，绝缘体201被油或加压的六氟化硫(SF6)填充，并且因此光学系统不能够具有任何玻璃气体界面。

在'931专利中描述的系统处理来自传感器1的输出信号，以提供输出用于在该专利的图2中示出的输出设备79上展示，输出设备79可以具有数字读出或者是记录器。因此'931专利的系统的输出可以仅用于计量。

发明内容

一种用于在电传输线上测量高电压的系统，包括：

电光电压换能器传感器，被连接在电传输线和地之间，用于响应于所述被测量的高电压而提供正弦(SIN)光强信号和余弦(COS)光强信号；以及

信号处理器，操作在第一状态中用于数字地处理所述正弦和所述余弦光强信号的样本，以在所述传输线上提供所述高电压的表示，其可以被用于计量、继电和瞬变捕捉中的一项或多项。

附图说明

图1示出现有技术的用于在高电压电力传输系统中测量线到地电压的具有脱离部分的等距视图。

图2示出图1的子组件的放大。

图3示出是图2的子组件的一部分的部件的纵截面。

图4示出用于目前EOVT信号处理系统的一个实施例。

图5示出EOVT传感器输入电压信号的归一化绘图。

图6示出图4中系统中数字信号处理器中的软件架构的流程图。

图7示出用于控制图4的系统中信号处理的总体操作的状态机算法的气泡图。

图8示出正弦强度信号的绘图，正弦强度信号具有归一化参数和等于预先确定的振幅的高电压输入信号振幅。

图9示出正弦强度信号，正弦强度信号具有与如图8中相同的归一化参数以及等于预先确定的振幅的高电压输入信号振幅，该预先确定的振幅不同于图8中预先确定的振幅。

图10示出正弦强度信号，正弦强度信号具有与如图8中相同的归一化参数以及等于预先确定的振幅的高电压输入信号振幅，该预先确定的振幅不同于图8和9中预先确定的振幅。

具体实施方式

图4的框图示出用于目前EOVT信号处理系统10的一个实施例。系统10产生跨EOVT传感器12(其具有锗酸铋(“BGO”)晶体)被施加的高电压信号的准确的重构。该传感器包括具有两个输出的光学组件，正弦光强信号12a和余弦光强信号12b。

系统10也包括由数字信号处理器(DSP)14以及接口和转换电路组成的信号处理电子装置，接口和转换电路由在图4中共同地被标示为15的两个检测器、在图4中共同地被标示为16的两个防失真滤波器、D/A转换器42a和42b、分别为高速正弦和余弦比较器28a和28b、瞬变格雷码计数器(Gray code counter)30、瞬变D/A转换器32和输出D/A转换器34构成。

信号处理电子装置在输出光强信号12a和12b上操作，并且提供准确的重构，也即高电压输入信号18的显示，以被用于发生在电传输线上的瞬变的计量、继电和记录的一项或多项。众所周知，计量是电量使用的测量，而继电是当检测到故障时继电保护的操作。

系统10输出两个重构的模拟信号20和22。信号20为电表(revenue meter)提供经缩放的精确的低电平电压和继电保护。信号22为高电压瞬变记录提供经缩放的低电平电压。

以下对产生被重构的信号的硬件架构、DSP软件架构和DSP算法进行描述。

硬件架构

传感器输入信号

2毫瓦(mW)光纤耦合电源、840纳米(nm)垂直腔面发射激光器(VCSEL)二极管24将输入光信号提供到传感器12。VCSEL 24具有波长温度系数，如果该波长温度系数未补偿，其将在重构中产生误差。靠近VCSEL 24的温度传感器26将VCSEL温度信号提供到DSP 14，并且以下描述的算法会使用这个信号以补偿VCSEL波长温度系数。

传感器输出信号

EOVT传感器12产生两个光强信号12a和12b，其被转换为低电平电信号S和C，被定义如下：

S(Vin(t))＝E+F·sin(π·Vin(t)/V_h)

C(Vin(t))＝G+H-cos(π·Vin(t)/V_h)

正的、准静态的参数E、F、G和H具有取决于传感器BGO晶体特性的值。由于S和C代表随时间变化的强度，因此F总是小于或等于E，而H总是小于或等于G。参数V_h代表BGO晶体半波电压，大约50000V。变量Vin(t)是时间的函数，代表高电压输入信号18，并且在正常状况下具有带60Hz频率和比V_h大的多的振幅的零偏移正弦波形。

图5示出具有等于V_h的振幅(波形A)的EOVT传感器输入电压信号18、以及传感器正弦(波形B)和余弦(波形C)光强输出信号12a和12b的归一化(即V_h＝1，E＝F＝G＝H＝1)绘图。对于具有大于或等于V_h的振幅的电压信号，传感器信号12a和12b两者会达到它们各自的最大和最小值。对于具有小于V_h的振幅的电压信号，这两个传感器信号的一个或两者不会达到其最小和/或最大值。

如果Vin(t)18具有大于或等于V_h的振幅，则参数E、F、G和H可以被计算如下：

找到正弦信号的最大和最小值，分别为Smax和Smin。

Smax＝E+F并且Smin＝E–F。

E＝(Smax+Smin)/2

F＝(Smax-Smin)/2

找到余弦信号的最大和最小值，分别为Cmax和Cmin。

Cmax＝G+H并且Cmin＝G-H。

G＝(Cmax+Cmin)/2

H＝(Cmax-Cmin)/2

检测器

检测器15将正弦和余弦光强信号12a和12b转换为与DSP A/D转换器14、以及图4中共同地被标示为28的高速正弦和余弦比较器兼容的低电平模拟电压。每个检测器包括两级20MHz带宽由PIN二极管(未示出)驱动的转阻放大器，PIN二极管将光(光强)转换为电流。这个带宽能够捕捉高速输入电压瞬变，包括800KV额定的前端基本脉冲电平(basic impulselevel(“BIL”))波形(2050KV)，如IEC71-1中定义的那样。

针对800kV系统的BIL测试波形产生2050kV峰值瞬变，具有1.2微秒(microsecond)上升时间和50微秒衰减到峰值的50％。使用BIL波形的标准定义，在BIL波形中从30％到90％点(前端的线性区域以及最坏状况的转换速率状况)的电压转换速率近似地等于在0.72微秒中的1078kV，或者1497kV/微秒，并且产生突发的

17.1MHz正弦和余弦强度信号12a和12b。

防失真滤波器

DSP 14在500kHz处对每个正弦和余弦光强信号进行采样。为了防止在奈奎斯特采样频率(250kHz)以上的噪声失真，具有141kHz截止频率的两极低通巴特沃斯有源滤波器16在DSP采样之前对每个强度信号滤波。

数字信号处理器

DSP 14，其为Analog Devices(亚德诺半导体技术有限公司)的BF506F，执行如下描述的信号处理算法。DSP 14包括一组丰富的集成外围，包括双的3/6通道12位A/D转换器14b、格雷码(或正交)可配置计数器14a、计时器、串行端口以及并行端口接口。

高速比较器

每个强度信号驱动高速比较器28a和28b，高速比较器28a和28b由来自相应的D/A转换器42a和42b的D/A信号偏移，D/A信号代表DSP计算的其平均值的估计(对于正弦和余弦强度，分别为E和G)。比较器28a和28b的每个产生一个数字波形，具有代表其平均值以上的强度波形的瞬变值的逻辑1、以及代表其平均值以下的强度信号的瞬变值的逻辑0。增大高电压输入信号会创建具有正弦信号滞后余弦信号90°的比较器数字输出波形，而减小高电压输入信号会创建具有正弦信号超前余弦信号90°的比较器数字输出信号。

由于在最高有效位位置中的正弦比较器28a以及在最低有效位位置中的余弦比较器28b，比较器28a和28b产生重复的10到11到01到00二位格雷码模式用于增大高电压输入信号(被称为正向的转换模式)，并且产生重复的10到00到01到11二位格雷码模式用于减小高电压输入信号(被称为负向的转换模式)。每个位模式改变对应于等于V_h/2的高电压输入信号的改变。

图4中共同地被标示为28的比较器具有大于50MHz的带宽，使得它们与在800kVBIL瞬变期间从检测器突发输出的17.1MHz频率兼容。比较器28也包括少量的滞后以防止在慢的信号转换期间的输出振荡，并且针对信号中的附加噪声提供抗干扰性。

DSP格雷码计数器

DSP 14包括由高速比较器输出驱动的集成的二位格雷码计数器14a、并具有与在800kV BIL瞬变期间从比较器28输出的格雷码兼容的带宽。计数器14a对于每个正向的转换被增加一位，并对于每个负向的转换被减小一位。在以下描述的瞬变处理算法的执行期间，一种算法周期地读取格雷码计数器14a的内容。

瞬变格雷码计数器和瞬变D/A

电可编程逻辑器件(electrically programmable logic device，EPLD)包括由高速比较器输出驱动的二位瞬变格雷码计数器30、并且具有与800kV BIL瞬变兼容的带宽。DSP 14周期地将瞬变输出的过零点与输出D/A 34的过零点进行同步，除了在瞬变状况期间之外。瞬变格雷码计数器30的输出驱动瞬变数模转换器32的输入，并且两者共同产生高电压信号的被缩放为1mV每1000V的输出信号，高电压信号具有V_h/2的分辨率(近似为25000伏特)以及8伏特(±4伏特)峰峰值。

输出D/A

输出D/A电路34将DSP重构算法输出转换为模拟信号20，模拟信号20具有在额定的RMS高电压输入处被缩放为4伏特RMS的输出。电路34包括模拟超前网络以补偿在重构的波形和高电压输入信号之间的任何相位滞后。

外部温度传感器

EOVT传感器半波电压V_h具有大约-1.5％/100℃的温度系数，其如果未补偿则降低电压重构准确度。如以下所述，位于靠近EOVT传感器12的外部温度传感器36将EOVT传感器温度信号提供到DSP14和DSP算法，使用该信号以补偿传感器半波电压温度系数。

状态LED

DSP算法连续地测试电子装置硬件的一些的状况，并控制前面板电子装置状态发光二极管(LED)38的颜色，以指示合格状况(绿色)或者故障状况(红色)。其他DSP算法连续地测试光路的状况，并控制前面板光学状态LED 40的颜色，以指示合格状况(绿色)或者故障状况(红色)

软件架构

DSP 14执行所有的软件。图6示出软件架构的流程图60。一旦应用电源，DSP 14执行初始化软件62。初始化软件配置所有外围设备集成到DSP 14中，DSP 14包括A/D转换器、计时器、计数器、串口通信设备、并行端口、以及被用来建立内部时钟频率的内部锁相环。初始化软件配置和初始化参数估计数字滤波器，并创建由精细重构算法使用的反正切查找表。初始化设立内部计时器以提供一个500kHz信号。这个信号立即使得两个12位A/D转换器14b来采样并同时地转换正弦和余弦强度信号。

一旦完成初始化，软件获得内部计时器500kHz信号。一个真实的计时器信号使得软件执行首要任务64和次要任务66。软件在一个500kHz阶段内执行所有的首要任务。首要任务64读取包括正弦和余弦强度信号12a和12b的数字化采样的A/D转换器、执行重构和温度补偿算法、将重构信号缩放到输出D/A 34、并将结果写到输出D/A 34。

次要任务66被分成16个被称为时间切片的单独的子任务。16个时间切片仅有一个在退出首要任务64之后被执行。时间切片以开始于0结束于15的顺序依次执行。因此，每个时间切片以500kHz/16＝31.25kHz的速率被执行。次要任务66包括参数估计算法、所有的背景串行通信任务、状态机算法、以及支持状态机的执行的其他算法。

DSP算法

参数估计器

参数估计器算法提供来自于S和C的500KHz样本的E、F、G和H的估计，被分别标记为E*、F*、G*和H*。该算法首先通过累加S和C的每个的16个样本并将它们分别标记为Savg和Cavg，而数字地对S和C样本进行低通滤波。该算法然后在一个电力线周期上搜索Savg的最大和最小值分别标记它们为Smaxc和Sminc、以及在一个电力线周期上搜索Cavg的最大和最小值分别标记它们为Cmaxc和Cminc。该算法然后以60Hz采样率数字地对Smaxc、Sminc、Cmaxc和Cminc进行低通滤波以分别产生经滤波的结果Smaxf、Sminf、Cmaxf和Cminf。最后，该算法计算来自低通滤波器的输出的E*、F*、G*和H*，如下所示：

E*＝(Smaxf+Sminf)/2

F*＝(Smaxf-Sminf)/2

G*＝(Cmaxf+Cminf)/2

H*＝(Cmaxf-Cminf)/2

该算法考虑两个特殊的状况。

状况1：如果电源被应用到具有小于V_h的输入高电压信号的信号处理系统，则低通滤波器由Smaxc、Sminc、Cmaxc和Cminc的工厂测量值被提供，当系统特征为具有V_h以上的输入电压时，工厂测量值被获得和在存储器中被存储。

状况2：在具有V_h以上的输入高电压的操作期间，该算法计算有效的Smaxf、Sminf、Cmaxf和Cminf值，并存储在输入降低到V_h以下时被计算的值用于作为在输入保持在V_h以下的时间期间到低通滤波器的未来的输入。

重构算法

DSP 14执行粗糙的、精细的以及瞬变的重构算法。输出D/A 34输出代表在非瞬变状况期间粗糙的和精细的重构算法结果之和的信号、并在瞬变期间输出瞬变算法结果。

粗糙的

粗糙的重构算法计算来自从DSP板上A/D转换器14b输出的每个500KHz S和C样本的二位格雷码，并使用该码以更新软件格雷码计数器14a的内容。该算法计算来自S和C的样本的二位格雷码(通过将它们分别与E*、G*比较)，如下面的表格中所示，

	C≥G*	C<G*
			S≥E*	11	10
S<E*	01	00

产生的格雷码然后更新软件格雷码计数器14a。在正的dVin(t)/dt期间，每个V_h/2转换时格雷码计数增加一次，并且在负的dVin(t)/dt期间，每个V_h/2转换时计数器计数减少一次。由于粗糙的重构完全地与输入信号异步，一个偏移可能存在于计数器中。一种偏移补偿算法测量并移除该偏移。

精细的

精细的重构算法基于以下公式计算对二位软件格雷码计数器14a的内容的精细的附加：

Sac＝S-E*

Cacn＝(C-G*)(F*/H*)

Vin＝(V_h/π)·arctan(Sac/Cacn)

第一个公式从正弦强度信号12a移除该信号的DC值的估计，留下AC成分Sac。第二个公式从余弦强度信号12b移除该信号的DC成分的估计，并将AC成分均衡到正弦强度信号的AC成分，留下被均衡的AC成分Cacn。最后一个公式计算Vin，即对软件格雷码计数器14a的精细的增加。这个公式识别Sac和Cacn的比的反正切产生正弦和余弦强度信号的幅角或者π·Vin(t)/V_h。

将该反正切结果乘以V_h/π产生Vin(t)，其被直接添加到粗糙的重构算法结果。精细的重构算法使用查找表来估计Sac/Cacn的比的反正切。

瞬变

瞬变输入电压状况可以创建具有防失真滤波器带宽以上频率的光强信号，并使得粗糙的重构算法软件格雷码计数器14a在瞬变期间失去V_h/2转换的计数。

这个状况可以在输出D/A 34中创建误差，其仅随时间缓慢地被移除。该瞬变算法消除了该误差和缓慢的恢复时间，并保持重构准确度用于在瞬变状况终止之后计量和继电。

瞬变算法在与检测器采样所采用的相同500KHz速率处读取DSP板上硬件格雷码计数器14a的内容。该计数器具有与检测器15的带宽兼容的带宽，使DSP 14能够捕捉瞬变。该算法测量在任意格雷码处的驻留时间(具有2微秒的分辨率)并且如果驻留时间小于可编程的设定点则触发瞬变的子状态。

例如，800kV/√360Hz高电压信号创造大约2.5kHz的最大强度信号频率(在过零点的附近)创造等于大约100微秒的最小格雷码驻留时间。因此，可编程的设定点必须具有小于100微秒的值。

在瞬变子状态期间，DSP 14通过将改变添加到从一个样本到下一个读取的硬件正交计数器中来更新软件正交计数器。而且，在瞬变状态期间，没有精细的重构被计算。

一旦在瞬变子状态中，该算法在连续格雷码驻留时间大于被引起进入到瞬变子状态中的可编程的设定点的大约一个电力线周期后，离开该状态。

偏移补偿器

偏移补偿器由低带宽滤波器组成，低带宽滤波器估计重构信号中的偏移并在其被输出到输出D/A转换器34之前从被重构信号中减去。该偏移补偿器在瞬变子状态期间被禁用。

状态机

如图7中气泡图所示的状态机算法70，控制信号处理的总体操作。在应用电源72之后，系统10进入上电/故障(POWER UP/FAILURE)状态74，其经历综合的上电自检测(BIT)并且测试正弦和余弦光强信号的振幅。BIT测试故障或者低振幅的正弦或余弦光强信号检测(真实的光学_信号_故障标志(optical_signal_failure flag))维持系统在其中使重构的电压输出为零的这样的状态。成功的完成BIT测试以及具有足够振幅的正弦和余弦光强信号使状态机转换为稳定(STABILIZE)状态76。

在系统10被上电具有低于BGO晶体的半波电压(真实的低_电压标志(low_voltageflag))的峰值高电压输入的情况下，上电/故障状态74也初始化E、F、G和H的估计为在提供这些参数的最佳估计的工厂校准期间建立的值。上电/故障状态74将重构的电压输入信号设定为零。

稳定状态76为参数估计器数字低通滤波器提供固定的时段，以在一个电力线周期上稳定(大约4秒)并生成软件格雷码计数器的平均值。在稳定状态76中的任何时间上，连续的BIT测试故障或真实的光学_信号_故障标志迫使立即转换为上电/故障状态74。在固定时段结束时，如果低_电压标志为假时则状态机转换为正常(NORMAL)状态78，或者如果低电压为真时则转换为存储(MEMORY)状态80。状态机70也从计数器的当前值减去软件格雷码计数器14a的平均值，其消除了重构的信号中的粗糙的偏移。稳定状态76将重构的电压输出信号设定为零。

正常状态78使用正弦和余弦强度信号的样本以及从参数估计器数字滤波器输出的参数估计的实时更新，来提供重构的高电压信号输出。在正常状态78的任何时间，连续的BIT测试故障或者真实的光学_信号_故障标志迫使立即转换为上电/故障状态74。而且，低输入电压状况(真实的低_电压标志)的检测使得记忆参数估计并迫使转换为存储状态80。

存储状态80使用正弦和余弦强度信号12a和12b的样本以及从参数估计器数字低通滤波器输出的被记忆的参数值，来提供重构的高电压输出信号。存储状态80使用在工厂测试期间确定的参数估计(如果先前的状态是稳定状态76)或者使用来自正常状态78的被记忆的参数估计(如果先前的状态是正常状态78)。在存储状态80中的任何时间，连续的BIT测试故障或者真实的光学_信号_故障标志迫使立即转换为上电/故障状态74。正常输入电压状况(假的低_电压标志)的检测使得迫使转换为正常状态78。

在任何状态中，BIT测试故障迫使电子状态(ELECTRONICS STATUS)前面板LED38指示器为红色，并且否则为绿色。相似地，真实的光学_信号_故障标志迫使光学状态(OPTICSSTATUS)前面板LED指示器40为红色，并且否则为绿色。

低输入电压信号检测

信号处理系统10使用在正常操作期间被连续地计算的正弦和有效强度信号参数估计，来重构高电压输入信号。正常的操作具有高于EOVT传感器半波电压V_h的输入信号。有效的参数估计可以被计算为具有低于V_h的输入高电压信号振幅。低于这个，信号处理在输入振幅降低到V_h以下时，使用记忆的有效的参数估计。本文限定了检测输入信号低电压状况的算法。

正弦强度信号分析

该算法使用正弦强度信号，公式1，来检测低振幅高电压信号状况的存在。

S(t)＝E+F·sin(π·Vin(t)/V_h)；公式1

参数估计算法计算E和F的估计，其中E代表在电力线周期上、在任意振幅信号值处的正弦强度波形的平均值。图8示出正弦强度信号的绘图，正弦强度信号具有归一化参数(即E＝F＝V_h＝1)以及等于4xV_h＝4的高电压输入信号振幅。该信号范围从E+F＝2到E-F＝0，并且在电力线周期上的平均值等于E或1。正弦信号相对于其平均值E，改变其符号多于12次。

图9示出正弦强度信号，正弦强度信号具有相同的归一化参数以及等于1.1xV_h＝1.1的高电压输入信号振幅。该信号范围从E+F＝2到E-F＝0，并且在电力线周期上的平均值等于E或1。正弦信号相对于其平均值E，改变其符号多于4次。

可以示出为具有小于V_h的高电压输入信号振幅，正弦强度信号在电力线周期上相对于其平均值或参数E，仅改变符号一次。图10示出正弦强度信号，正弦强度信号具有相同的归一化参数以及等于0.8xV_h＝0.8的高电压输入信号振幅。在电力线周期上的平均值等于E或1，并且正弦信号相对于其平均值E，仅改变其符号一次。

算法

该算法连续地计算正弦强度信号的平均值的一个电力线周期(1/60Hz)的估计，并将其与正弦强度信号在电力线周期上的每个样本相比较。该算法对正弦强度信号在一个电力线周期上越过其平均值的次数的数目进行计数。小于或等于3的计数指示低振幅高电压信号，提供对于接近V_h的信号的噪声滤波的形式。该算法也包括在提供附加的噪声滤波的比较中的一些滞后。注意参数估计E并不被使用，因为其被定格为在低振幅高电压输入状况期间记忆的值。

温度补偿

电压重构算法使用用于半波电压的固定值V_h，并产生直接与其成比例的输出。然而，V_h拥有两个温度依存性，其如果未补偿则会降低重构的准确度。

在传感器中的BGO晶体拥有线性的材料半波电压温度系数，大约等于-1.5％/100℃。晶体半波电压也拥有线性光源波长依存性。因为光源波长随温度线性地变化，这个波长依存性被转化为第二温度依存性。公式1代表线性的近似于半波电压，作为材料温度T_m、关于材料的光源波长温度依存性T_λ以及光源操作温度点T_m0和T_λ0(这是限定于第一顺序的两个变量的函数的泰勒级数)的函数。

公式1

将公式1除以V_h(T_m0,T_λ0)，并将偏导数转化成简单的微分会产生公式2。

公式2

公式2可以进一步简化为公式3，其中C_m代表等于-1.5x10^-4的材料温度系数，而C_λ代表光源波长温度依存性系数，如下面的描述来得到。

公式3

温度补偿算法乘以重构的电压信号，通过公式3有效地用温度被修改的值V_h(T_m,Τ_λ)替换存储的常量V_h＝V_h(T_m0,Τ_λ0)。这样会修正由于材料温度改变或者光源波长改变的对于V_h中的任何改变。

在稳定的和控制的环境中进行工厂校准期间，温度补偿被禁用，并且重构的电压信号被缩放来产生输出对输入电压的正确的比率。在工厂校准结束时，系统记忆材料温度和光源温度，建立T_m0、Τ_λ0和V_h(T_m0,Τ_λ0)。

光源波长补偿

EOVT传感器12BGO晶体半波电压V_h的值，拥有光源波长依存性。传感器光源、垂直腔面发生激光器(VCSEL)24，具有波长温度系数，其会使半波电压为VCSEL温度的函数，并且如果未补偿，则会降低重构的准确度。

公式4定义BGO半波电压V_h、计量器中波长λ、折射率n₀和BGO的泡克耳斯系数(Pockels coefficient)r₄₁之间的关系。

公式4

在感兴趣波长周围折射率等于2.07，而泡克耳斯系数等于1.03x10¹²米/伏特(meters/volt)。常量K₁等于54.73x10⁹伏特/米(volts/meter)，并且在λ＝850纳米(nm)处，V_h＝46520伏特(volts)。半波电压波形灵敏度可以如公式5被表示。

公式1

伏特/米；公式5

VCSEL(例如Zarlink产品型号(part number)ZL60001)具有波长温度系数K₂等于0.06x10^-9米/℃，其可以如公式6被表示。

公式6

米/℃；公式6

将公式5乘以公式6产生公式7，即半波电压VCSEL温度系数的表示。

公式7

伏特/℃；公式7

针对关于参考温度的100℃的温度改变，温度系数等于0.706％或者0.706％/100℃＝7.06x10^-5，并且代表公式3中的C_λ。

应理解的是前文示例性的实施例的描述是旨于仅仅本发明的说明性的，而不是穷尽的。普通技术人员将能够对本公开主题的实施例进行某些添加、删除、和/或修改，而不偏离如所附权利要求所限定的本发明的精神或范围。

Claims

1.一种用于测量在电传输线上的高电压的系统，包括：

电光电压换能器传感器，被连接在所述电传输线和地之间，用于响应于被测量的所述高电压而提供正弦光强信号和余弦光强信号；以及

信号处理器，操作在第一状态中用于数字地处理所述正弦光强信号和所述余弦光强信号的样本，以在所述传输线上提供所述高电压的表示，所述表示能够被用于计量、继电和瞬变捕捉中的一项或多项，

其中当所述系统正在所述电压电传输上提供被测量的所述高电压的所述表示时，操作在所述第一状态中的所述信号处理器连续地计算和记忆所述正弦光强信号和所述余弦光强信号的参数，当低电压故障在所述电传输线上被检测到时，所述信号处理器操作在第二状态中，以从记忆的所述参数以及所述正弦光强信号和所述余弦光强信号的样本，提供在缺少检测到的所述低电压故障时将被用于计量、继电和瞬变捕捉中的一项或多项的所述高电压的表示。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述信号处理器具有第一和第二独立输出，并从所述高电压的所述表示在所述第一输出处提供针对计量缩放的电压，以及在所述第二输出处提供针对瞬变捕捉缩放的电压。

3.根据权利要求2所述的系统，其中在所述第一输出处的经缩放的电压还能够被用于继电。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述信号处理器使用所述正弦光强信号和所述余弦光强信号的比的反正切，以在所述电压电传输线上提供所述高电压的所述表示。

5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括用于转化所述正弦光强信号的检测器、以及用于将所述余弦光强信号转化为关联的电流的检测器，所述检测器中的每个检测器具有足够的带宽以能够在所述电传输线上捕捉高电压瞬变。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述高电压瞬变包括800KV额定的前端基本脉冲电平波形。

7.根据权利要求1所述的系统，其中操作在所述第一状态中的所述信号处理器数字地处理所述正弦光强信号和所述余弦光强信号的所述样本，以在所述传输线上提供能够被用于计量和继电的所述高电压的表示。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述信号处理器防止在所述传输线上的能够被用于计量和继电的所述高电压的所述表示在所述电传输线上的瞬变的发生期间产生偏移误差。